脈沖序列發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、xx學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 教學(xué)院部： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： xx班 學(xué)生姓名： xx（xx） 指導(dǎo)教師： xx 完成時(shí)間： xx 年x月x日 報(bào)告成績： 脈沖序列發(fā)生器設(shè)計(jì) 目錄1. 實(shí) 驗(yàn) 任 務(wù)2. 實(shí) 驗(yàn) 目 的3. 參 考 電 路（1）設(shè)計(jì)方案 （2）參考設(shè)計(jì)4. 實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容（1）多謝振蕩器介紹（2）計(jì)數(shù)器的介紹5.實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果6.心 得 體 會(huì)7.參 考 文 獻(xiàn) （1）電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 （2）電子技術(shù)基礎(chǔ)1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)脈沖序列發(fā)生器，周期性的產(chǎn)生脈沖序列101011010101。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉多諧振蕩器、

2、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器的用法，掌握脈沖序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。3.參考電路（1）設(shè)計(jì)方案 周期性脈沖序列發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法很多，可以由觸發(fā)器構(gòu)成，可以由計(jì)數(shù)器外加組合邏輯電路構(gòu)成，可以有g(shù)al構(gòu)成，也可以由cpldfpga構(gòu)成等等。本設(shè)計(jì)采用由計(jì)數(shù)器加多路數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計(jì)法案，脈沖序列發(fā)生器原理框圖如（1）圖所示。圖（1）脈沖序列發(fā)生器原理框圖（2）參考設(shè)計(jì) 脈沖序列發(fā)生器需要一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，可采用由ttl非門和石英晶體振蕩器構(gòu)成的串聯(lián)式多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，如圖（2）所示。主電路部分如圖（3）所示，圖中74ls161和與非門構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，為脈沖序列的寬度為12位。4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 按照實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)

3、電路，確定元器件型號(hào)和參數(shù)；用multisim進(jìn)行仿真，列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出輸出信號(hào)及其他關(guān)鍵信號(hào)的波形；對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和電路的工作情況進(jìn)行分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；寫出收獲和體會(huì)。圖（2）時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路圖（3）主電路圖多謝振蕩器介紹多諧振蕩器是一種自激振蕩電路。因?yàn)闆]有穩(wěn)定的工作狀態(tài)，多諧振蕩器也稱為無穩(wěn)態(tài)電路。具體地說，如果一開始多諧振蕩器處于0狀態(tài)，那么它在0狀態(tài)停留一段時(shí)間后將自動(dòng)轉(zhuǎn)入1狀態(tài)，在1狀態(tài)停留一段時(shí)間后又將自動(dòng)轉(zhuǎn)入0狀態(tài)，如此周而復(fù)始，輸出矩形波。圖6.4.1 對稱式多諧振蕩器電路 對稱式多諧振蕩器是一個(gè)正反饋振蕩電路圖6.4.1，。和是兩個(gè)反相器，和是兩個(gè)耦合電容，和是兩個(gè)反饋電阻

4、。只要恰當(dāng)?shù)剡x取反饋電阻的阻值，就可以使反相器的靜態(tài)工作點(diǎn)位于電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)。上電時(shí)，電容器兩端的電壓和均為0。假設(shè)某種擾動(dòng)使有微小的正跳變，那么經(jīng)過一個(gè)正反饋過程，迅速跳變?yōu)椋杆偬優(yōu)?，迅速跳變?yōu)?，迅速跳變?yōu)?，電路進(jìn)入第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。電容和開始充電。的充電電流方向與參考方向相同，正向增加； 的充電電流方向與參考方向相反，負(fù)向增加。隨著的正向增加，從逐漸上升；隨著的負(fù)向增加，從逐漸下降。因?yàn)榻?jīng)和兩條支路充電而經(jīng)一條支路充電，所以充電速度較快，上升到時(shí)還沒有下降到。上升到使跳變?yōu)椤＠碚撋?，向下跳變，也將向下跳變?？紤]到輸入端鉗位二極管的影響，最多跳變到。下降到使跳變?yōu)?，這又使從向上跳變，即

5、變成，電路進(jìn)入第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。經(jīng)一條支路反向充電（實(shí)際上先放電再反向充電），逐漸下降。經(jīng)和兩條支路反向充電（實(shí)際上先放電再反向充電），逐漸上升。的上升速度大于的下降速度。當(dāng)上升到時(shí)，電路又進(jìn)入第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 此后，電路將在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間循環(huán)。非對稱式多諧振蕩器是對稱式多諧振蕩器的簡化形式圖6.4.6。這個(gè)電路只有一個(gè)反饋電阻和一個(gè)耦合電容。反饋電阻使的靜態(tài)工作點(diǎn)位于電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，就是說，靜態(tài)時(shí)，的輸入電平約等于，的輸出電平也約等于。因?yàn)榈妮敵鼍褪堑妮斎?，所以靜態(tài)時(shí)也被迫工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)。圖6.4.6 非對稱是多環(huán)形振蕩器圖6.4.10不是正反饋電路，而是一個(gè)具有延遲環(huán)節(jié)的負(fù)反饋

6、電路。圖6.4.10 最簡單的環(huán)形振蕩器圖6.4.19 石英晶體多諧振蕩器石英晶體具有優(yōu)越的選頻性能。將石英晶體引入普通多諧振蕩器就能構(gòu)成具有較高頻率穩(wěn)定性的石英晶體多諧振蕩器圖6.4.19。我們知道，普通多諧振蕩器是一種矩形波發(fā)生器，上電后輸出頻率為的矩形波。根據(jù)傅里葉分析理論，頻率為的矩形波可以分解成無窮多個(gè)正弦波分量，正弦波分量的頻率為（），如果石英晶體的串聯(lián)諧振頻率為，那么只有頻率為的正弦波分量可以通過石英晶體（第個(gè)正弦波分量，），形成正反饋，而其它正弦波分量無法通過石英晶體。頻率為的正弦波分量被反相器轉(zhuǎn)換成頻率為矩形波。因?yàn)槭⒕w多諧振蕩器的振蕩頻率僅僅取決于石英晶體本身的參數(shù)，所

7、以對石英晶體以外的電路元件要求不高。 計(jì)數(shù)器的介紹 在數(shù)字電路中，把記憶輸人脈沖個(gè)數(shù)的操作稱為計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作的時(shí)序邏輯電路。計(jì)數(shù) 器應(yīng)用非常廣泛，除用于計(jì)數(shù)、分頻外，還用于數(shù)字測量、運(yùn)算和控制，從小型數(shù)字儀表到大型數(shù)字電子 計(jì)算機(jī)，幾乎無所不在，是任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 計(jì)數(shù)器的種類很多，按其進(jìn)制不同分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、n進(jìn)制計(jì)數(shù)器；按觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否 同步分為異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)時(shí)是增還是減分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和加/減法（可逆 ）計(jì)數(shù)器。 1集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161 74ls161是4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，除了有二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)功

8、能外，還具有異步清零、同步并行置數(shù) 、保持等功能。74ls161的邏輯電路圖和引腳排列圖如圖1所示，cr是異步清零端，ld是預(yù)置數(shù)控制端，d0 ，d1，d2，d3是預(yù)置數(shù)據(jù)輸人端，p和t是計(jì)數(shù)使能端，c是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí) 聯(lián)提供了方便。 圖1 74lsl61的邏輯電路圖和引腳圖 （1）異步清零功能 當(dāng)cr0時(shí)，不管其他輸人端的狀態(tài)如何（包括時(shí)鐘信號(hào)cp），4個(gè)觸發(fā)器的輸出全為零。 （2）同步并行預(yù)置數(shù)功能 在cr1的條件下，當(dāng)ld0且有時(shí)鐘脈沖cp的上升沿作用時(shí)，d3，d2，d1，d0輸入端的數(shù)據(jù)將分別被q3q0所接收。由于置數(shù)操作必須有cp脈沖上升沿相配合，故稱為同步

9、置數(shù)。 （3）保持功能 在cr=ld1的條件下，當(dāng)tp0時(shí)，不管有無cp脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變（停止計(jì)數(shù)） 。 （4）同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)功能 當(dāng)crldpt1時(shí)，74ls161處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，電路從0000狀態(tài)開始，連續(xù)輸入16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，電路 將從1111狀態(tài)返回到0000狀態(tài)，狀態(tài)表見表2。（5）進(jìn)位輸出c當(dāng)計(jì)數(shù)控制端t1，且觸發(fā)器全為1時(shí)，進(jìn)位輸出為1，否則為零。若輸入計(jì)數(shù)器的cp脈沖頻率為f，則從qo端輸出脈沖頻率為f/2，通常也稱qo端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù)脈沖 cp的2分頻信號(hào)，q1端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù)脈沖cp的4分頻信號(hào)，q4端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù)脈沖cp的16分頻 信號(hào)。n

10、進(jìn)制計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)n分頻。（6）74ls161應(yīng)用集成四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74ls161是功能較完善的計(jì)數(shù)器，用它可組成任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，組成方法有兩種，一種叫反饋歸零法，也叫復(fù)位法，另一種叫置位發(fā)。本設(shè)計(jì)中所用的是第一種方法：復(fù)位法。74ls161的時(shí)序圖表1 74ls161的功能表清零預(yù)置使能時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式rdldep etcpd3 d2 d1 d0q3 q2 q1 q0011110111 0 01 1 d3 d2 d1 d0 0 0 0 0d3 d2 d1 d0保 持保 持計(jì) 數(shù)異步清零同步置數(shù)數(shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)據(jù)保持加法計(jì)數(shù) 表2 進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表數(shù)據(jù)選擇器介紹1.74l

11、s151集成電路數(shù)據(jù)選擇器的功能 74ls151是一種典型的集成電路數(shù)據(jù)選擇器，它有3個(gè)地址輸入端cba，可選擇d0d7 個(gè)數(shù)據(jù)源，具有兩個(gè)互補(bǔ)輸出端，同相輸出端和反相輸出端。其邏輯圖和引腳圖分別如下所示：上面所討論的是位數(shù)據(jù)選擇器，如需要選擇多位數(shù)據(jù)時(shí)，可由幾個(gè)位數(shù)據(jù)選擇器并聯(lián)組成，即將它們的使能端連在一起，相應(yīng)的選擇輸入端連在一起位選數(shù)據(jù)選擇器的連接方法如下圖所示。 當(dāng)需要進(jìn)一步擴(kuò)充位數(shù)時(shí)，只需相應(yīng)地增加器件的數(shù)目。 可以把數(shù)據(jù)選擇器的使能端作為地址選擇輸入 ，將兩片74ls151連接成一個(gè)16選的數(shù)據(jù)選擇器，其連接方式如下圖所示。16選16選的數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇輸入有為位，其最高位與一

12、個(gè)選數(shù)據(jù)選擇器的使能端連接，經(jīng)過一反相器反相后與零一另一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器的使能端連接。低位地址選擇輸入端cba由兩片74ls151的地址選擇輸入端相對應(yīng)連接而成 74ls151真值表輸入st a2 a1 a0輸出y 1 0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 10d0d1d2d3d4d5d6d72. 74ls151的應(yīng)用（1）用作多路數(shù)字選擇開關(guān) 數(shù)據(jù)選擇器本身的功能就是根據(jù)地址選擇碼從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇一路輸出。因此，數(shù)據(jù)選擇器的基本用途就是用作多路數(shù)字開關(guān)，實(shí)現(xiàn)多數(shù)通信和路由選擇。（2）數(shù)據(jù)選擇器的通道擴(kuò)展（3）實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 它是關(guān)于地址選擇碼的全部最小項(xiàng)和對應(yīng)各路輸入數(shù)據(jù)的與或型表達(dá)式。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生