數(shù)字電子電路仿真

1、.莁蒅螇袈芇蒅袀肄膃蒄蕿袇聿蒃螂肂肅蒂襖羅莄蒁薄膀芀蒀蚆羃膆葿螈腿肂蕿袁羂莀薈薀螄芆薇蚃羀節(jié)薆裊螃膈薅薅肈肄薄蚇袁莃薃蝿肆艿薃袁衿膅螞薁肅肁蟻蚃袈荿蝕螆肅蒞蠆羈袆芁蚈蚈膁膇芅螀羄肅芄袂膀莂芃薂羂羋莂蚄膈膄莁螇羈肀莁衿螃蒈莀蠆罿莄荿螁袂芀莈袃肇膆莇薃袀肂莆蚅肆莁蒅螇袈芇蒅袀肄膃蒄蕿袇聿蒃螂肂肅蒂襖羅莄蒁薄膀芀蒀蚆羃膆葿螈腿肂蕿袁羂莀薈薀螄芆薇蚃羀節(jié)薆裊螃膈薅薅肈肄薄蚇袁莃薃蝿肆艿薃袁衿膅螞薁肅肁蟻蚃袈荿蝕螆肅蒞蠆羈袆芁蚈蚈膁膇芅螀羄肅芄袂膀莂芃薂羂羋莂蚄膈膄莁螇羈肀莁衿螃蒈莀蠆罿莄荿螁袂芀莈袃肇膆莇薃袀肂莆蚅肆莁蒅螇袈芇蒅袀肄膃蒄蕿袇聿蒃螂肂肅蒂襖羅莄蒁薄膀芀蒀蚆羃膆葿螈腿肂蕿袁羂莀薈薀螄芆薇蚃

2、羀節(jié)薆裊螃膈薅薅肈肄薄蚇袁莃薃蝿肆艿薃袁衿膅螞薁肅肁蟻蚃袈荿蝕螆肅蒞蠆羈袆芁蚈蚈膁膇芅螀羄肅芄袂膀莂芃薂羂羋莂蚄膈膄莁螇羈肀莁衿螃蒈莀蠆罿莄荿螁袂芀莈袃肇膆莇薃袀肂莆蚅肆莁蒅螇袈芇蒅袀肄膃蒄蕿袇聿蒃螂肂肅蒂襖羅莄蒁薄膀芀蒀蚆羃膆葿螈腿肂蕿袁 第八章 數(shù)字電子電路仿真8.1 組合邏輯電路分析按圖8.1-1所示，創(chuàng)建一組合邏輯電路，輸入變量A，B，C分別由三只開關(guān)D，E，F(xiàn)控制接入電平的高，低。輸出端L由指示燈的亮，滅表示高，低電平。將測試結(jié)果輸入到邏輯轉(zhuǎn)換儀真值表區(qū)，選擇真值表簡化表達式轉(zhuǎn)換方式，得到簡化邏輯表達式（L=A+B+C）。選擇表達式邏輯電路轉(zhuǎn)換方式可得到如圖8.1-3（A）所示的邏輯

3、電路，若選擇表達式與非邏輯電路轉(zhuǎn)換方式則可得到如圖8.1-3（B）所示全部由與非門組成的邏輯電路。要獲取給定組合邏輯電路的真值表，除了可以用上述直接測試的方法以外，還可以將創(chuàng)建好的邏輯電路輸入端連接至邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸入端，將電路的輸出端連接至邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸出端，如圖8.1-4所示。然后選擇電路真值表轉(zhuǎn)換方式直接獲取真值表，再選擇真值表簡化邏輯表達式轉(zhuǎn)換方式，最后根據(jù)需要選擇表達式邏輯電路，或者表達式與非邏輯電路獲得簡化的邏輯電路。8.2 組合邏輯電路設(shè)計一般組合邏輯電路設(shè)計過程可歸納為：分析給定問題列出真值表，由真值表求得簡化的邏輯表達式，再根據(jù)表達式畫出邏輯電路。這一過程可借助邏輯轉(zhuǎn)換儀完成。

4、例：試設(shè)計一個路燈控制邏輯電路，要求在四個不同的地方都能獨立的控制路燈的亮滅。解：設(shè)該邏輯電路四個輸入變量為：A，B，C，D，分別由E，F(xiàn)，G，H四個開關(guān)控制，接入高電平（+5V）作為邏輯“1”，接入低電平（“地”）作為邏輯“0”。邏輯電路輸出端L接一指示燈模擬所控制的路燈，輸出高電平（邏輯“1”）時指示燈亮，輸出低電平（邏輯“0”）時指示燈滅。（1）打開邏輯轉(zhuǎn)換儀面板，在真值表區(qū)電擊A，B，C，D四個邏輯變量建立一個四變量真值表，根據(jù)邏輯控制要求在真值表區(qū)輸出變量列中填入相應(yīng)邏輯值（2）點擊邏輯轉(zhuǎn)換儀面板上“真值表簡化邏輯表達式”按鈕，求得簡化的邏輯表達式。（3）點擊邏輯轉(zhuǎn)換儀面板上“表達示

5、電路”按鈕，獲得邏輯電路如圖8.2-2（虛線以下部分）所示。（4）邏輯功能測試：在通過邏輯轉(zhuǎn)換儀獲得的邏輯電路四個輸入端接入四個開關(guān)，用來選擇“+5V）或“地”，輸出端L接指示燈，如圖8.2-2虛線以上部分所示。按上述方式選擇不同的開關(guān)狀態(tài)組合，觀察指示燈的亮滅可對真值表的狀態(tài)逐一驗證。8.3 組合邏輯常見功能測試通過對邏輯部件的功能測試，有助于加深對該部件邏輯功能的理解，為熟悉應(yīng)用該部件打下基礎(chǔ)，同時進一不熟悉有關(guān)測試一起的使用方法。例1 全加器邏輯功能測試：（1） 打開EWB的主界面，從數(shù)字器件庫中調(diào)出全加器，再從儀器庫中調(diào)出邏輯轉(zhuǎn)換儀，將全加器的輸入端A，B，C1分別與邏輯轉(zhuǎn)換儀輸入端A

6、，B，C相連，將全加器的輸出端與CO通過選擇開關(guān)S與邏輯轉(zhuǎn)換儀輸出端相連，得全加器測試電路如圖8.3-1所示。（2） 點擊（選中）全加器，再點擊幫助按鈕（？），得到全加器的功能表 。（3） 通過選擇開關(guān)S將全加和（）端連至邏輯轉(zhuǎn)換儀輸出端，雙擊邏輯轉(zhuǎn)換儀圖標(biāo)，展開邏輯轉(zhuǎn)換儀面板，單擊邏輯電路真值表按鈕可獲得全加和真值表，單擊真值表簡化表達式按鈕可獲得簡化的邏輯表達式。（4） 通過選擇開關(guān)S將全加器進位輸出端CO與邏輯轉(zhuǎn)換儀輸出端相連，展開邏輯轉(zhuǎn)換儀面板，單擊邏輯電路真值表按鈕可獲得全加進為真值表，單擊真值表簡化表達式按鈕可獲得簡化的邏輯表達式。例2 多路數(shù)據(jù)選擇器功能測試（1） 在EWB主界面

7、中打開數(shù)字器件庫，選擇八選一數(shù)據(jù)選擇器74151，其功能表（略），邏輯符號參見圖8.3-6。功能表中C，B，A為通道地址選擇。G為使能端，低電平有效。Y為數(shù)據(jù)輸出端，W為反相數(shù)據(jù)輸出端。（2） 由儀器庫中調(diào)出字信號發(fā)生器和邏輯分析儀，將數(shù)據(jù)選擇器的八個輸入通道（D0D7）分別與字信號發(fā)生器的八個輸出段和邏輯分析儀的八個輸入端項鏈。將數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸出端（Y）和反相數(shù)據(jù)輸出端（W）分別連到邏輯分析儀的兩個輸入端。將通道地址輸入端（C，B，A）分別通過三個開關(guān)（C，B，A）選擇高，低電平，實現(xiàn)通道地址編碼。測試電路連接如圖8.3-6所示。（3） 設(shè)置字信號發(fā)生器。展開字信號發(fā)生器面板，在字信號編

8、輯區(qū)內(nèi)寫入兩位不同的十六進制數(shù)。選擇字信號發(fā)生器的工作頻率為1KHZ。（4） 多路數(shù)據(jù)選擇器功能測試。通過改變開關(guān)C，B，A的連接方式，選擇多路數(shù)據(jù)選擇器的一路輸入通道（圖8.3-6選擇了D0通道）。展開邏輯分析儀面板，按下啟動開關(guān)，邏輯分析儀面板上將展現(xiàn)出多路數(shù)據(jù)選擇器的工作波形。按下暫停按鈕，可仔細觀察各波形之間的邏輯關(guān)系?？蛇B續(xù)改變通道地址觀察輸出與輸入通道之間的選擇關(guān)系。8.4 遞增集成計數(shù)器的應(yīng)用 在EWB主界面下打開數(shù)字器件庫，選擇集成計數(shù)器74160，其電路符號見圖8.4-3所示。1 74160基本功能測試74160為一具有清零與置數(shù)功能的十進制遞增計數(shù)器，由顯示器件庫中選擇帶譯

9、碼器的七段顯示數(shù)碼管與計數(shù)器輸出端相連，在信號源中選擇方波電壓（頻率1KHZ，占空比50，幅值5V）作為計數(shù)器的時鐘脈沖源，將脈沖源及計數(shù)器輸出端連接至邏輯分析儀輸入端便于觀察波形，所連電路如圖8.4-3所示。 在EWB主界面內(nèi)建立圖8.4-3所示電路后，可按功能表要求，在清零（CLR）與置數(shù)端（LOAD）分別接入相應(yīng)電平可測試清零與置數(shù)功能。閉合仿真電源開關(guān)，雙擊邏輯分析儀圖標(biāo)可觀測到計數(shù)器工作波形。由上到下依次為時鐘脈沖（CLK），QA，QB，QC，QD和進位控制脈沖（RCO）波形。兩個讀數(shù)指針之間為一個計數(shù)周期的工作波形。 2. 用“反饋清零”法組成任意進制遞增計數(shù)器在實際工作中，經(jīng)常需

10、要組成非十進制（N進制）遞增計數(shù)器，欲 組成N進制遞增計數(shù)器，只要將計數(shù)器第N狀態(tài)中輸出為“1”的Q端，經(jīng)與非門“與非”后控制清零端（CLR）即可（因為計數(shù)器74160清零端低電平有效）。例如：我們將74160輸出端QA和QD通過與非門控制計數(shù)器的清零端，即可將十進制遞增計數(shù)器74160改造成九進制遞增計數(shù)器，改造后的電路如圖8.4-6所示。兩讀數(shù)指針之間為一個九進制計數(shù)周期工作波形。顯然，通過選擇計數(shù)器不同輸出端 作為反饋端，利用一片74160可組成10以內(nèi)任意 進制遞增計數(shù)器。8.5 集成可逆計數(shù)器的應(yīng)用在EWB主界面下打開數(shù)字器件庫，選取十進制可逆集成計數(shù)器74190，其電路符號見圖8.

11、5-2。1. 74190功能測試74190為一具有置數(shù)功能的十進制可逆計數(shù)器，由顯示器件庫中選擇帶譯碼器的七段顯示數(shù)碼管與計數(shù)器輸出端相連，將脈沖源及計數(shù)器輸出端連接至邏輯分析儀輸入端便于觀察波形，所連電路如圖8.5-2所示。通過敲擊K鍵，控制開關(guān)S將減/加（D/U）計數(shù)控制端接高電平或低電平，實現(xiàn)十進制遞減或遞增計數(shù)體制的轉(zhuǎn)換。按功能表要求，可對置數(shù)，遞增，遞減計數(shù)進行測試。圖8.5-2為十進制可逆計數(shù)器遞減計數(shù)工作方式。閉合仿真電源開關(guān)，雙擊邏輯分析儀圖標(biāo)可觀測到計數(shù)器工作波形。由上到下依次為時鐘脈沖（CLK），QA，QB，QC，QD和借位控制脈沖（RCO）波形。敲擊K鍵，使減/加（D/U

12、）控制端通過開關(guān)接地，使74190工作在十進制遞增計數(shù)工作狀態(tài)。通過邏輯分析儀顯示74190十進制遞增計數(shù)器工作波形。2. 集成計數(shù)器的級連集成計數(shù)器的級連可采用同步或異步兩種方式，可根據(jù)借位或進位信號以及控制端的特征而定。用兩片74190采用同步級連方式構(gòu)成的100進制遞減計數(shù)器如圖8.58-5所示。兩片74190（C1，C2）分別連接成十進制計數(shù)方式，因為個位計數(shù)器（C2）的借位信號（RCO）只在“0”狀態(tài)時輸出低電平，將其連接到十位計數(shù)器（C1）的計數(shù)容許端（CTEN，低電平有效），這樣，只有在低位計數(shù)器輸出的借位信號有效（低電平）時，才允許高電位計數(shù)器計數(shù)，從而實現(xiàn)了同步級連。因為集成

13、計數(shù)器74190是在時鐘脈沖上跳沿觸發(fā)，因此，我們可以利用低位計數(shù)器的借位輸出脈沖直接作高位計數(shù)器的觸發(fā)脈沖。高低位計數(shù)器組成異步級連方式。圖8.5-6所示66進制遞減計數(shù)器就是采用異步級連方式。3. 用“反饋置數(shù)”方式組成零為無效狀態(tài)的任意進制遞減計數(shù)器 選用兩片74190分別連接成十進制遞減工作方式，將個位計數(shù)器的借位信號（RCO）連接到十位計數(shù)器的脈沖輸入端（CLK）組成異步計數(shù)方式。將兩片計數(shù)器（C1，C2）的RCO端通過或門控制兩片計數(shù)器的置數(shù)控制端（LOAD），將兩片計數(shù)器的置數(shù)輸入端（D，C，B，A）根據(jù)進制要求作適當(dāng)連接，該減法計數(shù)器在“00”狀態(tài)的瞬間完成置數(shù)（可以在100以

14、內(nèi)任意選擇）。因此，利用兩片74190可組成零狀態(tài)為無效狀態(tài)的100以內(nèi)的任意進制遞減計數(shù)器。圖8.5-6 為一零為無效狀態(tài)的66進制遞減計數(shù)器。4.用“反饋置數(shù)”方式組成零為有效狀態(tài)的任意進制遞減計數(shù)器對十進制遞減計數(shù)器而言，“0”狀態(tài)之后，一定是狀態(tài)“9”，我們可以利用QD和QA相“與”后，完成任意進制置數(shù)。即利用“9”狀態(tài)出現(xiàn)的瞬間之特征（QD=QA=1），借助置數(shù)控制端LOAD和置數(shù)輸入端A，B，C，D，將“9”置換為任意進制數(shù)“N”。圖8.5-7為一采用異步級連方式的零為有效狀態(tài)的66進制遞減計數(shù)器。圖8.4-5是“利用反饋清零”法組成的零有效九進制遞增計數(shù)器，利用“反饋置數(shù)”法同樣

15、也可以組成零為無效狀態(tài)的任意進制遞增計數(shù)器，對74190而言，令其工作在遞增計數(shù)方式下，同樣也可以利用“反饋置數(shù)”法組成零狀態(tài)有效或無效的任意進制遞增計數(shù)器。8.6 555定時器的應(yīng)用1. 555定時器及其組成的多諧振蕩器555定時器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路，其功能靈活，使用范圍廣，只要外部配上2，3個阻容元件，就可以構(gòu)成單穩(wěn)，多諧或施密特電路。該電路在定時，檢測，控制，報警等方面得到廣泛應(yīng)用。 圖8.6-1是利用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。 2. 用555定時器組成波群發(fā)生器 在EWB主界面下打開混合集成電路庫，選擇兩片555定時器并配以適當(dāng)外圍元件組成圖8

16、.6-3所示電路，電路中左右兩片555定時器分別構(gòu)成兩個振蕩頻率不同的多諧振蕩器。因為左邊振蕩器的充放電時間常數(shù)遠大于右邊振蕩器的充放電時間常數(shù)，因此左振蕩器的振蕩周期遠大于右振蕩器，將左振蕩器輸出連接到右振蕩器的復(fù)位端，左振蕩器輸出高電平時，右振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，輸出低電平時停振，從而構(gòu)成波群發(fā)生器。 3. 555定時器組成報警電路在EWB主界面下打開混合集成電路庫，選擇兩片555定時器并配以適當(dāng)外圍元件組成圖8.6-5所示電路，其基本結(jié)構(gòu)與上述波群發(fā)生器類似，不同點是將左振蕩器的輸出接到右振蕩器的控制電壓輸入端，利用左振蕩器的高，低電平控制右振蕩器產(chǎn)生兩個不同頻率的振蕩，可推動揚聲器產(chǎn)生報

17、警音響效果。利用555定時器組成報警電路還有多種方案，例如：可將左振蕩器電容上的三角波電壓接至右振蕩器的控制電壓輸入端，使右振蕩器產(chǎn)生變頻振蕩，產(chǎn)生報警效果。8.7 JK觸發(fā)起及其應(yīng)用1. JK觸發(fā)器功能測試在數(shù)字器件庫中取一低電平觸發(fā)，低電平置位和復(fù)位的JK觸發(fā)器搭成圖8.7-1所示的測試電路。閉合仿真電源開關(guān)，雙擊邏輯分析儀圖標(biāo)，展開邏輯分析儀面板，選擇合適的時基，得到JK觸發(fā)器工作電壓波形圖。波形圖直觀的反映了Q端與時鐘脈沖之間的2分頻關(guān)系，Q與Q端之間的非邏輯關(guān)系，以及時鐘脈沖下跳沿與Q和Q翻轉(zhuǎn)的對應(yīng)關(guān)系。還可以單獨接入高，低電平，觀察置位和復(fù)位功能。 2. 利用JK觸發(fā)器構(gòu)成分頻器利

18、用4個JK觸發(fā)器按二進制同步計數(shù)器級連方式進行連接，得圖8.7-3所示的十六分頻器（四位二進制同步遞增計數(shù)器）。將時鐘脈沖（CLK）及四個觸發(fā)器的Q端（Q0，Q1，Q2，Q3）自上而下，依次接入邏輯分析儀。得到工作（時序）波形，顯示出觸發(fā)器輸出端Q0Q3與時鐘脈沖之間分別為2，4，8，16分頻關(guān)系。8.8 D/A轉(zhuǎn)換器1. D/A轉(zhuǎn)換電路原理分析在EWB主界面下打開相應(yīng)器件庫，選擇有關(guān)器件接成圖8.8-1所示D/A轉(zhuǎn)換器電路，該 電路為R2R T型D/A轉(zhuǎn)換電路，開關(guān)D3，D2，D1，D0分別由關(guān)鍵字D，C，B，A控制接“0”或接“1”。無論開關(guān)接“0”（地）還是接“1”（虛地），電阻網(wǎng)絡(luò)各支

19、路電流分配關(guān)系不變。 Vref為輸入基準(zhǔn)電壓，因為由基準(zhǔn)電壓VREF端輸入的等效電阻為R，因此輸入電流Iref=Vref/R，由此進一步分析不難獲得輸出電壓與輸入基準(zhǔn)電壓和各開關(guān)量之間的關(guān)系式為：VO=-Vref/16*（D3*8+D2*4+D1*2+D0*1）。 顯然：當(dāng)D3，D2，D1，D0=0001時，VO=-VREF/16為D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。 當(dāng)D3，D2，D1，D0=1111時，VO=-15*VREF/16為D/A轉(zhuǎn)換器的滿度值。以上所述，均可通過改變開關(guān)位置，觀測電流表和電壓表顯示數(shù)值而得到驗證。2. 集成D/A轉(zhuǎn)換電路測試圖8.8-2為一集成D/A轉(zhuǎn)換器測試電路，其中：D0D

20、7：八位二進制數(shù)碼輸入，通過開關(guān)AH選擇輸入高電平（+VCC）或低電平（地）。VO：電壓輸出端。VREF：輸入基準(zhǔn)電壓。D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓表達式：VO=Vref×D/256=10V×D/256 其中：D為輸入二進制數(shù)碼所對應(yīng)的十進制數(shù)。例：圖8.8-2中輸入二進制碼為：10011001，轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)為：D=128+16+8+1=153。因此：VO=10V×153/256=5.977V，與電路實測結(jié)果一致。8.9 A/D轉(zhuǎn)換器 圖8.9-1為一A/D轉(zhuǎn)換測試電路，其中： VIN：模擬電壓輸入端。 D0D7：二進制數(shù)碼輸入DUAN 4。 Vref+：上基準(zhǔn)電壓輸入

21、端。 Vref-：下基準(zhǔn)電壓輸入端。 SOC：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動端（高電平啟動）。 OE：三態(tài)輸出控制端。 EOC：轉(zhuǎn)換周期結(jié)束指示端（輸出正脈沖）。 在圖8.9-1所示電路中：基準(zhǔn)電壓Vref=5V。輸入模擬電壓由電位器R提供，大小由R調(diào)節(jié)，由電壓表指示。輸入模擬電壓與輸出數(shù)字量的關(guān)系式：Vin=（輸出數(shù)字量所對應(yīng)的十進制數(shù)）×Vref/256。輸出二進制數(shù)：Bin=Vin×256/Vref。輸出二進制數(shù)由帶譯碼器的7段LED顯示數(shù)碼管以兩位十六進制數(shù)形式顯示。在圖8.9-1所示電路中輸出數(shù)字量理論計算值：BIN=2V×256/5V=102.4（十進制數(shù)）。數(shù)碼管顯示

22、實際值：0110010=64+32+4+2=102（十進制數(shù)）。兩者基本相符。8.10 鎖相環(huán)鎖相環(huán)是數(shù)字頻率合成的核心部件，鎖相式頻率合成器能給出長期和短期穩(wěn)定度都比較高的輸出頻率信號，信道樹木多，體積小。利用分頻技術(shù)可以產(chǎn)生小于或等于基準(zhǔn)頻率的各種參考頻率信號，通用計數(shù)器可以作為分頻器，若在前面加上高速前級脈沖計數(shù)器則整個電路作為高速分頻器使用，分頻系數(shù)N越大，分頻后的噪聲越小。鎖相環(huán)一般由環(huán)路濾波器，壓控振蕩器，數(shù)字分頻器和鑒相器構(gòu)成。其主要參數(shù)包括：鑒相器轉(zhuǎn)換增益，壓控振蕩器（VCO）轉(zhuǎn)換增益，壓控振蕩器自由振蕩頻率和輸出電壓幅值等。圖8.10-1是一個鎖相環(huán)簡單測試電路，敲擊A健使開

23、關(guān)S分別為環(huán)路濾波器輸入端（FI）選擇10V和5V兩檔輸入電壓，用示波器的VA通道監(jiān)視壓控振蕩器輸出電壓（VO），VB通道監(jiān)視環(huán)路濾波器輸出電壓（FO）。若在環(huán)路濾波器輸入端施加連續(xù)變化的模擬電壓，則壓控振蕩器將輸出連續(xù)變頻電壓。讀者可自行設(shè)計相關(guān)測試電路。 第九章 電子電路系統(tǒng)仿真本章主要介紹小型電子電路系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，用好EWB的子電路功能，將使系統(tǒng)分析過程大大簡化。9.1 多波形函數(shù)發(fā)生器 1. 方波三角波發(fā)生器 利用集成運算放大器構(gòu)成的多波形函數(shù)發(fā)生器電路如圖9.1-1所示，其中AR2組成遲滯比較器，AR3組成積分器，通過正反饋環(huán)路使電路產(chǎn)生振蕩，便可在AR2輸出端（VO1）產(chǎn)生方波

24、輸出。該方波經(jīng)AR3積分后，在其輸出端（VO2）產(chǎn)生三角波輸出。 在圖9.1-1中給定參數(shù)條件下，用示波器測得VO1（VA）和VO2（VB）的電壓波形。 敲擊W鍵，調(diào)節(jié)可變電阻器R11，可改變積分器的充放電時間常數(shù)，從而改變?nèi)遣ê头讲妷褐芷凇?. 鋸齒波窄脈沖發(fā)生器 若敲擊K鍵，將開關(guān)S1閉合，則導(dǎo)引二極管D3和電阻R16并聯(lián)，使積分器在兩個方向上的積分時間常數(shù)產(chǎn)生較大差異，使三角波電壓下降邊時間大大縮短，從而將三角波變?yōu)殇忼X波，而方波則由于正負半周嚴(yán)重不對稱，而成為窄脈沖。讀者可改變參數(shù)通過示波器自行觀測波形變化。 3. 方波正弦波發(fā)生器 在圖9.1-1中，集成運放AR1組成帶通濾波器，

25、其功能是將輸入方波電壓經(jīng)過帶通濾波轉(zhuǎn)換為特定頻率的正弦波電壓輸出。 我們先單獨對AR1組成帶通濾波器進行交流頻率分析，分析電路如圖9.1-3所示，選擇EWB分析菜單中的交流頻率分析項，在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對話框中，設(shè)置掃描起始和終止頻率為1HZ和1MHZ，掃描形式為十進制，縱向尺度為線性，輸出端為節(jié)點3。電擊仿真按鈕后得到頻率響應(yīng)曲線。將帶通濾波器輸入端接至方波發(fā)生器輸出端可變電阻R10的抽頭處（見圖9.1-1），將示波器VA接方波發(fā)生器輸出VO1，VB接正弦波輸出端VO3，閉合仿真電源開關(guān)，打開示波器面板，測得方波及方波經(jīng)帶通濾波后轉(zhuǎn)換之正弦波。敲擊R鍵，調(diào)節(jié)可變電阻R10，可調(diào)節(jié)帶通濾波

26、器輸入方波電壓的幅值，進而調(diào)節(jié)正弦波電壓的幅值。9.2 單電源互補對稱功率放大器（OTL）一單電源互補對稱功放電路如圖9.2-1所示，因為電源電壓（V1）為15V，因此，靜態(tài)時可調(diào)整R9或R6使Q1射極直流電位為7.5V（如電壓表M1所指示）。電路的交流電壓放大倍數(shù)： 。電路的最大輸出電壓峰值：， 式中：VCES為晶體管Q1或Q2的飽和壓降。最大輸出功率： 。讀者在做輸出功率仿真測試時，可通過測量負載電阻（R7）兩端的電壓有效值換算得到。9.3 雙電源互補對稱功率放大器（OCL） 一雙電源互補對稱功放電路如圖9.3-1所示。電路的交流電壓放大倍數(shù)：。電路的最大輸出電壓峰值：， 式中：VCES為

27、晶體管Q13或Q14的飽和壓降。最大輸出功率：。同樣，讀者可通過測量負載電阻（R25）兩端的電壓有效值，換算出輸出功率。9.4 數(shù)字鐘數(shù)字鐘電路是一個典型的數(shù)字電路系統(tǒng),其由時,分,秒計數(shù)器以及校時和顯示電路組成.下面介紹利用集成十進制遞增計數(shù)器(74160)和帶譯碼器的七段顯示數(shù)碼管組成的數(shù)字鐘電路.計數(shù)器74160和七段顯示數(shù)碼管的功能及使用方法在8.4節(jié)已有敘述.1. 利用兩片74160組成60進制遞增計數(shù)器 利用兩片74160組成的同步60進制遞增計數(shù)器如圖9.4-1所示，其中個位計數(shù)器（C1）接成十進制形式。十位計數(shù)器（C2）選擇QC與QB做反饋端，經(jīng)與非門輸出控制清零端（CLR），

28、接成六進制計數(shù)形式。個位與十位計數(shù)器之間采用同步級連方式，將個位計數(shù)器的進位輸出控制端（RCO）接至十位計數(shù)器容許端（ENT），完成個位對十位計數(shù)器的進位控制。將個位計數(shù)器的RCO端和十位計數(shù)器的QC、QA端經(jīng)與們由CO端輸出，作進位輸出控制信號。當(dāng)計數(shù)器狀態(tài)為59時，CO端輸出高電平，在同步級聯(lián)方式下，容許高位計數(shù)器計數(shù)。選擇信號源庫中的1HZ方波信號作為計數(shù)器的測試時鐘源。因為秒與分計數(shù)均由60進制遞增計數(shù)器來完成，為在構(gòu)成數(shù)字鐘系統(tǒng)時使電路得到簡化，我們將圖9.4-1虛線框內(nèi)建立部分用子電路表示。具體操作過程如下：在EWB主界面內(nèi)建立圖9.4-1所示60進制計數(shù)器，閉合仿真電源，經(jīng)過功能

29、測試，確保計數(shù)器工作正常。選中虛線框內(nèi)所示部分電路（Circuit）菜單中的創(chuàng)建子電路（Creat Subcircuit）項，主界面內(nèi)出現(xiàn)子電路設(shè)置對話框，在對話框內(nèi)添入電路名稱（60C）后，選擇在電路中置換（Replace in Circuit）項，得用子電路表示的60進制遞增計數(shù)器如圖9.4-3所示。2、用兩片74160組成24/12進制遞增計數(shù)器圖9.4-4所示電路是由兩片74160組成的能實現(xiàn)12和24進制轉(zhuǎn)換的同步遞增計數(shù)器。圖中個位與十位計數(shù)器均接成十進制計數(shù)形式，采用同步級連方式。選擇十位計數(shù)器的輸出端QB和個位計數(shù)器的輸出端QC通過與非門NAND2控制兩片計數(shù)器的清零端（CLR

30、），利用狀態(tài)24反饋清零，可實現(xiàn)24進制遞增計數(shù)。若選擇十位計數(shù)器的輸出端QA與個位計數(shù)器的輸出端QB經(jīng)過與非門NAND1輸出，控制兩片計數(shù)器的清零端（CLR），利用狀態(tài)12反饋清零，可實現(xiàn)12進制遞增計數(shù)。敲擊Q鍵，使開關(guān)K選擇與非門NAND2輸出或NAND1輸出可實現(xiàn)24和12進制遞增計數(shù)器的轉(zhuǎn)換。該計數(shù)器可利用作數(shù)字鐘的時計數(shù)器。 為簡化數(shù)字鐘電路，我們將圖9.4-4所示的24/12進制計數(shù)器虛線框內(nèi)電路轉(zhuǎn)換為子電路，轉(zhuǎn)換方法與上述60進制計數(shù)器相同。用子電路表的24/12進制同步計數(shù)器如圖9.4-5所示。3. 數(shù)字鐘系統(tǒng)的組成利用60進制和24/12進制遞增計數(shù)器子電路構(gòu)成的數(shù)字鐘系統(tǒng)

31、如圖9.4-6所示。在數(shù)字鐘電路中，由兩個60進制同步遞增計數(shù)器完成秒、分計數(shù)，由24/12進制同步遞增計數(shù)器實現(xiàn)小時計數(shù)。秒、分、時計數(shù)器之間采用同步級連方式。開關(guān)K控制小時的24進制和12進制計數(shù)方式選擇。為簡化電路，直接選用信號源庫中的方波秒脈沖作數(shù)字鐘的秒脈沖信號，讀者可自行設(shè)計獨立的秒脈沖源，例如；可利用555多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖，或者采用石英晶體振蕩器經(jīng)分頻器產(chǎn)生秒脈沖。還可以在小時顯示的基礎(chǔ)上，增加上、下午或日期顯示以及整點報時等，這里不再贅述。敲擊S和F鍵，可控制開關(guān)S和F 將秒脈沖直接引入時、分計數(shù)器，實現(xiàn)校時。對于圖9.4-6所示數(shù)字鐘電路，若要進一步 簡化電路還可以利用

32、子電路嵌套功能將虛線框內(nèi)電路轉(zhuǎn)換為更高一級的子電路，我們將子電路命名為CLOCK，用高一級子電路表示的數(shù)字鐘電路如圖9.4-7所示。今后在設(shè)計用到數(shù)字鐘作單元電路的系統(tǒng)時可直接引用該電路，使系統(tǒng)得到簡化。9.5 交通信號燈自動定時控制系統(tǒng)交通信號燈自動定時控制系統(tǒng)用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實現(xiàn)非常方便，而且便于在EWB內(nèi)進行仿真實驗。設(shè)系統(tǒng)工作的不十字路口由主、支兩條道構(gòu)成，四路口均設(shè)紅、黃、綠三色信號燈和用于計時的兩位由數(shù)碼管顯示的十進制計數(shù)器，其示意圖由圖9.5-1所示，系統(tǒng)設(shè)計與仿真過程如下。1. 系統(tǒng)功能要求（1） 主、支干道交替通行，通行時間均可在099秒內(nèi)任意設(shè)定。（2） 每次綠燈換紅

33、燈前，黃燈先亮較短時間（也可在099秒內(nèi)任意設(shè)定），用以等待十字路口內(nèi)滯留車通過。（3） 主支干道通行時間和黃燈的時間均由同一計數(shù)器按減計數(shù)方式計數(shù)（零狀態(tài)為無效態(tài)）（4） 在減計數(shù)器回零瞬間完成十字路口通行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換（換燈）。（5） 計數(shù)器的狀態(tài)由顯示器件庫中的帶譯碼七段數(shù)碼管顯示，紅、黃、綠三色信號燈由顯示器件庫中的指示燈模擬。2. 系統(tǒng)工作流程圖設(shè)主干道通行時間為N1，支干道通行時間為N2，主、支干、道黃燈亮的時間均為N3，通常設(shè)置為N1N2 N3。系統(tǒng)工作流程圖如圖9.5-2所示。3. 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)系統(tǒng)工作流程要求，設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖9.5-3所示. 4. 系統(tǒng)單元電路設(shè)計（

34、1） 狀態(tài)控制器。 由流程圖可見，系統(tǒng)有4種不同的工作狀態(tài)（S0S3），選用四位二進制遞增集成計數(shù)器74163作狀態(tài)控制器，74163的功能表見圖9.5-4，電路符號參見圖9.5-5，取低兩位輸出QB、QA作狀態(tài)控制器的輸出。狀態(tài)編碼S0、S1、S2、S3分別為00、01、10、11。（2）狀態(tài)譯碼器。 以狀態(tài)控制器輸出（QA、QB）作譯碼器的輸入變量，根據(jù)四個不同通行狀態(tài)對助、支干道信三色號燈的控制要求，列出燈控函數(shù)真值表，如表9.5-1所示。經(jīng)化簡獲得六個燈控函數(shù):根據(jù)燈控函數(shù)邏輯表達式，可畫出狀態(tài)譯碼器電路（見9.5-5）。將狀態(tài)控制器、狀態(tài)譯碼器以及模擬三色信號燈相連接，構(gòu)成信號燈轉(zhuǎn)換

35、控制電路如圖9.5-5所示。需要特別指出的是；上述獲得狀態(tài)譯碼電路的過程完全可以借助EWB自動進行，在EWB主界面下，打開儀器庫調(diào)出邏輯轉(zhuǎn)換儀。在邏輯轉(zhuǎn)換儀面板上的真值表內(nèi)填入某燈控函數(shù)值，按下“真值表簡化邏輯函數(shù)”按鈕，即可得到簡化的燈控邏輯函數(shù)。為了便于調(diào)試和畫系統(tǒng)總圖簡便，我們將圖9.5-5中虛線荒內(nèi)電路用子電路KZQ表示。用子電路表示的色信號燈轉(zhuǎn)換控制電路如圖9.5-6所示。（3）遞減計時系統(tǒng)。 選用兩片74190十進制可逆計數(shù)器（功能表參見8.5節(jié)圖8.5-1）構(gòu)成2位十進制可預(yù)置數(shù)的遞減計數(shù)器（如圖9.5-7所示）。兩片計數(shù)器之間采用異步級連方式，利用個位計數(shù)器的借位輸出脈沖（RC

36、O）直接作為十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖（CLK），個位計數(shù)器輸入秒脈沖作為計數(shù)脈沖。選用兩只帶譯碼功能的七段顯示數(shù)碼管實現(xiàn)兩位十進制數(shù)顯示。D1、C1、B1、A1、和D0、C0、B0、A0是十位和個位計數(shù)器的8421碼置數(shù)輸入端。由74190功能表可知，該計數(shù)器在零狀態(tài)時RCO端輸出低電平。我們將個位與十位計數(shù)器的RCO端通過或門 控制兩片計數(shù)器的置數(shù)控制端LOAD（低電平有效），從而實現(xiàn)了計數(shù)器減計數(shù)至“00”狀態(tài)瞬間完成置數(shù)的要求。通過8421碼置數(shù)輸入端，可以選擇100以內(nèi)自由選擇的定時要求。 同樣，為了簡化系統(tǒng)，我們將圖9.5-7中虛線框內(nèi)部分電路用子電路JFJSQ替代。將減計數(shù)器中或門（OR）輸出的置數(shù)控制信號由ZS端引出作為狀態(tài)控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制脈沖。用子電路表示的具有預(yù)置數(shù)功能的減計數(shù)器如圖9.5-8所示。（4） 遞減計數(shù)器的分時置數(shù)控制。 為使系統(tǒng)簡化，我們用同一遞減計數(shù)器分時顯示主、支干道通行時間（即之、支干道綠燈亮的時間）和主支干道通行轉(zhuǎn)換中黃燈亮的時間，為此，必需解決好分時置數(shù)問題。選用三片74465八路單向三態(tài)傳輸門實現(xiàn)的遞減計數(shù)器分時置數(shù)控制電路如圖9.5-10所示。三片74465輸入打分別以8421BCD碼形式設(shè)定主、支干道通行時間和黃燈