常用基本數(shù)字集成電路應用設計

1、課程設計題目：常用基本數(shù)字集成電路應用設計學生姓名：學 號：院 系：專業(yè)班級： 指導教師姓名及職稱： 起止時間： 課程設計評分：常用基本數(shù)字集成電路應用設計1.多諧振蕩器概述 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，它不需要輸入觸發(fā)信號，接通電源后就可自動輸出矩形脈沖。由于矩形脈沖含有豐富的諧波分量，因此，常將矩形脈沖產生電路稱為多諧振蕩器。1.1非門電路構成的多諧振蕩器設計基本原理 門電路構成多諧振蕩器 非門作為一個開關倒相器件，可用以構成各種脈沖波形的產生電路。電路的基本工作原理是利用電容器的充放電，當輸入電壓達到與非門的閾值電壓VT 時，門的輸出狀態(tài)即發(fā)生變化。因此，電路輸出的脈沖波形參數(shù)直接取決于

2、電路中阻容元件的數(shù)值。 （1）不對稱多諧振蕩器 非對稱型多諧振蕩器的輸出波形是不對稱的，當用TTL與非門組成時，輸出脈沖寬度 tw1=RC, tw2=1.2RC, T=2.2RC 調節(jié) R和C值，可改變輸出信號的振蕩頻率，通常用改變C實現(xiàn)輸出頻率的粗調，改變電位器R實現(xiàn)輸出頻率的細調。圖1為不對稱多諧振蕩器，為了使電路產生振蕩，要求U1A和U1B兩個反向器都工作在電壓傳輸特性的轉折區(qū)，即工作在放大區(qū)。（2）對稱型多諧振蕩器 電路完全對稱，電容器的充放電時間常數(shù)相同, 故輸出為對稱的方波。改變R和C的值，可以改變輸出振蕩頻率。非門3用于輸出波形整形。 一般取R1K,當R1R2=1K，C1=C21

3、00pf100µf時，f可在幾HzMHz 變化。脈沖寬度tw1tw20.7RC，T1.4RC.圖2中，U1A和U1B兩個反向器之間經電容C1和C2耦合形成正反饋回路。(3) 石英晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器 當要求多諧振蕩器的工作頻率穩(wěn)定性很高時， 上述幾種多諧振蕩器的精度已不能滿足要求。為此常用石英晶體作為信號頻率的基準。用石英晶體與門電路構成的多諧振蕩器常用來為微型計算機等提供時鐘信號。 圖3所示為常用的晶體穩(wěn)頻多諧振蕩器。 （a） 、 (b)為TTL器件組成的晶體振蕩電路； （c） 、(d)為CMOS器件組成的晶體振蕩電路， 一般用于電子表中，其中晶體的f0=32768Hz。 圖3（c

4、）中，門1用于振蕩，門2用于緩沖整形。Rf是反饋電阻，通常在幾十兆歐之間選取， 一般選22M。R起穩(wěn)定振蕩作用，通常取十至幾百千歐。C1是頻率微調電容器，C2用于溫度特性校正。圖4 晶體振蕩器電路仿真（1）非門電路的模型如圖5所示圖5 非門電路模型（2）不對稱多諧振蕩器 根據(jù)圖 5，建立非門的模塊電路，并搭建不對稱仿真電路，如下圖 6所示。完成電路仿真。改變電阻 R9 和電容 C1 的數(shù)值，對輸出的波形和頻率有什么變化。根據(jù)電阻電容的數(shù)值，計算理論的輸出頻率，并與實測的頻率進行比較。 圖6 不對稱仿真電路圖 圖7 仿真結果圖根據(jù)頻率計算公式改變R9阻值和C1的容量，在一定范圍內，增大R9阻值會

5、使占空比發(fā)生改變，并且使頻率減小，同樣，增大C1容量，會使頻率減小。（3）對稱多諧振器 根據(jù)電阻電容的數(shù)值，計算理論的輸出頻率，并與實測的頻率進行比較。圖8 對稱多諧振蕩器理論頻率值 圖9 仿真結果圖1.2 555定時器構成的多諧振蕩器設計 555定時器內部電路構成如圖10由電阻分壓器、電壓比較器、基本 RS觸發(fā)器、輸出緩沖反相器、集電極開路輸出三極管組成。圖10 555內部電路555 功能表 555定時器原理圖11 555定時器電路圖 電路如圖11所示，將555定時器將端和TH端相連，對地接電容C1，對電源接電阻R1和R2，為C1提供充電回路。R2為C1放電回路中的電阻，C2起濾波作用，主要

6、用于消除高頻干擾，以保證內部比較器閾值電平的穩(wěn)定，這樣便組成了多諧振蕩器。 555多諧振蕩器參數(shù)計算多諧振蕩器的周期T為為Uc由1/3V充到2/3V所需的時間，為Uc由2/3V下降到1/3V所需的時間。它們的計算公式為 ， 所以有仿真電路圖如圖12所示圖12 仿真電路圖圖13 仿真波形圖占空比：1.2.4 555定時器構成的占空比可調的多諧振蕩器 圖14 555定時器構成的占空比可調的多諧振蕩器2 N進制計數(shù)器與顯示仿真設計2.1 由三位的十進制計數(shù)器 74LS160 構成 0999 的計數(shù)器K1 為計數(shù)時鐘按鈕，每按下一次，產生一個計數(shù)時鐘，K2為異步清零時鐘。圖15 0999 的計數(shù)器 圖

7、15電路分析（1）上面電路通過74ls160同步十進制加法計數(shù)器對輸入秒脈沖計數(shù)，輸出經4511 七段鎖存譯碼器到數(shù)碼管顯示，進位輸出到下一個使能端或脈沖端。（2）按K1鍵，使電路產生脈沖信號，計數(shù)器加1,。（3）74LS160的有以下功能：第一，異步清零功能。第二，同步并行置數(shù)功能。第三，計數(shù)功能。第四，保持功能。2.2 60進制計數(shù)器利用十進制計數(shù)器 74LS160、4511譯碼器、共陰極數(shù)碼管、與非門 74LS00構成一個 60進制的計數(shù)器。圖16 由兩片74ls160構成的60進制的計數(shù)器 圖17 由兩片74ls190構成的60進制的計數(shù)器2.3 簡單數(shù)字時鐘設計圖18 數(shù)字時鐘利用十進制計數(shù)器 74LS160、4511譯碼器、共陰極數(shù)碼管、與非門 74LS00、與門 74LS0設計一個時鐘，要求能顯示時分秒功能，小時采用 24 小時制，具有異步復位功能。秒分計數(shù)器為六十