數(shù)字電子技術(shù)課程實(shí)踐項(xiàng)目一

1、數(shù)字電子技術(shù)春季學(xué)期課程實(shí)踐項(xiàng)目一 項(xiàng)目目標(biāo)：計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器姓名： 學(xué)號：學(xué)院：機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 2015年4月2日（一）計(jì)數(shù)器一、計(jì)數(shù)器基本概念計(jì)數(shù)是一種最簡單基本的運(yùn)算，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路，計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)測量、計(jì)數(shù)和控制的功能，同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門所組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t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(jì)數(shù)器分類及特點(diǎn)1、如果按照計(jì)數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時(shí)翻轉(zhuǎn)分類，可將計(jì)數(shù)器分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器兩種。2、如果按照計(jì)數(shù)過程中數(shù)字

2、增減分類，又可將計(jì)數(shù)器分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器，隨時(shí)鐘信號不斷增加的為加法計(jì)數(shù)器，不斷減少的為減法計(jì)數(shù)器，可增可減的叫做可逆計(jì)數(shù)器。此外，也經(jīng)常按照計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)進(jìn)制把計(jì)數(shù)器分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等等。三、計(jì)數(shù)器主要性能及顯示方式A.計(jì)數(shù)器的主要性能1、 測試功能：電子計(jì)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(shí)間間隔、累加計(jì)數(shù)和自校等。2、 測量范圍：電子計(jì)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(shí)是指頻率的上、下限；測量周期時(shí)是指周期時(shí)間單位）的最大、最小值。3、&

3、#160;輸入特性：一般情況下，當(dāng)儀器有23個(gè)輸入通道時(shí)，需分別給出各個(gè)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(shí)，被測信號經(jīng)隔直電容輸入；DC耦合時(shí)， 被測信號直接輸入，在低頻及脈沖信號輸入時(shí)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(fù)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?xí)粨p壞。4、 測量準(zhǔn)確度：測量準(zhǔn)確度常用測量誤差來表示，主要由時(shí)基誤差和計(jì)數(shù)誤差決定。時(shí)基誤差由晶體振蕩器的穩(wěn)定度確定，電子計(jì)數(shù)器通常給出晶體振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)頻率及其頻率穩(wěn)定度；計(jì)數(shù)誤差主要指量化誤差。5、 閘門時(shí)間和時(shí)標(biāo)：由儀器內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號源提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號包括閘門時(shí)間信號和時(shí)標(biāo)信號，可以有多種選擇。6、輸出：這里指的是儀器可輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(jì)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(shí)間：儀器一次測量結(jié)束后顯示測量結(jié)果的持續(xù)時(shí)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(jì)數(shù)的結(jié)果，后者則顯示正在計(jì)數(shù)的過程。有的計(jì)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(jì)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(jìn)行放大、整形，使其變換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖。輸入通道部分包括A、B兩個(gè)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(jì)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(dāng)?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(gè)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(shí)現(xiàn)量化的比較電路，它可以控制計(jì)數(shù)脈沖信號能否進(jìn)入計(jì)數(shù)器。主門電路是一個(gè)雙輸入端邏輯與門。它的一個(gè)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(gè)輸入端則接受計(jì)數(shù)(脈沖)信號。在門控信號作用有效期間，允許計(jì)數(shù)(脈沖)通過主門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。2. 計(jì)數(shù)、 顯示單元計(jì)數(shù)與顯示電路是用于對來自主門的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)， 并將計(jì)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(jì)數(shù)器通常采用十進(jìn)制

7、計(jì)數(shù)電路。 帶有微處理器的儀器也可用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，然后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制并譯碼后再進(jìn)入顯示器。3. 時(shí)基單元時(shí)基電路主要由晶體振蕩器、分頻及倍頻器組成。時(shí)基電路主要用于產(chǎn)生各種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號有兩類，一類時(shí)間較長的稱為閘門（時(shí)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(shí)間較短的稱為時(shí)標(biāo)信號。時(shí)標(biāo)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(fù)零信號（R）三種控制信號，使儀器的各部分電路按照準(zhǔn)備測量顯示的流程有條不紊地自動(dòng)進(jìn)行測量工作?？刂茊卧邪ㄇ笆龅拈T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(gè)輸入脈沖開啟主門，另一路輸入脈沖信號使門控雙穩(wěn)復(fù)原，關(guān)閉主門。五、計(jì)數(shù)器應(yīng)用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用極為廣泛，不僅能用于計(jì)數(shù)，還可用于分頻、定時(shí)，以及組成各種檢測電路和控制電路。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計(jì)算機(jī)的控制器中對指令地址進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運(yùn)算器中作乘法、除法運(yùn)算時(shí)記下加法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對脈沖的計(jì)數(shù)等等。計(jì)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(biāo)在于計(jì)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(jì)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(shù)中應(yīng)用的最多的時(shí)序邏輯電路。計(jì)數(shù)器不僅能用于對時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，還可以用于分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等。但是并無法顯示計(jì)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(shí)器一、555定時(shí)器基本概念555定時(shí)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(bǔ)金屬氧化物（CMOS ）工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)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(dòng)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(shí)器特點(diǎn)555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖如右圖所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3三、555定時(shí)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(shí)器可能會有不同的參數(shù):555定時(shí)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(shè)計(jì)。有的芯片中包括數(shù)個(gè)集成的555定時(shí)器。556雙定時(shí)器在一塊芯片中集成兩個(gè)555定時(shí)器的型號為556，這種芯片包括14個(gè)引腳。558四定時(shí)器在一塊芯片中集成四個(gè)555定時(shí)器的型號為558。這種芯片包括16個(gè)引腳，其中四個(gè)555定時(shí)器共用供電、接地和復(fù)位的引腳。放電引腳與閾值引腳被合為同一個(gè)引腳并被稱為“定時(shí)”。同時(shí)觸發(fā)引腳改為下降沿觸發(fā)。四、555定時(shí)器的功能及其應(yīng)用1.功能555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，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(shí) 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(gè)引腳功能如下：在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表61示。2.應(yīng)用555定時(shí)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(yīng)用范圍包括定時(shí)器，脈沖丟失檢測，反彈跳開關(guān)，輕觸開關(guān)，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(shí)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(shí)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(gè)RS觸發(fā)器，可用于構(gòu)成鎖存開關(guān)。