常用基本数字集成电路应用设计.docx
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常用基本数字集成电路应用设计
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常用基本数字集成电路应用设计
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常用基本数字集成电路应用设计
1.多谐振荡器概述
多谐振荡器是一种自激振荡器,它不需要输入触发信号,接通电源后就可自动输出矩形脉冲。
由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量,因此,常将矩形脉冲产生电路称为多谐振荡器。
1.1非门电路构成的多谐振荡器设计
1.1.1基本原理
门电路构成多谐振荡器
非门作为一个开关倒相器件,可用以构成各种脉冲波形的产生电路。
电路的基本工作
原理是利用电容器的充放电,当输入电压达到与非门的阈值电压VT时,门的输出状态即发生变化。
因此,电路输出的脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值。
(1)不对称多谐振荡器
非对称型多谐振荡器的输出波形是不对称的,当用TTL与非门组成时,输出脉冲宽度
tw1=RC,tw2=1.2RC,T=2.2RC
调节R和C值,可改变输出信号的振荡频率,通常用改变C实现输出频率的粗调,改
变电位器R实现输出频率的细调。
图1为不对称多谐振荡器,为了使电路产生振荡,要求U1A和U1B两个反向器都工作在电压传输特性的转折区,即工作在放大区。
(2)对称型多谐振荡器
电路完全对称,电容器的充放电时间常数相同,故输出为对称的方波。
改变R和C的值,
可以改变输出振荡频率。
非门3用于输出波形整形。
一般取R≤1KΩΩ,当R1=R2=1KΩ,C1=C2=100pf~100µf时,f可在几Hz~MHz变化。
脉冲宽度tw1=tw2=0.7RC,T=1.4RC.
图2中,U1A和U1B两个反向器之间经电容C1和C2耦合形成正反馈回路。
(3)石英晶体稳频的多谐振荡器
当要求多谐振荡器的工作频率稳定性很高时,上述几种多谐振荡器的精度已不能满足要
求。
为此常用石英晶体作为信号频率的基准。
用石英晶体与门电路构成的多谐振荡器常用来
为微型计算机等提供时钟信号。
图3所示为常用的晶体稳频多谐振荡器。
(a)、(b)为TTL器件组成的晶体振荡电路;(c)、
(d)为CMOS器件组成的晶体振荡电路,一般用于电子表中,其中晶体的f0=32768Hz。
图3(c)中,门1用于振荡,门2用于缓冲整形。
Rf是反馈电阻,通常在几十兆欧之
间选取,一般选22MΩ。
R起稳定振荡作用,通常取十至几百千欧。
C1是频率微调电容器,
C2用于温度特性校正。
图4晶体振荡器
1.1.2电路仿真
(1)非门电路的模型如图5所示
图5非门电路模型
(2)不对称多谐振荡器
根据图5,建立非门的模块电路,并搭建不对称仿真电路,如下图6所示。
完成电路仿
真。
改变电阻R9和电容C1的数值,对输出的波形和频率有什么变化。
根据电阻电容的数值,计算理论的输出频率,并与实测的频率进行比较。
图6不对称仿真电路图
图7仿真结果图
根据频率计算公式
改变R9阻值和C1的容量,在一定范围内,增大R9阻值会使占空比发生改变,并且使频率减小,同样,增大C1容量,会使频率减小。
(3)对称多谐振器
根据电阻电容的数值,计算理论的输出频率,并与实测的频率进行比较。
图8对称多谐振荡器
理论频率值
图9仿真结果图
1.2555定时器构成的多谐振荡器设计
1.2.1555定时器内部电路构成如图10
由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、输出缓冲反相器、集电极开路输出三极管组成。
图10555内部电路
555功能表
1.2.2555定时器原理
图11555定时器电路图
电路如图11所示,将555定时器将
端和TH端相连,对地接电容C1,对电源接电阻R1和R2,为C1提供充电回路。
R2为C1放电回路中的电阻,C2起滤波作用,主要用于消除高频干扰,以保证内部比较器阈值电平的稳定,这样便组成了多谐振荡器。
1.2.3555多谐振荡器参数计算
多谐振荡器的周期T为
为Uc由1/3V充到2/3V所需的时间,
为Uc由2/3V下降到1/3V所需的时间。
它们的计算公式为
,
所以有
仿真电路图如图12所示
图12仿真电路图
图13仿真波形图
占空比:
1.2.4555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器
图14555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器
2.N进制计数器与显示仿真设计
2.1由三位的十进制计数器74LS160构成0-999的计数器
K1为计数时钟按钮,每按下一次,产生一个计数时钟,K2为异步清零时钟。
图150-999的计数器
2.1.1图15电路分析
(1)上面电路通过74ls160同步十进制加法计数器对输入秒脉冲计数,输出经4511七段锁存译码器到数码管显示,进位输出到下一个使能端或脉冲端。
(2)按K1键,使电路产生脉冲信号,计数器加1,。
(3)74LS160的有以下功能:
第一,异步清零功能。
第二,同步并行置数功能。
第三,计数功能。
第四,保持功能。
2.260进制计数器
利用十进制计数器74LS160、4511译码器、共阴极数码管、与非门74LS00构成一个60进制的计数器。
图16由两片74ls160构成的60进制的计数器
图17由两片74ls190构成的60进制的计数器
2.3简单数字时钟设计
图18数字时钟
利用十进制计数器74LS160、4511译码器、共阴极数码管、与非门74LS00、与门74LS0设计一个时钟,要求能显示时分秒功能,小时采用24小时制,具有异步复位功能。
秒分计数器为六十进制计数器。
秒计数到六十后,对“分计数器”送入一个脉冲,进行分计数,分计数到六十后,对“时计数器”送入一个脉冲,“时计数器”是24进制计数器,实现对一天24小时计数。
电子钟的显示由计数器、译码器经数码管实现。
设计总结与心得
参考文献
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