電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教程 課件 第十二章 脈沖波形的變換和產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)

第十二章

脈沖波形的變換和產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)12.1脈沖分配器及其應(yīng)用12.2使用門電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)——自激多諧振蕩器12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器——脈沖延時(shí)與波形整形電路12.4555時(shí)基電路及其應(yīng)用12.1脈沖分配器及其應(yīng)用1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）熟悉集成時(shí)序脈沖分配器的使用方法及其應(yīng)用。2）學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形脈沖分配器的組成方法。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）連續(xù)脈沖源4）單次脈沖源5）邏輯電平開關(guān)6）邏輯電平顯示器7）CC4017×2、CC4013×2、CC4027×2、CC4011×2、CC4085×212.1脈沖分配器及其應(yīng)用3.實(shí)驗(yàn)原理1）脈沖分配器脈沖分配器的作用是產(chǎn)生多路順序脈沖信號(hào)，它可以由計(jì)數(shù)器和譯碼器組成，也可以由環(huán)形計(jì)數(shù)器構(gòu)成，圖12-1中CP端的系列脈沖經(jīng)N位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和相應(yīng)的譯碼器，可以轉(zhuǎn)換為2N路順序輸出脈沖。2）集成時(shí)序脈沖分配器CC4017CC4017是由BCD碼計(jì)數(shù)器、時(shí)序譯碼器組成的脈沖分配器，其邏輯符號(hào)如圖12-2所示，功能表如表12-1所示。12.1脈沖分配器及其應(yīng)用CC4017應(yīng)用十分廣泛，可用于十進(jìn)制計(jì)數(shù)、分頻、1/N計(jì)數(shù)（N=2～10時(shí)只需用一塊，N

>10時(shí)需用多塊器件級(jí)聯(lián)）。圖12-4所示為由兩片CC4017組成的60分頻電路。12.1脈沖分配器及其應(yīng)用3）步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形脈沖分配器圖12-5所示為某三相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路示意圖。A、B、C分別表示步進(jìn)電機(jī)的三相繞組。步進(jìn)電機(jī)按三相六拍方式運(yùn)行，即要求步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，控制端X=1，使電機(jī)三相繞組的通電順序?yàn)閳D12-6所示為由三個(gè)JK觸發(fā)器構(gòu)成的六拍通電方式的環(huán)形脈沖分配器。要使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，通常應(yīng)加正轉(zhuǎn)脈沖輸入控制端和反轉(zhuǎn)脈沖輸入控制端。12.1脈沖分配器及其應(yīng)用4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）CC4017邏輯功能測(cè)試。（1）參照?qǐng)D12-2，INH、CR接邏輯電平開關(guān)的輸出插口，CP接單次脈沖源，Q0～Q

9這10個(gè)輸出端接至邏輯電平顯示器的輸入插口，按功能表要求操作各邏輯電平開關(guān)。清零后，連續(xù)送出10個(gè)脈沖信號(hào)，觀察10個(gè)發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)，并列表記錄。（2）將CP改接1Hz連續(xù)脈沖，觀察并記錄輸出狀態(tài)。2）按圖12-4接線，自擬實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證60分頻電路的正確性。3）參照?qǐng)D12-6的電路，設(shè)計(jì)一個(gè)由環(huán)形脈沖分配器構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電機(jī)可逆運(yùn)行的三相六拍環(huán)形脈沖分配器電路，要求：（1）環(huán)形脈沖分配器用CC4013雙D觸發(fā)器、CC4085與或非門組成；（2）電機(jī)三相繞組在任何時(shí)刻都不應(yīng)出現(xiàn)同時(shí)通電或同時(shí)斷電的情況，在設(shè)計(jì)中要做到這一點(diǎn)；（3）電路安裝好后，先通過手動(dòng)控制送入CP脈沖進(jìn)行調(diào)試，然后加入系列脈沖進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）畫出完整的實(shí)驗(yàn)電路。2）總結(jié)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。12.2使用門電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)——自激多諧振蕩器1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）掌握使用門電路構(gòu)成脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的基本方法。2）掌握影響輸出脈沖波形參數(shù)的定時(shí)元件數(shù)值的計(jì)算方法。3）學(xué)習(xí)石英晶體穩(wěn)頻原理和使用石英晶體構(gòu)成振蕩器的方法。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）數(shù)字頻率計(jì)4）74LS00（或CC4011）5）32768Hz石英晶體（晶振）6）電位器，電阻、電容若干12.2使用門電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)——自激多諧振蕩器3.實(shí)驗(yàn)原理“與非門”作為一個(gè)開關(guān)倒相器件，可用來(lái)構(gòu)成各種脈沖波形的產(chǎn)生電路。電路的基本工作原理是利用電容的充放電，當(dāng)輸入電壓達(dá)到“與非門”的閾值電壓VT時(shí)，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)直接取決于電路中阻容元件的數(shù)值。1．非對(duì)稱型多諧振蕩器非對(duì)稱型多諧振蕩器如圖12-7所示，“與非門”G3用于輸出波形的整形。非對(duì)稱型多諧振蕩器的輸出波形是不對(duì)稱的，當(dāng)用TTL“與非門”組成時(shí)，通過調(diào)節(jié)R和C值，可改變輸出信號(hào)的振蕩頻率，通常改變C來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出頻率的粗調(diào)，改變R來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出頻率的細(xì)調(diào)。2．對(duì)稱型多諧振蕩器對(duì)稱型多諧振蕩器如圖12-8所示，由于電路完全對(duì)稱，電容的充放電時(shí)間常數(shù)相同，因此輸出為對(duì)稱的方波。通過改變R和C值，可以改變輸出頻率?！芭c非門”G3用于輸出波形的整形。12.2使用門電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)——自激多諧振蕩器3）帶RC電路的環(huán)形振蕩器帶RC電路的環(huán)形振蕩器如圖12-9所示，“非門”G4用于輸出波形的整形，通過調(diào)節(jié)R和C的大小可改變電路的輸出頻率。以上這些電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換都發(fā)生在“與非門”輸入電平達(dá)到門的閾值電平VT的時(shí)刻。在VT附近電容的充放電速度已經(jīng)緩慢，而且VT本身也不夠穩(wěn)定，易受溫度、電源電壓變化等因素及干擾的影響，因此電路輸出頻率的穩(wěn)定性較差。12.2使用門電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)——自激多諧振蕩器4）石英晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器當(dāng)要求多諧振蕩器的工作頻率的穩(wěn)定性很高時(shí)，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(hào)頻率的基準(zhǔn)，由石英晶體與門電路構(gòu)成的多諧振蕩器常用來(lái)為微型計(jì)算機(jī)等提供時(shí)鐘信號(hào)。圖12-10所示為常用的石英晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器。圖12-10（a）、（b）為由TTL器件組成的多諧振蕩器；圖12-10（c）、（d）為由CMOS器件組成的多諧振蕩器。12.2使用門電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)——自激多諧振蕩器4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）用“與非門”74LS00按圖12-7構(gòu)成多諧振蕩器（1）用雙蹤示波器觀察輸出波形及電容C兩端的電壓波形，列表并記錄。（2）調(diào)節(jié)電位器觀察輸出波形的變化，測(cè)出上限頻率、下限頻率。（3）將一只100uf電容跨接在74LS00的14腳與7腳的最近處，觀察輸出波形的變化及電源上紋波信號(hào)的變化，并記錄。2）用74LS00按圖12-8接線，取R=1K、C=0.047uf，用雙蹤示波器觀察輸出波形，并記錄。3）用74LS00按圖12-9接線，其中RP用一個(gè)510Ω與一個(gè)的電位器串聯(lián)，取

。（1）調(diào)到最大時(shí)，觀察并記錄A、B、D、E及各點(diǎn)電壓的波形，測(cè)出的周期T和負(fù)脈沖寬度（電容C的充電時(shí)間）并與理論計(jì)算值比較。（2）改變值，觀察輸出信號(hào)波形的變化情況。4）按圖12-10（c）接線，晶振選用電子表晶振（32768Hz），“與非門”選用CC4011，用雙蹤示波器觀察輸出波形，用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量輸出信號(hào)的頻率，并記錄。12.2使用門電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)——自激多諧振蕩器5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）畫出實(shí)驗(yàn)電路，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。2）用方格紙畫出實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的工作波形圖，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器——脈沖延時(shí)與波形整形電路1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）掌握使用集成門電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本方法。2）熟悉單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯功能及其使用方法。3）熟悉施密特觸發(fā)器的性能及其應(yīng)用。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）連續(xù)脈沖源4）數(shù)字頻率計(jì)5）CC4011、CC14528、CC40106、2CK156）電位器，電阻、電容若干12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器——脈沖延時(shí)與波形整形電路3.實(shí)驗(yàn)原理1）用“與非門”組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器利用“與非門”作開關(guān)，依靠RC電路的充放電路來(lái)控制“與非門”的啟閉。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有微分型與積分型兩大類，這兩類觸發(fā)器對(duì)觸發(fā)脈沖的極性與寬度有不同的要求。（1）微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖12-11所示。（2）積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖12-13所示。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的共同特點(diǎn)是：觸發(fā)脈沖未加入時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)，此時(shí)可以測(cè)得各門的輸入電位和輸出電位。觸發(fā)脈沖加入后，電路立刻進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間（輸出脈沖的寬度）只取決于RC數(shù)值的大小，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器——脈沖延時(shí)與波形整形電路用“與非門”可組成施密特觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器能對(duì)正弦波、三角波等信號(hào)進(jìn)行整形，并輸出矩形波，圖12-15（a）、（b）是兩種典型的電路。圖

12-15（a）中，門G1、G2是基本RS觸發(fā)器，門G3是反相器，二極管VD起電平偏移作用，以產(chǎn)生回差電壓。12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器——脈沖延時(shí)與波形整形電路2）集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CC14528（CC4098）（1）CC14528的邏輯符號(hào)及功能表。圖12-16所示為CC14528的邏輯符號(hào)及功能表。（2）應(yīng)用舉例。①實(shí)現(xiàn)脈沖延遲，如圖12-17所示。②實(shí)現(xiàn)多諧振蕩，如圖12-18所示。12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器——脈沖延時(shí)與波形整形電路3）集成六施密特觸發(fā)器CC40106CC40106可用于波形的整形，也可用作反相器或構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。（1）將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，如圖12-20所示。（2）構(gòu)成多諧振蕩器，如圖12-21所示。（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖12-22（a）所示為下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖12-22（b）所示為上升沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器——脈沖延時(shí)與波形整形電路4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）按圖12-11接線，輸入頻率為1kHz的連續(xù)脈沖，用雙蹤示波器觀察

的波形，并記錄。2）改變C或R值，重復(fù)1的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。3）按圖12-13接線，重復(fù)1的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。4）按圖12-15（a）接線，令

由0到5V變化，測(cè)量的值。5）按圖12-17接線，輸入頻率為1kHz的連續(xù)脈沖，用雙蹤示波器觀測(cè)輸入、輸出波形，測(cè)定

。6）按圖12-18接線，用雙蹤示波器觀測(cè)輸出波形，測(cè)定振蕩頻率。7）按圖12-21接線，用雙蹤示波器觀測(cè)輸出波形，測(cè)定振蕩頻率。8）按圖12-20接線，構(gòu)成整形電路，被整形信號(hào)可由音頻信號(hào)源提供，圖中串聯(lián)的2K歐電阻起限流保護(hù)作用。將正弦信號(hào)的頻率設(shè)為1kHz，調(diào)節(jié)信號(hào)電壓由低到高，觀測(cè)輸出波形的變化。記錄輸入信號(hào)為0V、0.25V、0.5V、1.0V、1.5V、2.0V時(shí)的輸出波形，并記錄。9）分別按圖12-22（a）、（b）接線，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。12.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器——脈沖延時(shí)與波形整形電路5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）繪出實(shí)驗(yàn)電路圖，用方格紙記錄波形。2）分析各次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的波形，驗(yàn)證有關(guān)的理論。3）總結(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)及其應(yīng)用。12.4555時(shí)基電路及其應(yīng)用1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）熟悉555集成時(shí)基電路的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)。2）掌握555集成時(shí)基電路的基本應(yīng)用。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）連續(xù)脈沖源4）單次脈沖源5）音頻信號(hào)源6）數(shù)字頻率計(jì)7）邏輯電平顯示器8）555×2、2CK13×2、電位器，電阻、電容若干12.4555時(shí)基電路及其應(yīng)用3.實(shí)驗(yàn)原理555集成時(shí)基電路又稱為集成定時(shí)器或555電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。1）555電路的工作原理555電路的內(nèi)部框圖及引腳排列如圖12-23所示。12.4555時(shí)基電路及其應(yīng)用2）555電路的典型應(yīng)用（1）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖12-24（a）所示為由555電路和外接定時(shí)元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。（2）構(gòu)成多諧振蕩器。如圖12-25（a）所示，由555電路和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是：12.4555時(shí)基電路及其應(yīng)用（3）組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。占空比可調(diào)的多諧振蕩器如圖12-26所示，它比圖12-25所示電路增加了一個(gè)電位器和兩個(gè)導(dǎo)引二極管。（4）組成占空比連續(xù)可調(diào)并能調(diào)節(jié)振蕩頻率的多諧振蕩器。占空比與頻率均可調(diào)的多諧振蕩器如圖12-27所示。（5）組成施密特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器如圖12-28所示，只要將2腳、6腳連在一起作為信號(hào)輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器。12.4555時(shí)基電路及其應(yīng)用4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）按圖12-24（a）連線，取R=100K，C=47uf，輸入信號(hào)由單次脈沖源提供，用雙蹤示波器觀測(cè)波形，測(cè)定幅度與暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。（2）將R改為1K，C改為0.1uf，輸入端加1kHz的連續(xù)脈沖，觀測(cè)

波形，測(cè)定幅度及暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。2）多諧振蕩器（1）按圖12-25（a）接線，用雙蹤示波器觀測(cè)與vc的vo波形，測(cè)定頻率。（2）按圖12-26接線，組成占空比為50%的方波發(fā)生器。觀測(cè)波形vc的vo，測(cè)定波形參數(shù)。（3）按圖1