《電路與電子技術(shù)》課件第11章

P11M1集成計(jì)數(shù)器的功能測(cè)試P11M2不同進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與測(cè)試P11M3具有數(shù)顯功能的加法計(jì)數(shù)器和減法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與調(diào)試P11M4數(shù)顯式二位秒級(jí)高精度定時(shí)器的設(shè)計(jì)與制作思考與練習(xí)

在日常生活中，定時(shí)器的應(yīng)用十分普遍，例如,鬧鐘是人們常用的定時(shí)工具。另外，很多家用電器都用到了定時(shí)器功能，如洗衣機(jī)的洗衣時(shí)間、漂洗時(shí)間，微波爐的加熱時(shí)間等都是通過(guò)定時(shí)電路設(shè)定的。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)和制作一個(gè)數(shù)顯式二位高精度通用定時(shí)器，從中學(xué)習(xí)集成計(jì)數(shù)器電路的使用方法，了解簡(jiǎn)單電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試方法。項(xiàng)目任務(wù)書(shū)在本模塊中，通過(guò)對(duì)集成計(jì)數(shù)器的功能測(cè)試，來(lái)了解各種集成計(jì)數(shù)器的功能和使用方法，了解同步清零、異步置數(shù)的特點(diǎn)；學(xué)會(huì)通過(guò)閱讀計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖、集成電路芯片資料，了解集成電路的邏輯功能、性能參數(shù)及使用方法。P11M1集成計(jì)數(shù)器的功能測(cè)試MNL1集成四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74161(一)

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成計(jì)數(shù)器電路已得到普遍使用，集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的使用則更為廣泛。所謂二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它的模并不是2，而是2n，n是構(gòu)成二進(jìn)制的觸發(fā)器的個(gè)數(shù)。下面以74161為例,說(shuō)明集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能及使用方法。圖11-1-1(a)為74161的管腳，圖11-1-1(b)為74161的邏輯符號(hào)，圖11-1-1?為74161的慣用符號(hào)。圖11-1-174161的管腳排列、邏輯符號(hào)和慣用符號(hào)測(cè)試工作任務(wù)書(shū)MNL2集成四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74161(二)

下面詳細(xì)說(shuō)明74161各個(gè)輸入/輸出端的作用。

為異步清零端：低電平有效，為異步方式清零，即當(dāng)輸入為低電平時(shí)，無(wú)論當(dāng)時(shí)的時(shí)鐘狀態(tài)和其他輸入狀態(tài)如何，計(jì)數(shù)器的輸出端全為0，即Q3Q2Q1Q0=0000。

為同步置數(shù)端：低電平有效，為同步置數(shù)。置數(shù)的作用是當(dāng)滿足一定的條件時(shí)，將輸入端數(shù)據(jù)D3D2D1D0置入到輸出端Q3Q2Q1Q0。同步置數(shù)即當(dāng)輸入為低電平時(shí)，輸入端的數(shù)據(jù)并不立刻反映到輸出端，而是等到CP上升沿到來(lái)時(shí)，才將輸入端數(shù)據(jù)D3D2D1D0置入到輸出端Q3Q2Q1Q0。所以，要成功地將輸入端D3D2D1D0的數(shù)據(jù)置入到輸出端Q3Q2Q1Q0，必須滿足兩個(gè)條件：①端必須為低電平；②必須等到CP上升沿到來(lái)的時(shí)刻。

Q3、Q2、Q1、Q0為計(jì)數(shù)器的輸出端：其中Q3為最高位，Q3為最低位。

D3、D2、D1、D0為計(jì)數(shù)器預(yù)置輸入端：通過(guò)置數(shù)端的作用可將此數(shù)據(jù)置入到輸出端。

Co為進(jìn)位輸出端：此輸出端平時(shí)為低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿一個(gè)周期時(shí)，輸出一個(gè)高電平,即每第16個(gè)時(shí)鐘輸出一個(gè)高電平脈沖。

CP為時(shí)鐘輸入端：上升沿有效。

CTT、CTP為兩個(gè)功能擴(kuò)展使能端:合理設(shè)置這兩個(gè)輸入端的狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)各種計(jì)數(shù)器功能的擴(kuò)展。74161的功能真值表見(jiàn)表11-1-2。表11-1-274161的功能真值表MNL3集成四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74163

74163的管腳排列與74161基本相同，邏輯符號(hào)與74161也基本相同，區(qū)別在于其清零端為同步清零，即當(dāng)置為低電平時(shí)，并不是立刻清零，而是要等到CP上升沿到時(shí)，才使輸出端清零。它的工作時(shí)序圖如圖11-1-4所示。請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)分析圖11-1-3和圖11-1-4的不同點(diǎn)。圖11-1-474163的工作時(shí)序圖MNL4集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74160和74162

74160是4位BCD十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，同步置數(shù)，異步清零。它的管腳圖和慣用邏輯符號(hào)如圖11-1-5(a)、(b)所示。圖11-1-5(c)為74160計(jì)數(shù)方式下各使能端的接法。

按照?qǐng)D11-1-5(c)的連線方法，則輸出端Q3Q2Q1Q0的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖11-1-6所示。

74162和74160類似，也是4位BCD十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，預(yù)置和清零工作時(shí)在CP時(shí)鐘的上升沿同步。二者的差別僅在于74160是異步清零，而74162是同步清零。圖11-1-574160的管腳圖及慣用邏輯符號(hào)圖11-1-674160十進(jìn)制計(jì)數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖前面我們學(xué)習(xí)了同步集成計(jì)數(shù)器，下面學(xué)習(xí)異步集成計(jì)數(shù)器的邏輯功能和使用方法。圖11-1-7中的計(jì)數(shù)器為二－五－十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，在一片74390集成芯片中封裝了兩個(gè)二－五－十進(jìn)制的異步計(jì)數(shù)器。二－五－十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器是由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合而成的，每個(gè)二－五－十進(jìn)制分別有各自的清零端CLR。圖11-1-7是74390的管腳圖和慣用邏輯符號(hào)。圖11-1-774390的管腳圖及慣用邏輯符號(hào)測(cè)試工作任務(wù)書(shū)MNL5二－五－十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74390

和74290的邏輯功能

1.74390及各管腳功能

74390內(nèi)部含有兩個(gè)二－五－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它們分別有各自的清零端CLR。

74390各個(gè)輸入/輸出端的作用如下：

1CP0二進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端：下降沿有效。

1CP1五進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端：下降沿有效。

1CLR清零端：高電平有效。當(dāng)CLR=1時(shí)，輸出1Q31Q21Q11Q0=0000。

Q3、Q2、Q1、Q0為計(jì)數(shù)器的輸出端：其中Q0是獨(dú)立的，是二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端；Q2Q1Q0是五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端。如需實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能,應(yīng)將Q0與CP1相連或?qū)3與CP0相連。由這兩種連接方式構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果相同，但其編碼結(jié)果不同,如圖11-1-9所示。圖11-1-974390兩種連接方式的工作時(shí)序圖

2．74290及各管腳功能

74290內(nèi)部含有一個(gè)二－五－十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。74290的邏輯符號(hào)見(jiàn)圖11-1-10。各輸入/輸出端的功能如下：

CP0、CP1分別為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端：為下降沿有效。

R01、R02為異步清零輸入端：從圖中可以看出，R01和R02

是“與”邏輯關(guān)系，只有當(dāng)R01R02=11時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)被清零，即Q3Q2Q1Q0=0000。正常計(jì)數(shù)時(shí),R01、R02

至少有一個(gè)為0。

圖11-1-1074290的邏輯符號(hào)

S01、S02為異步置數(shù)端：這兩個(gè)輸入的關(guān)系為“與”邏輯關(guān)系，當(dāng)S01S02=11時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為9，即Q3Q2Q1Q0=1001。正常計(jì)數(shù)時(shí),S01、S02至少有一個(gè)為0。

Q3、Q2、Q1、Q0為計(jì)數(shù)器的輸出端。同樣可以將二進(jìn)制和五進(jìn)制計(jì)數(shù)器串接構(gòu)成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

MNL1計(jì)數(shù)器模數(shù)的變換

前面我們介紹的大部分計(jì)數(shù)器為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(如模十六計(jì)數(shù)器)、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等，而其他進(jìn)制的計(jì)數(shù)器相對(duì)少見(jiàn)，如十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等。要實(shí)現(xiàn)這樣進(jìn)制的計(jì)數(shù)器就必須對(duì)常見(jiàn)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行模數(shù)變化(容量變化)。通常計(jì)數(shù)器模數(shù)的變化有以下幾種方式：P11M2不同進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與測(cè)試

(1)串接法。串接法即將若干個(gè)計(jì)數(shù)器串接，其結(jié)果的模就是每個(gè)計(jì)數(shù)器的模的乘積，故通常又稱為乘數(shù)法。如74390構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器就采用了兩種不同計(jì)數(shù)器的串接方法,即將二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和五進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行串接，從而構(gòu)成了十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

(2)反饋清零法。圖11-2-1(a)利用反饋清零法使計(jì)數(shù)器的模數(shù)變化為十進(jìn)制，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見(jiàn)圖11-2-2。圖11-2-174161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的接線圖圖11-2-2利用清零法轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器模數(shù)的方法在圖11-2-1(a)中，因?yàn)?4161的清零端為異步清零，所以當(dāng)輸出Q3Q2Q1Q0=1010時(shí)，

輸出一個(gè)低電平送入異步清零端，立刻將輸出清零，即Q3Q2Q1Q0=0000。計(jì)數(shù)器立刻從1010狀態(tài)進(jìn)入0000狀態(tài)，因此1010是個(gè)非常短暫的瞬間。實(shí)際上計(jì)數(shù)器立刻從1001狀態(tài)進(jìn)入到0000狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能，實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器模數(shù)的轉(zhuǎn)換。

(3)置數(shù)法。圖11-2-1(b)利用置數(shù)法使計(jì)數(shù)器的模數(shù)變化為十進(jìn)制。

利用清零的方法可以進(jìn)行模數(shù)的轉(zhuǎn)換，但計(jì)數(shù)器必須從0000開(kāi)始計(jì)數(shù)，而有些情況希望計(jì)數(shù)器的輸出不從零開(kāi)始。例如電梯的樓層顯示、電視預(yù)置臺(tái)號(hào)等，使用清零法無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)需采取置數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖11-2-1(b)實(shí)現(xiàn)的功能是在輸出狀態(tài)為1001時(shí)，將數(shù)0000置入輸出端?！驹O(shè)計(jì)案例】

功能要求：分別用清零法和置數(shù)法并利用74161集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(0～11)。

任務(wù)要求：完成原理圖設(shè)計(jì)、元器件選型、電路裝接與調(diào)試、電路性能檢測(cè),畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖,編寫(xiě)設(shè)計(jì)文檔。

設(shè)計(jì)內(nèi)容(示例)：

(1)電路原理圖設(shè)計(jì)分別如圖11-2-3(a)、(b)所示。圖11-2-374161構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

(2)根據(jù)電原理圖要求，選擇元器件型號(hào)。根據(jù)題目要求，集成計(jì)數(shù)器選用74161;清零法中的與非門(mén)用74LS00；置數(shù)法中的三輸入與非門(mén)用74LS10。

(3)電路裝接與調(diào)試步驟如下：

①查看圖11-1-1，將74161管腳號(hào)標(biāo)注在圖11-2-3的測(cè)試接線圖中。

②在數(shù)字電路綜合測(cè)試系統(tǒng)上，按圖11-2-3(a)連接電路。③檢查接線無(wú)誤后，打開(kāi)電源。④利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的手動(dòng)CP時(shí)鐘輸入，觀察每一個(gè)CP時(shí)鐘的上升沿到時(shí)，輸出端Q3Q2Q1Q0狀態(tài)的變化。

⑤按圖11-2-3(b)連接電路，利用實(shí)驗(yàn)儀上的手動(dòng)CP時(shí)鐘輸入，觀察每一個(gè)CP時(shí)鐘的上升沿到時(shí)，輸出端Q3Q2Q1Q0狀態(tài)的變化。

⑥關(guān)閉電源，整理綜合實(shí)驗(yàn)儀。

(4)驗(yàn)證電路性能，畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(略)。

(5)編寫(xiě)設(shè)計(jì)文檔(略)。設(shè)計(jì)工作任務(wù)書(shū)

MNL1用于8421BCD碼顯示的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

在P11M2的設(shè)計(jì)案例中，十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路的輸出Q3Q2Q1Q0的狀態(tài)從0000加1遞增，直到1011又回到0000。若將此計(jì)數(shù)值送入CD4511譯碼，驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示，當(dāng)其數(shù)值大于1001(十進(jìn)制數(shù)9)時(shí)，LED數(shù)碼管熄滅。若選用其他譯碼顯示器，則會(huì)顯示“A”、“B”、“C”、“D”等字樣。P11M3具有數(shù)顯功能的加法計(jì)數(shù)器和減法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與調(diào)試若將其用于計(jì)時(shí)器顯示，則非常不直觀，不符合人們的習(xí)慣。因此，希望用于計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)器其輸出為8421BCD碼，這樣一個(gè)十二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器其輸出必須用兩個(gè)LED數(shù)碼管顯示，顯示從“00”遞增加1到“09”再到“10”“11”回到“00”。圖11-3-1是用74161構(gòu)成的輸出為8421BCD碼顯示的十二進(jìn)制小時(shí)計(jì)時(shí)器的電路圖。圖11-3-2是用74160構(gòu)成的輸出為8421BCD碼顯示的十二進(jìn)制小時(shí)計(jì)時(shí)器的電路圖。圖11-3-3是用74390構(gòu)成的輸出為8421BCD碼顯示的十二進(jìn)制小時(shí)計(jì)時(shí)器的電路圖。若將此計(jì)數(shù)器的輸出Q3Q2Q1Q接入譯碼顯示器CD4511的輸入端，用以驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的顯示，則輸出將會(huì)隨著CP脈沖的到來(lái)，有相應(yīng)的“00”到“11”的顯示，如圖11-3-4所示。圖11-3-1用74161構(gòu)成的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(用于BCD碼顯示)圖11-3-2用74160構(gòu)成的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(用于BCD碼顯示)圖11-3-3用74390構(gòu)成的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(用于BCD碼顯示)圖11-3-4具有LED顯示的用74390構(gòu)成的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)工作任務(wù)書(shū)MNL2可逆計(jì)數(shù)器CD4510

CD4510是4位加/減法的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的方向由控制輸入端D/U控制。當(dāng)D/U為高電平時(shí)，則為加法計(jì)數(shù)器;當(dāng)D/U為低電平時(shí)，則為減法計(jì)數(shù)器。

圖11-3-5是CD4510的管腳圖及慣用邏輯符號(hào)。圖11-3-5CD4510的管腳圖及慣用邏輯符號(hào)表11-3-1CD4510各管腳功能表

D3、D2、D1、D0為預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端。

Q3、Q2、Q1、Q0為計(jì)數(shù)器輸出端。

圖11-3-6是CD4510的工作時(shí)序圖。

在此，我們用CD4510設(shè)計(jì)六十進(jìn)制秒減法計(jì)數(shù)器。

圖11-3-7所示六十進(jìn)制秒減法計(jì)數(shù)器由兩片CD4510構(gòu)成，預(yù)置數(shù)為59(個(gè)位預(yù)置數(shù)為9，十位預(yù)置數(shù)為5)，時(shí)鐘信號(hào)為1s，經(jīng)過(guò)60s后，個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器都減到0時(shí)，電路產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)送入兩個(gè)計(jì)數(shù)器的PL端，將輸入預(yù)置數(shù)據(jù)端的數(shù)“59”再預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，進(jìn)行又一輪的減法計(jì)數(shù)。圖中個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器的輸出Q4Q3Q2Q1可分別接于CD4511的輸入端，分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)LED數(shù)碼管顯示。圖11-3-6CD4510的工作時(shí)序圖圖11-3-7六十進(jìn)制秒減法計(jì)數(shù)器電路圖設(shè)計(jì)工作任務(wù)書(shū)

通過(guò)本模塊的設(shè)計(jì)和制作，學(xué)會(huì)高精度時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生的方法和分頻電路的正確使用方法；掌握具有LED數(shù)顯功能的加法計(jì)數(shù)器和可預(yù)置減法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法；掌握二位秒級(jí)定時(shí)器電路的工作原理；掌握簡(jiǎn)單數(shù)字電路產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試過(guò)程。P11M4數(shù)顯式二位秒級(jí)高精度定時(shí)器的設(shè)計(jì)與制作MNL1數(shù)顯式二位秒級(jí)高精度定時(shí)器的設(shè)計(jì)

【設(shè)計(jì)案例】

功能要求：設(shè)計(jì)一個(gè)具有數(shù)顯功能的二位高精度秒級(jí)定時(shí)器。

具體指標(biāo)如下：

(1)電源＋5V±10%。

(2)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為1～59s。到達(dá)預(yù)定時(shí)間時(shí)送出一高電平信號(hào)(3)定時(shí)時(shí)間預(yù)置方式：個(gè)位和十位分別用按鍵按動(dòng)方式預(yù)置。

(4)兩位LED數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間和倒計(jì)時(shí)時(shí)間。

(5)定時(shí)器穩(wěn)定度大于10-5，精度大于10-5。任務(wù)要求：完成原理圖設(shè)計(jì)、元器件選型、電路裝接與調(diào)試、電路性能檢測(cè),畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖,編寫(xiě)設(shè)計(jì)文檔。

設(shè)計(jì)內(nèi)容(示例):

第一步：根據(jù)設(shè)計(jì)要求畫(huà)出電路設(shè)計(jì)框圖，如圖11-4-1所示。電路由如下部分構(gòu)成：

①晶體振蕩器電路。晶體振蕩器電路給定時(shí)器提供穩(wěn)定準(zhǔn)確的32.768kHz的方波信號(hào)，可保證定時(shí)器的定時(shí)準(zhǔn)確、穩(wěn)定。晶體的頻率穩(wěn)定度和精度一般可達(dá)10-5。

②分頻器電路。分頻器電路實(shí)現(xiàn)頻率的分頻，將晶體振蕩器產(chǎn)生的32.768kHz的方波經(jīng)過(guò)15級(jí)(215＝32768Hz)分頻，得到1Hz的方波信號(hào)作為定時(shí)器的時(shí)鐘信號(hào)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。③0～59預(yù)置數(shù)控制電路。該電路的功能主要是對(duì)減法計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)。根據(jù)題目要求,預(yù)置的數(shù)值為0～59，個(gè)位和十位分別用按鍵方式預(yù)置。

④可預(yù)置數(shù)減法計(jì)數(shù)器電路。此部分為定時(shí)器的核心部分，定時(shí)器從預(yù)置的數(shù)值讀秒倒計(jì)時(shí)，到達(dá)預(yù)定時(shí)間時(shí)，送出一個(gè)控制信號(hào)，供控制外電路使用。

⑤譯碼電路和LED顯示電路。該電路由顯示譯碼驅(qū)動(dòng)和數(shù)碼管兩部分構(gòu)成。此部分電路用于顯示定時(shí)器設(shè)定時(shí)間，并實(shí)時(shí)顯示剩余時(shí)間。圖11-4-1定時(shí)器電路框圖第二步：選擇器件，確定具體電路。

(1)晶體振蕩器是構(gòu)成高精度定時(shí)器的關(guān)鍵。由于晶體有較高的頻率穩(wěn)定度和頻率準(zhǔn)確度，從而保證了振蕩器輸出頻率的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,因此,利用晶體產(chǎn)生的高頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的輸入基準(zhǔn)信號(hào)就保證了定時(shí)器電路的穩(wěn)定性和高精度。圖11-4-2CMOS晶體振蕩器圖11-4-2所示電路為利用CMOS非門(mén)構(gòu)成的輸出為方波的晶體振蕩電路。在這個(gè)電路中，CMOS非門(mén)U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實(shí)現(xiàn)振蕩器U1輸出信號(hào)的隔離和整形功能，使U2輸出的波形為較理想的方波。輸出反饋電阻R為U1非門(mén)提供偏置，使非門(mén)U1電路工作于放大區(qū)域，即非門(mén)的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180°相移，從而和非門(mén)構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。石英晶體振蕩電路的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度取決于石英晶體，石英晶體振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率取決于石英晶體的固有頻率，而與外接電阻、電容無(wú)關(guān)。石英晶體的諧振頻率由石英晶體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決定，具有極高的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。

(2)14級(jí)進(jìn)位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(或分頻器)和CD4060B振蕩器簡(jiǎn)介。

CD4060B是由一個(gè)可組成振蕩器電路的二級(jí)非門(mén)電路、一級(jí)施密特觸發(fā)器和14級(jí)進(jìn)位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器等構(gòu)成的。振蕩器可由RC或石英晶體中的任一種電路形式構(gòu)成；施密特觸發(fā)器(Schmitttrigger)電路可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形。

圖11-4-3是CD4060B的管腳圖及功能框圖，圖11-4-4是CD4060B的內(nèi)部框圖。圖11-4-3CD4060B的管腳圖及功能框圖圖11-4-4CD4060B的內(nèi)部框圖從圖11-4-4可以看出，CD4060B由如下兩大部分組成：①兩級(jí)CMOS非門(mén)和一個(gè)施密特觸發(fā)器。為第一級(jí)非門(mén)的輸入端,是第一級(jí)CMOS非門(mén)的輸出端，是第二級(jí)非門(mén)的輸出端，后接施密特觸發(fā)器送入分頻電路。②14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器部分。待計(jì)數(shù)的信號(hào)(待分頻的信號(hào))從兩級(jí)非門(mén)后的施密特觸發(fā)器輸入，從Q4～Q10、Q12～Q14分別輸出，在各個(gè)端得到相應(yīng)的分頻信號(hào)。例如：輸入信號(hào)為32768Hz的方波信號(hào),從Q14端輸出，即經(jīng)過(guò)14級(jí)分頻，其輸出頻率為32768/214=2Hz的方波信號(hào)。

綜上所述，可以利用CD4060B和32768Hz晶體產(chǎn)生高精度的2s時(shí)鐘信號(hào)，再用D觸發(fā)器構(gòu)成一級(jí)二分頻，產(chǎn)生1s的時(shí)鐘信號(hào),這樣定時(shí)器所要求的高精度的時(shí)鐘信號(hào)就產(chǎn)生了,如圖11-4-5所示。圖11-4-51s時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路

(3)0～59預(yù)置數(shù)控制電路。

根據(jù)題意，要求預(yù)置數(shù)時(shí)，個(gè)位和十位分別置數(shù)。顯然，個(gè)位用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器即可，十位可考慮用一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖11-4-6選用了74390，根據(jù)前面的內(nèi)容我們知道，它的內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的二－五－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由一個(gè)二－五－十計(jì)數(shù)器構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器給個(gè)位置數(shù)，另一個(gè)二－五－十計(jì)數(shù)器通過(guò)反饋復(fù)位法構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器給十位置數(shù)。根據(jù)題意，在圖11-4-6中用兩個(gè)按鍵分別給個(gè)位和十位可變置數(shù)，也就是說(shuō)，按鍵按動(dòng)一下計(jì)數(shù)器加1。圖11-4-6中采用了前一個(gè)項(xiàng)目中介紹的RS消抖動(dòng)電路，以去除機(jī)械按鍵按動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的毛刺，使按鍵每按一下，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沒(méi)有毛刺的，波形干凈、平滑的脈沖。圖11-4-60～59預(yù)置數(shù)控制電路圖

(4)預(yù)置數(shù)為1~59的減法計(jì)數(shù)器電路。

減法計(jì)數(shù)器電路是定時(shí)器的核心部分。當(dāng)完成了預(yù)置數(shù)后，所需定時(shí)的時(shí)間就確定了，每經(jīng)過(guò)一個(gè)脈沖，減法計(jì)數(shù)器減1，直至減到0時(shí)，即可完成定時(shí)功能。脈沖的時(shí)鐘信號(hào)用上述的1s信號(hào)，即定時(shí)器每經(jīng)過(guò)1s減1，由于1s信號(hào)的高精度，從而保證了定時(shí)器的高精度。減法計(jì)數(shù)器電路如圖11-4-7所示。圖11-4-7預(yù)置數(shù)為59的減法計(jì)數(shù)器電路圖

(5)譯碼電路和LED顯示電路。

將來(lái)自于減法計(jì)數(shù)器個(gè)位和十位的輸出Q3Q2Q1Q0連接到譯碼顯示電路，就可以顯示定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間了。譯碼顯示選用CD4511，其輸出