電工電子技術(shù) 課件 15. 多諧振蕩器和計(jì)數(shù)器的制作

多諧振蕩器和計(jì)數(shù)器的制作15多諧振蕩器觸發(fā)器計(jì)數(shù)器項(xiàng)目簡介（Intruction）節(jié)日里各式各樣的霓虹彩燈賞心悅目，裝點(diǎn)氣氛，那么這些彩燈都是怎么工作的？我們能否設(shè)計(jì)出自己喜歡的彩燈？本項(xiàng)目可以給大家打開一個(gè)全新的思路，從而設(shè)計(jì)出好看的彩燈。項(xiàng)目簡介（

Instruction）振蕩電路8進(jìn)制計(jì)數(shù)器譯碼器發(fā)光二極管8路發(fā)光二極管循環(huán)點(diǎn)亮電路原理框圖驅(qū)動電路74LS138工作任務(wù)（task）要循環(huán)點(diǎn)亮8路發(fā)光二極管，需要一個(gè)8進(jìn)制計(jì)數(shù)器做驅(qū)動，計(jì)數(shù)器的CP脈沖可以由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器提供，在面包板上安裝和調(diào)試該電路，并學(xué)習(xí)555定時(shí)器和觸發(fā)器的相關(guān)知識。一、多諧振蕩器1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理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控制電壓閾值輸入觸發(fā)輸入DISVC1放電端VC2一、多諧振蕩器VC1VC2低電平有效的復(fù)位輸入端正常工作時(shí)，處于高電平輸出為0時(shí)，VT導(dǎo)通，輸出為1時(shí)，VT截止。用于提高電路的負(fù)載能力。U＋＞U－時(shí)，

輸出高電平，反之則輸出低電平。1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理一、多諧振蕩器當(dāng)TH＞2/3VCC，

TR＞1/3VCC時(shí)，R=0、S=1，T導(dǎo)通，u0=0VC1VC2當(dāng)TH＜2/3VCC，

TR＜1/3VCC時(shí)，R=1、S=0，T截止，u0=1當(dāng)TH＜2/3VCC，

TR＞1/3VCC時(shí)，R=1、S=1，u0保持由上可得如下口訣：大于、大于、出0；小于、小于、出1；小于、大于、保持1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理一、多諧振蕩器555定時(shí)器的功能表TH稱為高觸發(fā)端；TR稱為低觸發(fā)端。1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理接通電源，VCC經(jīng)R1、R2對電容C充電，當(dāng)uc=2/3VCC時(shí)，uo翻轉(zhuǎn)為低電平。同時(shí)，T飽和導(dǎo)通，C經(jīng)R2對DIS端放電。電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。在電容C放電過程中，uc隨之下降。當(dāng)下降到1/3VCC時(shí)，輸出uo由低電平翻轉(zhuǎn)到高電平，放電管T截止，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。第二暫穩(wěn)態(tài)，T截止,VCC又經(jīng)R1、R2對C充電。當(dāng)uc充到2/3VCC時(shí)，輸出由高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，電路返回到第一暫穩(wěn)態(tài)。此后電路交替進(jìn)行充、放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而輸出周期性的矩形脈沖。2.555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器一、多諧振蕩器2.555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器一、多諧振蕩器電容C充電τ充=(R1+R2)C電容C放電τ放=R2C振蕩周期為：T≈0.7(R1+2R2)C占空比為：

2.555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器一、多諧振蕩器【例】圖示電路是用555定時(shí)器構(gòu)成的電子雙音門鈴電路，試分析其工作原理。

一、多諧振蕩器解：555定時(shí)器構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器。

當(dāng)按鈕SB按下時(shí)，+VCC經(jīng)VD2向C3充電，P點(diǎn)電位迅速充至+VCC，復(fù)位解除；+VCC經(jīng)VD1、R1、R2向C充電，充電時(shí)間常數(shù)為(R1+R2)C，放電時(shí)間常數(shù)為R2C，多諧振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)出高音。

當(dāng)按鈕SB松開時(shí)，電容C3儲存的電荷經(jīng)R4放電要維持一段時(shí)間，在P點(diǎn)電位降至復(fù)位電平之前，電路將繼續(xù)維持振蕩。此時(shí)+VCC經(jīng)R3、R1、R2向C充電，充電時(shí)間常數(shù)增加為(R3+R1+R2)C，放電時(shí)間常數(shù)仍為R2C，多諧振蕩器產(chǎn)生低頻振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)出低音。

當(dāng)電容C3持續(xù)放電，使P點(diǎn)電位降至555的復(fù)位電平以下時(shí)，多諧振蕩器停止振蕩，揚(yáng)聲器停止發(fā)聲。

調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，可以改變高、低音發(fā)聲頻率以及低音維持時(shí)間。1.觸發(fā)器概述二、觸發(fā)器觸發(fā)器的基本特點(diǎn)（1）能夠自行保持兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：1態(tài)或0態(tài)；（2）在不同輸入信號作用下，觸發(fā)器可以置成1態(tài)或0態(tài)。觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)現(xiàn)態(tài)Qn——觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)次態(tài)Qn+1——觸發(fā)器接收輸入信號之后的狀態(tài)現(xiàn)態(tài)Qn和次態(tài)Qn+1的邏輯關(guān)系是研究觸發(fā)器工作原理的基本問題。2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器信號輸入端低電平有效用兩個(gè)與非門交叉連接構(gòu)成電路組成邏輯符號有兩個(gè)輸出端，一個(gè)無小圓圈，為Q端，一個(gè)有小圓圈，為Q端。兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端1狀態(tài)：Q＝1、Q

＝00狀態(tài)：Q＝0、Q

＝1dddd2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器1001設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)。翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)SD=1，RD=01010QQ.D1&.&D2SDRD(1)2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器

16設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)1001110觸發(fā)器保持0態(tài)不變復(fù)位端0結(jié)論:不論觸發(fā)器原來為何種狀態(tài)，當(dāng)SD=1，

RD=0時(shí)，將使觸發(fā)器置0，或稱為復(fù)位。QQD1&&D2SDRD2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器01設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)011100翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)SD=0，RD=1QQ.D1&.&D2SDRD(2)設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)0110001觸發(fā)器保持1態(tài)不變置位端1結(jié)論:不論觸發(fā)器原來為何種狀態(tài)，當(dāng)SD=0，

RD=1時(shí)，將使觸發(fā)器置1，或稱為置位。QQ.D1&.&D2SDRD2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器11設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)010011保持為“0”態(tài)SD=1，RD=1QQ.D1&.&D2SDRD(3)2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)1110001觸發(fā)器保持1態(tài)不變1當(dāng)SD=1，

RD=1時(shí)，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)，

即具有保持、記憶功能。QQ.D1&.&D2SDRD2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器110011111110觸發(fā)器為“0”態(tài)觸發(fā)器置“1”態(tài)

當(dāng)信號SD=RD=0同時(shí)變?yōu)?時(shí)，由于與非門的翻轉(zhuǎn)時(shí)間不可能完全相同，觸發(fā)器狀態(tài)可能是“1”態(tài)，也可能是“0”態(tài)，不能根據(jù)輸入信號確定。QQ.D1&.&D2SDRD10若先翻轉(zhuǎn)

(4)當(dāng)SD=0，RD=0時(shí)若先翻轉(zhuǎn)SDRDQn+1100置0011置111Qn保持00同時(shí)變1后不確定功能

與非門組成的基本RS觸發(fā)器簡化特性表2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器（1）特性表：將觸發(fā)器的次態(tài)與觸發(fā)信號和現(xiàn)態(tài)之間的關(guān)系列成的表格2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器（2）特性方程：觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入及現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式

SdQn000111100×0011×011Rd次態(tài)Qn+1的卡諾圖SdRdQn2.基本RS觸發(fā)器二、觸發(fā)器（3）時(shí)序圖：反映觸發(fā)器輸入信號取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)系的圖形

24RSQQ置1置0置1置1置1保持不允許不定3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器維持-阻塞D觸發(fā)器：上升沿觸發(fā)上升沿CP由0跳變到1下降沿CP由1跳變到0高電平、CP＝1低電平、CP＝03.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器邊沿D觸發(fā)器特性表CP功能↑↑000100置0↑↑110111置1邊沿D觸發(fā)器特性方程(CP上升沿到來時(shí)有效)3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器74LS74為雙上升沿D觸發(fā)器，

和

為直接置0端和直接置1端，低電平有效。3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器CP

功能××0110××01異步置0異步置1↑↑11110101置0置1011111××QnQn保持74LS74特性表3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器CC4013為雙上升沿D觸發(fā)器，RD和

SD為直接置0端和直接置1端，高電平有效。3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器(CP下降沿到來時(shí)刻有效)邊沿JK觸發(fā)器：3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器邊沿JK觸發(fā)器：(CP上升沿到來時(shí)刻有效)圖3-21例3-3圖3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器3.集成觸發(fā)器二、觸發(fā)器三、計(jì)數(shù)器1.異步計(jì)數(shù)器一般由接成Tˊ型(計(jì)數(shù)型)觸發(fā)器連接而成。JK觸發(fā)器構(gòu)成的八進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路特點(diǎn)：下降沿觸發(fā)器構(gòu)成二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，每個(gè)觸發(fā)器接成Tˊ觸發(fā)器的功能。計(jì)數(shù)脈沖CP

加至最低位觸發(fā)器的時(shí)鐘端，低位觸發(fā)器的Q

端依次接到相鄰高位觸發(fā)器的時(shí)鐘端。三、計(jì)數(shù)器1.異步計(jì)數(shù)器三、計(jì)數(shù)器1.異步計(jì)數(shù)器

3位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表計(jì)數(shù)脈沖

CP序號

計(jì)數(shù)器狀態(tài)進(jìn)位COQ2

Q1

Q0

0123456780

0

00

0

10

1

00

1

11

0

01

0

11

1

01110

0

0000000010三、計(jì)數(shù)器2.集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用74LS160~74LS163是一組可預(yù)置數(shù)的同步計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)脈沖上升沿作用下進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，74LS161和74LS163是4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，74LS160和74LS162是十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。2.集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用三、計(jì)數(shù)器2.集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用三、計(jì)數(shù)器74LS192和74LS193為可預(yù)置數(shù)同步加/減可逆計(jì)數(shù)器，它們的邏輯符號和引腳排列完全相同，如圖所示。其中74LS193是4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，74LS192是8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2.集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用三、計(jì)數(shù)器3.利用集成計(jì)數(shù)器獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器三、計(jì)數(shù)器利用集成計(jì)數(shù)器的清零端

或置數(shù)控制端

可獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖4-30所示是用反饋清零法構(gòu)成的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，圖所示是用反饋置數(shù)法構(gòu)成的十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3.利用集成計(jì)數(shù)器獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器三、計(jì)數(shù)器【例】試用集成同步4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS163的清零端構(gòu)成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：74LS163是采用同步清零方式的集成計(jì)數(shù)器，故構(gòu)成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，其歸零狀態(tài)為S6=0110，則