數(shù)字電子技術課程實踐項目一

1、數(shù)字電子技術春季學期課程實踐項目一 項目目標：計數(shù)器、555定時器姓名： 學號：學院：機電工程與自動化學院 2015年4月2日（一）計數(shù)器一、計數(shù)器基本概念計數(shù)是一種最簡單基本的運算，計數(shù)器就是實現(xiàn)這種運算的邏輯電路，計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進行計數(shù)，以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能，同時兼有分頻功能，計數(shù)器是由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成，計數(shù)單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成，這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。二、計數(shù)器分類及特點1、如果按照計數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時翻轉(zhuǎn)分類，可將計數(shù)器分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩種。2、如果按照計數(shù)過程中數(shù)字

2、增減分類，又可將計數(shù)器分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器，隨時鐘信號不斷增加的為加法計數(shù)器，不斷減少的為減法計數(shù)器，可增可減的叫做可逆計數(shù)器。此外，也經(jīng)常按照計數(shù)器的計數(shù)進制把計數(shù)器分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器等等。三、計數(shù)器主要性能及顯示方式A.計數(shù)器的主要性能1、 測試功能：電子計數(shù)器所具備的測試功能一般包括測量頻率、周期、 頻率比、時間間隔、累加計數(shù)和自校等。2、 測量范圍：電子計數(shù)器的有效測量范圍是相對于測量功能而言的， 不同的測量功能其測量范圍的含義也不同。如測量頻率時是指頻率的上、下限；測量周期時是指周期時間單位）的最大、最小值。3、&

3、#160;輸入特性：一般情況下，當儀器有23個輸入通道時，需分別給出各個通道的特性，主要有：1） 輸入靈敏度：指儀器正常工作所需輸入的最小電壓。2） 輸入耦合方式：主要有AC交流）耦合和DC直流）耦合兩種。AC耦合時，被測信號經(jīng)隔直電容輸入；DC耦合時， 被測信號直接輸入，在低頻及脈沖信號輸入時宜采用這種耦合3） 輸入阻抗：包括輸入電阻和輸入電容，并有高阻抗例如1 M/25 pF）和低阻抗例如50 ）之分。前者多用于頻率不太高的場合，以減小對信號源的負載影響； 后者多用于頻率較高的場合，以滿足匹配要求。4）

4、0;最大輸入電壓：允許的最大輸入電壓。 超過最大輸入電壓后，儀器不能保證正常工作， 甚至會被損壞。4、 測量準確度：測量準確度常用測量誤差來表示，主要由時基誤差和計數(shù)誤差決定。時基誤差由晶體振蕩器的穩(wěn)定度確定，電子計數(shù)器通常給出晶體振蕩器的標準頻率及其頻率穩(wěn)定度；計數(shù)誤差主要指量化誤差。5、 閘門時間和時標：由儀器內(nèi)部標準時間信號源提供的標準時間信號包括閘門時間信號和時標信號，可以有多種選擇。6、輸出：這里指的是儀器可輸出的標準時間頻率）信號的種類、 輸出數(shù)據(jù)的編碼方式及輸出電平的高低等。B.計數(shù)器的顯示及方式（1） 顯示位數(shù)：儀器可

5、顯示的數(shù)字位數(shù)。（2） 顯示時間：儀器一次測量結(jié)束后顯示測量結(jié)果的持續(xù)時間。一般可以調(diào)節(jié)。（3） 顯示方式：通常有記憶和不記憶兩種方式。前者只顯示最終計數(shù)的結(jié)果，后者則顯示正在計數(shù)的過程。有的計數(shù)器只有記憶顯示方式。（4） 顯示器件： 儀器所采用的顯示儀器類型。四、計數(shù)器的構(gòu)成1. A、 B輸入通道輸入通道的作用是將被測信號進行放大、整形，使其變換為標準脈沖。輸入通道部分包括A、B兩個通道，它們均由衰減器、 放大器和整形電路等組成。凡是需要計數(shù)的外加信號（例如測頻信號），均由A輸入通道輸入，經(jīng)過A通道適當?shù)乃p、放大整形之后

6、，變成符合主門要求的脈沖信號。而B輸入通道的輸出與一個門控雙穩(wěn)相連，如果需要測量周期，則被測信號就要經(jīng)過B輸入通道輸入，作為門控雙穩(wěn)的觸發(fā)信號。門又稱閘門，它是用于實現(xiàn)量化的比較電路，它可以控制計數(shù)脈沖信號能否進入計數(shù)器。主門電路是一個雙輸入端邏輯與門。它的一個輸入端接受來自控制單元中門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的門控信號， 另一個輸入端則接受計數(shù)(脈沖)信號。在門控信號作用有效期間，允許計數(shù)(脈沖)通過主門進入計數(shù)器計數(shù)。2. 計數(shù)、 顯示單元計數(shù)與顯示電路是用于對來自主門的脈沖信號進行計數(shù)， 并將計數(shù)的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來。為了便于讀數(shù)，計數(shù)器通常采用十進制

7、計數(shù)電路。 帶有微處理器的儀器也可用二進制計數(shù)器計數(shù)，然后轉(zhuǎn)換成十進制并譯碼后再進入顯示器。3. 時基單元時基電路主要由晶體振蕩器、分頻及倍頻器組成。時基電路主要用于產(chǎn)生各種標準時間信號。標準時間信號有兩類，一類時間較長的稱為閘門（時間）信號，通常根據(jù)分頻級數(shù)的不同有多種選擇； 另一類時間較短的稱為時標信號。時標信號可以是單一的， 也可以有多種選擇。4. 控制單元控制電路的作用是產(chǎn)生門控信號（Q）、寄存信號（M）和復零信號（R）三種控制信號，使儀器的各部分電路按照準備測量顯示的流程有條不紊地自動進行測量工作。控制單元中包括前述的門控雙穩(wěn)態(tài)電路，

8、它輸出的門控信號用于控制主門的開閉，在觸發(fā)脈沖作用下雙穩(wěn)態(tài)電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)。通常以一個輸入脈沖開啟主門，另一路輸入脈沖信號使門控雙穩(wěn)復原，關閉主門。五、計數(shù)器應用計數(shù)器的應用極為廣泛，不僅能用于計數(shù)，還可用于分頻、定時，以及組成各種檢測電路和控制電路。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對脈沖的計數(shù)等等。計數(shù)器可以用來顯示產(chǎn)品的工作狀態(tài)，一般來說主要是用來表示產(chǎn)品已經(jīng)完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標在于計數(shù)器的位數(shù)，常見的有3位和4位的。很顯然，3位數(shù)的計數(shù)器最大可以

9、顯示到999，4位數(shù)的最大可以顯示到9999。在數(shù)字電子技術中應用的最多的時序邏輯電路。計數(shù)器不僅能用于對時鐘脈沖計數(shù)，還可以用于分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進行數(shù)字運算等。但是并無法顯示計算結(jié)果，一般都是要通過外接LCD或LED屏才能顯示。(二)555定時器一、555定時器基本概念555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱為 555，用 互補金屬氧化物（CMOS ）工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸

10、出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容二、555定時器特點555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖如右圖所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3三、555定時器參數(shù)以下為NE555的電氣參數(shù)，其他不同規(guī)格的555定時器可能會有不同的參數(shù):555定時器有許多不同

11、公司生產(chǎn)的衍生型號，其中有引腳功能不同的型號，也有采用CMOS的設計。有的芯片中包括數(shù)個集成的555定時器。556雙定時器在一塊芯片中集成兩個555定時器的型號為556，這種芯片包括14個引腳。558四定時器在一塊芯片中集成四個555定時器的型號為558。這種芯片包括16個引腳，其中四個555定時器共用供電、接地和復位的引腳。放電引腳與閾值引腳被合為同一個引腳并被稱為“定時”。同時觸發(fā)引腳改為下降沿觸發(fā)。四、555定時器的功能及其應用1.功能555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1

12、 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。它的各個引腳功能如下：在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器A1、A2基準電壓分別為的情況下，555時基電路的功能表如表61示。2.應用555定時器可工作在三種工作模式下：單穩(wěn)態(tài)模式：在此模式下，555功能為單次觸發(fā)。應用范圍包括定時器，脈沖丟失檢測，反彈跳開關，輕觸開關，分頻器，電容測量，脈沖寬度調(diào)制（PWM）等。無穩(wěn)態(tài)模式：在此模式下，555以振蕩器的方式工作。這一工作模式下的555芯片常被用于頻閃燈、脈沖發(fā)生器、邏輯電路時鐘、音調(diào)發(fā)生器、脈沖位置調(diào)制（PPM）等電路中。如果使用熱敏電阻作為定時電阻，555可構(gòu)成溫度傳感器，其輸出信號的頻率由溫度決定。雙穩(wěn)態(tài)模式（或稱施密特觸發(fā)器模式：在DIS引腳空置且不外接電容的情況下，555的工作方式類似于一個RS觸發(fā)器，可用于構(gòu)成鎖存開關。