《測頻儀的設(shè)計(jì)》PPT課件

《《測頻儀的設(shè)計(jì)》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《測頻儀的設(shè)計(jì)》PPT課件（113頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、情 境 五 測 頻 儀 的 設(shè) 計(jì) 子 情 境 1 控 制 電 路 的 設(shè) 計(jì) 相關(guān)知識一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)按 照 邏 輯 功 能 和 電 路 組 成 的 不 同 ， 數(shù) 字 電 路 可 以 分 為 組 合邏 輯 電 路 和 時(shí) 序 邏 輯 電 路 兩 大 類 。 時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 輸 出 不僅 取 決 于 當(dāng) 時(shí) 的 輸 入 ， 還 與 電 路 原 來 的 狀 態(tài) 有 關(guān) ， 即 具 有記 憶 功 能 。時(shí) 序 邏 輯 電 路 ， 簡 稱 時(shí) 序 電 路 ， 圖 5.1.1所 示 是 它 的 結(jié) 構(gòu) 示意 框 圖 。 時(shí) 序 電 路 由 兩 部 分 組 成 ， 一 部 分 是 已

2、 經(jīng) 介 紹 過 的組 合 邏 輯 電 路 ， 一 部 分 是 由 觸 發(fā) 器 構(gòu) 成 的 存 儲 電 路 ， 其 中觸 發(fā) 器 是 時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 基 本 單 元 。 1.邏 輯 功 能 特 點(diǎn)在 數(shù) 字 電 路 中 ， 凡 是 任 何 時(shí) 刻 電 路 的 穩(wěn) 態(tài) 輸 出 ， 不 僅 和 該 時(shí) 刻的 輸 入 信 號 有 關(guān) ， 而 且 還 取 決 于 電 路 原 來 狀 態(tài) 的 電 路 ， 都 叫 做時(shí) 序 邏 輯 電 路 ， 這 既 可 以 看 成 是 時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 定 義 ， 也 是 其邏 輯 功 能 的 特 點(diǎn) 。圖 5.1.1 時(shí) 序 邏 輯 電 路 框圖

3、 2.電 路 組 成 特 點(diǎn)時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 狀 態(tài) 是 由 存 儲 電 路 來 記 憶 和 表 示 的 ， 所 以 從電 路 組 成 看 ， 時(shí) 序 電 路 一 定 包 含 有 作 為 存 儲 單 元 的 觸 發(fā) 器 。 實(shí)際 上 ， 時(shí) 序 電 路 的 狀 態(tài) ， 就 是 依 靠 觸 發(fā) 器 記 憶 和 表 示 的 ， 時(shí) 序電 路 中 可 以 沒 有 組 合 電 路 ， 但 不 能 沒 有 觸 發(fā) 器 。3.時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 分 類時(shí) 序 邏 輯 電 路 按 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 情 況 的 不 同 可 分 為 同 步 時(shí) 序 電 路 和異 步 時(shí) 序 電 路 兩 大 類

4、。 同 步 時(shí) 序 電 路 是 指 電 路 中 所 有 觸 發(fā) 器 都受 同 一 時(shí) 鐘 脈 沖 的 控 制 ， 它 們 的 狀 態(tài) 改 變 在 同 一 時(shí) 刻 發(fā) 生 ； 而異 步 時(shí) 序 電 路 不 用 統(tǒng) 一 的 時(shí) 鐘 脈 沖 ， 各 觸 發(fā) 器 的 狀 態(tài) 改 變 不 在同 一 時(shí) 刻 發(fā) 生 。 典 型 的 時(shí) 序 邏 輯 電 路 有 寄 存 器 和 計(jì) 數(shù) 器 。二、時(shí)序邏輯電路的基本分析方法時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 分 析 就 是 對 于 給 定 的 時(shí) 序 邏 輯 電 路 ， 求 其 狀態(tài) 表 、 狀 態(tài) 圖 或 時(shí) 序 圖 ， 從 而 確 定 該 電 路 的 邏 輯 功

5、能 和 工 作 特點(diǎn) 。 1.分 析 的 一 般 步 驟圖 5.1.2中 給 出 了 分 析 時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 一 般 過 程 ， 可 供 參 考 圖 5.1.2 時(shí) 序 電 路 分 析 過 程 示 意 圖 時(shí) 鐘 方 程 ： 列 出 各 個(gè) 觸 發(fā) 器 時(shí) 鐘 信 號 的 邏 輯 表 達(dá) 式 ； 輸 出 方 程 ： 列 出 時(shí) 序 邏 輯 電 路 各 個(gè) 輸 出 信 號 的 邏 輯 表 達(dá) 式 ； 驅(qū) 動 方 程 ： 列 出 各 個(gè) 觸 發(fā) 器 同 步 輸 入 端 信 號 的 邏 輯 表 達(dá) 式 。(2)求 狀 態(tài) 方 程把 驅(qū) 動 方 程 代 入 相 應(yīng) 觸 發(fā) 器 的 特 性

6、方 程 ， 即 可 求 出 時(shí) 序 邏 輯電 路 的 狀 態(tài) 方 程 ， 也 就 是 各 個(gè) 觸 發(fā) 器 次 態(tài) 輸 出 的 邏 輯 表 達(dá) 式 ，因 為 任 何 時(shí) 序 電 路 的 狀 態(tài) ， 都 是 由 組 成 該 時(shí) 序 電 路 的 各 個(gè) 觸發(fā) 器 來 記 憶 和 表 示 的 。(3)狀 態(tài) 計(jì) 算把 電 路 輸 入 和 現(xiàn) 態(tài) 的 各 種 可 能 取 值 ， 代 入 狀 態(tài) 方 程 和 輸 出 方程 進(jìn) 行 計(jì) 算 ， 求 出 相 應(yīng) 的 次 態(tài) 和 輸 出 。 這 里 要 注 意 以 下 幾 點(diǎn) ；歸 納 起 來 ， 在 一 般 情 況 下 可 按 下 列 步 驟 進(jìn) 行 。(1)

7、寫 方 程 式 。仔 細(xì) 觀 察 、 分 析 給 定 的 時(shí) 序 邏 輯 電 路 ， 然 后 再 逐 一 寫 出 ： 電 路 的 現(xiàn) 態(tài) ， 即 組 成 該 電 路 各 個(gè) 觸 發(fā) 器 的 現(xiàn) 態(tài) 的 組 合 ； 不 能 漏 掉 任 何 可 能 出 現(xiàn) 的 現(xiàn) 態(tài) 和 輸 入 的 取 值 ； 現(xiàn) 態(tài) 的 起 始 值 如 果 給 定 了 ， 則 可 以 從 給 定 值 開 始 依 次 進(jìn) 行計(jì) 算 ， 倘 若 未 給 定 ， 那 么 就 可 以 從 自 己 設(shè) 定 的 起 始 值 開 始 依次 計(jì) 算 。(4)畫 狀 態(tài) 圖 或 列 狀 態(tài) 表 、 畫 時(shí) 序 圖畫 狀 態(tài) 圖 或 列 狀 態(tài)

8、表 、 畫 時(shí) 序 圖 時(shí) 應(yīng) 注 意 以 下 幾 點(diǎn) ： 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 是 由 現(xiàn) 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 到 次 態(tài) ， 不 是 由 現(xiàn) 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 到 現(xiàn) 態(tài) ，更 不 是 由 次 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 到 次 態(tài) ； 輸 出 是 現(xiàn) 態(tài) 和 輸 入 的 函 數(shù) ， 不 是 次 態(tài) 和 輸 入 的 函 數(shù) ； 畫 時(shí) 序 圖 時(shí) 要 明 確 ， 只 有 當(dāng) CP觸 發(fā) 沿 到 來 時(shí) 相 應(yīng) 觸 發(fā) 器才 會 更 新 狀 態(tài) ， 否 則 只 會 保 持 原 狀 態(tài) 不 變 。 狀 態(tài) 方 程 有 效 的 時(shí) 鐘 條 件 ， 凡 不 具 備 時(shí) 鐘 條 件 者 ， 方 程 式無 效 ， 也 就 是 說 觸 發(fā)

9、 器 將 保 持 原 來 狀 態(tài) 不 變 ； (5)電 路 功 能 說 明一 般 情 況 下 ， 用 狀 態(tài) 圖 或 狀 態(tài) 表 就 可 以 反 映 電 路 的 工 作 特 性 。但 是 ， 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 各 個(gè) 輸 入 信 號 和 輸 出 信 號 都 有 確 定 的物 理 含 義 ， 因 此 ， 常 常 需 要 結(jié) 合 這 些 信 號 的 物 理 含 義 ， 進(jìn) 一步 說 明 電 路 的 具 體 功 能 ， 或 者 結(jié) 合 時(shí) 序 圖 說 明 對 時(shí) 鐘 脈 沖 與輸 入 、 輸 出 及 內(nèi) 部 變 量 之 間 的 時(shí) 間 關(guān) 系 。2.分 析 舉 例【 例 5.2.1】 試

10、畫 出 圖 5.1.3所 示 的 時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 狀 態(tài) 圖 和時(shí) 序 圖 。 圖 5.1.3 例 5.2.1圖 解 :(1)寫 方 程 式 。 時(shí) 鐘 方 程 為 CP0=CP1=CP2=CP可 見 圖 5.1.3所 示 是 一 個(gè) 同 步 時(shí) 序 邏 輯 電 路 。 對 于 同 步 時(shí) 序邏 輯 電 路 而 言 ， 時(shí) 鐘 方 程 一 般 都 省 去 不 寫 ， 因 為 各 個(gè) 觸 發(fā)器 的 時(shí) 鐘 信 號 是 相 同 的 ， 都 是 輸 入 CP脈 沖 。 輸 出 方 程 為 nY 2QQQ n1n0 驅(qū) 動 方 程 為 (2)求 狀 態(tài) 方 程JK觸 發(fā) 器 的 特 性 方

11、 程 QQ nn1n KQJ (3)狀 態(tài) 計(jì) 算依 次 假 設(shè) 電 路 的 現(xiàn) 在 狀 態(tài) 。 代 入 狀 態(tài) 方 程 式 和 輸 出 方 程 式 ， 進(jìn)行 計(jì) 算 ， 求 出 相 應(yīng) 的 次 態(tài) 和 輸 出 ， 結(jié) 果 見 表 5.1.1。把 驅(qū) 動 方 程 分 別 代 入 JK觸 發(fā) 器 的 特 性 方 程 ， 即 可 求 得 狀 態(tài) 方 程 表 5.1.1 例 5.2.1狀 態(tài) 表 (4)畫 狀 態(tài) 圖 與 時(shí) 序 圖 ,如 圖 5.1.4和 圖 5.1.5所 示 。 圖 5.1.4 例 5.2.1狀 態(tài) 圖 圖 5.1.5 例 5.2.1時(shí) 序 圖 (5)有 效 狀 態(tài) 、 有 效

12、循 環(huán) 、 無 效 狀 態(tài) 、 無 效 循 環(huán) 、 能 自 啟 動和 不 能 自 啟 動 的 概 念 。 有 效 狀 態(tài) 與 有 效 循 環(huán) 。有 效 狀 態(tài) ： 在 時(shí) 序 邏 輯 電 路 中 ， 凡 是 被 利 用 了 的 狀 態(tài) ， 都 叫做 有 效 狀 態(tài) 。 例 如 ， 在 圖 5.1.4所 示 狀 態(tài) 圖 中 ， 圖 5.1.4(a)里 的 6個(gè) 狀 態(tài) 被 利 用 了 ， 故 都 是 有 效 狀 態(tài) 。有 效 循 環(huán) ： 在 時(shí) 序 邏 輯 電 路 中 ， 凡 是 有 效 狀 態(tài) 形 成 的 循 環(huán) ，都 稱 為 有 效 循 環(huán) 。 例 如 ， 圖 5.1.4(a)所 示 的 循

13、 環(huán) 就 是 有 效 循環(huán) ， 其 中 的 6個(gè) 狀 態(tài) 都 是 有 效 狀 態(tài) 。 無 效 狀 態(tài) 與 無 效 循 環(huán) 。無 效 狀 態(tài) ： 在 時(shí) 序 邏 輯 電 路 中 ， 凡 是 沒 有 被 利 用 的 狀 態(tài) ， 都叫 做 無 效 狀 態(tài) 。 例 如 ， 在 圖 5.1.4(b)中 的 010和 101， 就 是 無 效狀 態(tài) 。無 效 循 環(huán) ： 如 果 無 效 狀 態(tài) 形 成 了 循 環(huán) ， 那 么 這 種 循 環(huán) 就 稱 為無 效 循 環(huán) 。 圖 5.1.4(b)所 示 的 循 環(huán) 就 是 無 效 循 環(huán) ， 因 為 010、 101是 無 效 狀 態(tài) 。 能 自 啟 動 和

14、不 能 自 啟 動能 自 啟 動 ： 在 時(shí) 序 邏 輯 電 路 中 ， 雖 然 存 在 無 效 狀 態(tài) ， 但 它 們沒 有 形 成 循 環(huán) ， 這 樣 的 時(shí) 序 邏 輯 電 路 叫 做 能 夠 自 啟 動 的 時(shí) 序邏 輯 電 路 。不 能 自 啟 動 ： 在 時(shí) 序 邏 輯 電 路 中 ， 如 果 存 在 無 效 狀 態(tài) ， 而 且它 們 之 間 形 成 循 環(huán) ， 這 樣 的 時(shí) 序 邏 輯 電 路 叫 做 不 能 自 啟 動 的時(shí) 序 邏 輯 電 路 。 例 如 ， 圖 5.1.4(b)所 示 狀 態(tài) 圖 中 ， 即 存 在 無 效狀 態(tài) 010、 101， 又 形 成 了 無 效

15、 循 環(huán) ， 因 此 ， 圖 5.1.3所 示 時(shí) 序電 路 是 一 個(gè) 不 能 自 啟 動 的 時(shí) 序 邏 輯 電 路 ， 在 這 種 時(shí) 序 邏 輯 電路 中 ， 一 旦 因 某 種 原 因 ， 例 如 干 擾 而 落 入 無 效 循 環(huán) ， 就 再 也回 不 到 有 效 狀 態(tài) 了 ， 當(dāng) 然 ， 再 要 正 常 工 作 也 就 不 可 能 了三、計(jì)數(shù)器所 謂 “ 計(jì) 數(shù) ” ， 就 是 統(tǒng) 計(jì) 輸 入 脈 沖 的 個(gè) 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 的 應(yīng) 用 十 分 廣 泛 ， 不 僅 可 以用 來 計(jì) 數(shù) ， 還

16、 可 用 來 定 時(shí) 、 分 頻 和 測 量 等 。 按 計(jì) 數(shù) 脈 沖 引 入 的 方 式 可 將 計(jì) 數(shù) 器 分 為 同 步 計(jì) 數(shù) 器 和 異 步 計(jì)數(shù) 器 ； 按 計(jì) 數(shù) 的 進(jìn) 制 不 同 可 分 為 二 進(jìn) 制 、 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 以 及N進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 ； 按 計(jì) 數(shù) 值 增 減 的 規(guī) 律 可 分 為 加 法 計(jì) 數(shù) 器 、 減法 計(jì) 數(shù) 器 和 可 逆 計(jì) 數(shù) 器 。1.二 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器(1)異 步 二 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 由 于 每 一 個(gè) 觸 發(fā) 器 可 以 存 儲 l位 二 進(jìn) 制 信 息 ， 由 若 干 個(gè) 觸 發(fā) 器按 一 定 的 方 式 連 接

17、構(gòu) 成 計(jì) 數(shù) 器 電 路 ， 即 可 實(shí) 現(xiàn) 以 若 干 位 編 碼輸 出 的 二 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 。 輸 入 而 同 時(shí) 翻 轉(zhuǎn) ， 這 種 計(jì) 數(shù) 方 式 稱 為異 步 計(jì) 數(shù) 方 式 。 圖 5.1.6 電 路 組 成 ： 圖 5.1.6 是 用 三 個(gè) D觸 發(fā) 器 構(gòu) 成 的 3位 二 進(jìn) 制 異 步 加 法 計(jì)數(shù) 器 。 計(jì) 數(shù) 脈 沖 送 到 最 低 位 的 觸 發(fā) 器 的 時(shí) 鐘 控 制 端 ， 低 位 的 輸 出 端 接 到 高 一 位 的 時(shí) 鐘 控 制 端 。 各 觸 發(fā) 器 的 D輸 入 端 接 到 其 輸 出 端 ， 處于 計(jì) 數(shù) 狀 態(tài) ， 即 當(dāng) 時(shí) 鐘 控

18、 制 端 接 到 正 跳 變 (0 1)時(shí) 狀 態(tài) 發(fā) 生 翻 轉(zhuǎn) 。 QQ 工 作 原 理 ： 假 設(shè) 計(jì) 數(shù) 前 各 觸 發(fā) 器 的 初 始 狀 態(tài) 為 Q2Q1Q0=000。第 一 個(gè) 計(jì) 數(shù) 脈 沖 上 升 沿 作 用 后 ， FF0狀 態(tài) 發(fā) 生 翻 轉(zhuǎn) ， 計(jì) 數(shù) 器 的 狀 態(tài) 變?yōu)?001， 產(chǎn) 生 負(fù) 跳 變 (1 0)， Q2、 Q1不 變 。第 二 個(gè) 計(jì) 數(shù) 脈 沖 上 升 沿 作 用 后 ， FF0狀 態(tài) 再 次 發(fā) 生 翻 轉(zhuǎn) ， Q0由 l變 為 0； 產(chǎn) 生 正 跳 變 ， FF1狀 態(tài) 發(fā) 生 翻 轉(zhuǎn) ， Q1由 0變 為 1， Q2不 變 ， 計(jì) 數(shù) 器 的

19、狀 態(tài) 變 為 010。按 此 規(guī) 律 ， 每 輸 入 一 個(gè) 脈 沖 ， Q0狀 態(tài) 就 改 變 一 次 ， 而 Q0由 1變 為 0時(shí) ，Q1狀 態(tài) 就 改 變 一 次 ； 而 Q1由 1變 為 0時(shí) ， Q2狀 態(tài) 就 改 變 一 次 ， 則 可 得到 計(jì) 數(shù) 器 的 狀 態(tài) 表 (見 表 5.1.2)及 圖 12.7所 示 的 工 作 波 形 。Q 0 Q0 表 5.1.2 3位 二 進(jìn) 制 異 步 加 法 計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài) 表輸 入 脈 沖 數(shù) 觸 發(fā) 器 狀 態(tài)Q2 Q1 Q00 0 0 01 0 0 12 0 1 03 0 1 14 1 0 05 1 0 1 6 1 1 07

20、1 1 18 0 0 09 0 0 1 如 果 將 圖 5.1.6中 的 CP1接 FFO的 Q輸 出 端 ， CP2接 FF1的 Q輸 出 端， 則 可 構(gòu) 成 一 個(gè) 二 進(jìn) 制 異 步 減 法 計(jì) 數(shù) 器 。 原 理 請 同 學(xué) 們 自 己 分析 。 二 進(jìn) 制 異 步 計(jì) 數(shù) 器 電 路 簡 單 ， 但 由 于 各 觸 發(fā) 器 狀 態(tài) 的 改 變是 逐 位 進(jìn) 行 的 ， 所 以 計(jì) 數(shù) 速 度 較 慢 。(2)二 進(jìn) 制 同 步 計(jì) 數(shù) 器為 了 提 高 計(jì) 數(shù) 的 速 度 ， 將 計(jì) 數(shù) 脈 沖 送 到 每 一 個(gè) 觸 發(fā) 器 的 時(shí) 鐘 控制 端 ， 使 觸 發(fā) 器 的 狀 態(tài)

21、變 化 與 計(jì) 數(shù) 脈 沖 同 步 ， 這 種 方 式 的 計(jì) 數(shù)器 稱 為 同 步 計(jì) 數(shù) 器 圖 5.1. 3位 二 進(jìn) 制 異 步 加 法 計(jì) 數(shù) 器 波 形 圖 電 路 組 成 ： 圖 5.1.8所 示 為 二 進(jìn) 制 同 步 加 法 計(jì) 數(shù) 電 路 。 由 3個(gè)下 降 沿 觸 發(fā) 的 JK觸 發(fā) 器 構(gòu) 成 ， 每 個(gè) JK觸 發(fā) 器 接 成 T觸 發(fā) 器 ，CP計(jì) 數(shù) 脈 沖 同 時(shí) 送 到 了 每 一 個(gè) 觸 發(fā) 器 的 時(shí) 鐘 控 制 端 。 各 觸 發(fā)器 的 輸 入 為 T0=1， T1=Q0， T2=Q0Q1。 工 作 原 理 ： 計(jì) 數(shù) 前 先 清 零 ， 使 計(jì) 數(shù) 器

22、 的 初 始 狀 態(tài) 為 000。 此時(shí) 各 觸 發(fā) 器 的 準(zhǔn) 備 狀 態(tài) 為 T0=1， T1=0， T2=0， 即 FFO處 于 計(jì)數(shù) 狀 態(tài) 圖 5.1.8 二 進(jìn) 制 同 步 加 法 計(jì) 數(shù) 器 第 1個(gè) 計(jì) 數(shù) 脈 沖 下 降 沿 作 用 后 ， FF0狀 態(tài) 發(fā) 生 翻 轉(zhuǎn) ， 計(jì) 數(shù) 器 的 狀態(tài) 變 為 001。 此 時(shí) 各 觸 發(fā) 器 的 準(zhǔn) 備 狀 態(tài) 為 T0=1， T1=1， T2=0，即 FFO、 FF1處 于 計(jì) 數(shù) 狀 態(tài) 。第 2個(gè) 計(jì) 數(shù) 脈 沖 下 降 沿 作 用 后 ， 計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài) 由 001變 為 010。 同 時(shí)T0=l， T1=0， T2=

23、0， 即 FF0處 于 計(jì) 數(shù) 狀 態(tài) 。第 3個(gè) 計(jì) 數(shù) 脈 沖 下 降 沿 作 用 后 ， 計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài) 由 010變 為 011。 同 時(shí)T0=1， T1=1， T2=1， 即 FFO、 FF1、 FF2處 于 計(jì) 數(shù) 狀 態(tài) 。第 4個(gè) 計(jì) 數(shù) 脈 沖 下 降 沿 作 用 后 ， 計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài) 由 011變 為 100。依 此 類 推 ， 當(dāng) 計(jì) 數(shù) 器 穩(wěn) 定 狀 態(tài) 為 111時(shí) ， 表 示 已 經(jīng) 輸 入 了 7個(gè) 計(jì)數(shù) 脈 沖 。 在 第 8個(gè) 計(jì) 數(shù) 脈 沖 輸 入 后 ， 計(jì) 數(shù) 器 由 11l轉(zhuǎn) 換 為 000， 回到 初 始 000狀 態(tài) ， 完 成 一 次

24、 狀 態(tài) 循 環(huán) 。 其 狀 態(tài) 表 和 波 形 圖 與 二 進(jìn)制 異 步 加 法 計(jì) 數(shù) 器 相 同 ， 這 里 不 再 畫 出 。 如 果 把 圖 5.1.8所 示 的 電 路 中 接 Q0 Q2的 線 分 別 改 接 到 上 ， 則 可 以 構(gòu) 成 二 進(jìn) 制 同 步 減 法 計(jì) 數(shù) 器 ， 同 樣 可 用 上 述 方 法 分析 其 工 作 原 理 。2.十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器二 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 運(yùn) 算 也 方 便 ， 但 人 們 最 習(xí) 慣 的 是 十 進(jìn) 制計(jì) 數(shù) 器 ， 所 以 在 應(yīng) 用 中 經(jīng) 常 使 用 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 。 以 8421BCD碼

25、 為例 ， 電 路 如 圖 5.1.9所 示 。 QQ 20 圖 5.1.9 8421BCD碼 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 分 析 步 驟 如 下 。(1)寫 出 時(shí) 鐘 方 程 ；QCP n01 ；QCP n12 ；QCP n 03 CPCP0 ； (下 降 沿 觸 發(fā) ) (2)寫 出 驅(qū) 動 方 程 1；1， KJ 00 1；1， KJ 00 1；,KQJ 1n31 1；1， KJ 22 1， KQQJ 3n1n23 nQKQJQ n1n (3)將 驅(qū) 動 方 程 代 入 JK觸 發(fā) 器 的 特 性 方 程 （ ） ，即 可 求 出 狀 態(tài) 方 程 nQKQJQ n1n n01n0 QQ Q

26、QQ n1n31n1 QQ n21n2 QQQQ n3n1n21n3 (4)列 出 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 表 見 表 5.1.3、 狀 態(tài)轉(zhuǎn) 換 圖 見 圖 5.1.10a和 波 形 圖 見 圖5.1.10b。 （ 注 意 ： 計(jì) 算 狀 態(tài) 表 時(shí) 一 定要 注 意 CP脈 沖 的 有 效 沿 到 來 時(shí) 狀 態(tài) 方程 才 有 效 ） 。 計(jì) 數(shù) 脈沖 CP 觸 發(fā) 器 現(xiàn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 次 態(tài) 對 應(yīng) 十進(jìn) 制1 0 0 0 0 0 0 0 1 12 0 0 0 1 0 0 1 0 23 0 0 1 0 0 0 1 1 34 0 0 1 1 0 1 0 0 45 0 1 0 0 0 1 0 1

27、 56 0 1 0 1 0 1 1 0 67 0 1 1 0 0 1 1 1 78 0 1 1 1 1 0 0 0 89 1 0 0 0 1 0 0 1 9 10 1 0 0 1 0 0 0 0 10無 效 狀 態(tài) 1 0 1 0 1 0 1 1 無 效 狀 態(tài)1 0 1 1 0 1 0 01 1 0 0 1 1 0 11 1 0 1 0 1 1 01 1 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 0 0 0 表 5.1.3十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài) 表Qn3 Qn2 Qn1 Qn0 Q 1n3 Q 1n2 Q 1n1 Q 1n0 圖 5.1.10a 異 步 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài)

28、 圖 圖 5.1.10b 異 步 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 波 形 圖 由 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 圖 5.1.10a可 以 看 出 ， 該 異 步 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 有 10個(gè) 有效 狀 態(tài) ， 并 形 成 了 有 效 循 環(huán) 。 6個(gè) 無 效 狀 態(tài) ， 但 這 6個(gè) 無 效 狀 態(tài)沒 有 形 成 無 效 循 環(huán) ， 所 以 該 時(shí) 序 邏 輯 電 路 是 一 種 能 自 啟 動 的 時(shí)序 邏 輯 電 路 。3.中 規(guī) 模 集 成 計(jì) 數(shù) 器集 成 計(jì) 數(shù) 器 屬 于 中 規(guī) 模 集 成 電 路 ， 其 種 類 很 多 ， 應(yīng) 用 也 很 廣 泛 。按 其 工 作 步 調(diào) 一 般 可 分 為

29、同 步 計(jì) 數(shù) 器 和 異 步 計(jì) 數(shù) 器 兩 大 類 ， 通常 為 BCD碼 十 進(jìn) 制 和 4位 二 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 ， 這 些 計(jì) 數(shù) 器 功 能 比 較完 善 ， 同 時(shí) 還 附 加 了 輔 助 控 制 端 ， 可 進(jìn) 行 功 能 擴(kuò) 展 。 目 前 ， 芯片 廠 商 生 產(chǎn) 的 TTL和 CMOS中 規(guī) 模 集 成 計(jì) 數(shù) 器 品 種 較 多 ， 通 用性 較 強(qiáng) 。 (1)集 成 十 進(jìn) 制 同 步 雙 計(jì) 數(shù) 器 CD4518。CD4518是 常 用 的 計(jì) 數(shù) 器 電 路 ， 內(nèi) 部 包 含 2個(gè) 二 十 進(jìn) 制 同 步加 法 計(jì) 數(shù) 器 ， 每 個(gè) 計(jì) 數(shù) 器 由 4個(gè)

30、T觸 發(fā) 器 (T1 T4)構(gòu) 成 ， 引 腳排 列 如 圖 5.1.11(a)所 示 。 為 便 于 使 用 ， CD 4518設(shè) 計(jì) 了 兩 個(gè)時(shí) 鐘 輸 入 端 ： CP、 EN。 CP端 上 升 沿 觸 發(fā) ， 此 時(shí) 要 求 EN=1； EN端 下 降 沿 觸 發(fā) ， 要 求 CP=O。 CR為 復(fù) 位 端 ， CR=1(接 高 電 平 或 正脈 沖 )時(shí) 計(jì) 數(shù) 器 復(fù) 零 ， 正 常 計(jì) 數(shù) 時(shí) CR=O。 Q3 Q0為 BCD碼 輸 出端 ， 可 輸 出 8、 4、 2、 l編 碼 的 數(shù) 據(jù) 。 CD4518的 最 高 工 作 頻 率與 電 源 電 壓 有 關(guān) ， 當(dāng) UDD

31、=+5V時(shí) ， ； UDD=15V時(shí) ， 。 為 保 計(jì) 數(shù) 可 靠 ， 要 求 時(shí) 鐘 信 號 的 沿 口 陡 直 。1MHf Zmax 7MHf Zmax CD4518的 功 能 見 表 5.1.4表 5.1.4 CD4518功 能 表CR EN CP 執(zhí) 行 功 能1 清 零0 1 加 計(jì) 數(shù)0 0 加 計(jì) 數(shù)0 0 保 持圖 5.1.11 CD4518的 引 腳 排 列 多 級 串 行 計(jì) 數(shù) 。 將 幾 片 CD4518串 行 級 聯(lián) 時(shí) ， 盡 管 每 片 CD4518屬 并 行 計(jì) 數(shù) ， 但 就 整 體 而 言 已 變 成 了 串 行 計(jì) 數(shù) 。 需 要 指 出 ，CD4518

32、未 設(shè) 置 進(jìn) 位 端 ， 但 可 利 用 Q3作 為 輸 出 端 。 有 人 誤 將第 一 級 的 Q3端 接 到 第 二 級 的 CP端 ， 結(jié) 果 發(fā) 現(xiàn) 計(jì) 數(shù) 變 成 “ 逢 八進(jìn) 一 ” 了 。 原 因 在 于 Q3是 在 第 8個(gè) CP作 用 下 產(chǎn) 生 正 跳 變 的 ，其 上 升 沿 不 能 作 為 進(jìn) 位 脈 沖 ， 只 有 其 下 降 沿 才 是 “ 逢 十 進(jìn) 一 ”的 進(jìn) 位 信 號 ， 如 圖 12.11(C)所 示 。 正 確 接 法 應(yīng) 是 將 低 位 的 Q3端 接 高 位 的 EN端 ， 高 位 計(jì) 數(shù) 器 的 CP端 接 GND。 串 行 級 聯(lián) 電路 如

33、 圖 5.1.12所 示 。 對 最 低 位 計(jì) 數(shù) 器 而 言 ， 用 CP或 EN作 為 時(shí)鐘 輸 入 端 均 可 (2)集 成 十 進(jìn) 制 異 步 計(jì) 數(shù) 器 74LS9074LS90內(nèi) 部 電 路 由 兩 個(gè) 獨(dú) 立 的 計(jì) 數(shù) 器 組 成 ， 一 個(gè) 是 以 CP1為 時(shí)鐘 信 號 輸 入 端 ， Q1、 Q2、 Q3為 輸 出 端 的 五 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 ； 另 一個(gè) 是 以 CP0為 時(shí) 鐘 信 號 輸 入 端 ， Q0為 輸 出 端 的 二 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 ；其 引 腳 排 列 如 圖 5.1.13所 示 。 圖 5.1.12 CD4518級 聯(lián) 計(jì) 數(shù) a)引 腳 排

34、 列 圖 b)邏 輯 功 能 示 意 圖 圖 5.1.3 74LS90引 腳 功 能 及 邏 輯 示 意 圖 輸 入 輸 出ROA ROB S9A S9B CP0 CP11 1 0 0 0 0 0 (清 零 )1 1 0 0 0 0 0 (清 零 ) 1 1 1 0 0 1 (置 9) 0 0 0 二 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 0 0 0 五 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 0 0 Q0 8421碼 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù)0 0 Q3 5421碼 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 表 5.1.5 74LS90功 能 表 Q 1n0 Q 1n1 Q 1n2 Q 1n374LS90的 有 直 接 置 0和 直 接 置 9的 功 能 ， 其

35、功 能 見 表 5.1.5。 用 一 片 74LS90可 以 連 接 成 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 ， 可 以 是 先 五 進(jìn) 制 后 二進(jìn) 制 的 連 接 方 法 ， 即 CP1接 計(jì) 數(shù) 脈 沖 ， CP0接 Q3構(gòu) 成 5421BCD碼 計(jì) 數(shù) 器 ， 輸 出 數(shù) 據(jù) 順 序 為 Q0 Q3 Q2 Q1； 也 可 以 用 先 二 進(jìn) 制后 五 進(jìn) 制 的 連 接 方 法 ， 即 CR接 計(jì) 數(shù) 脈 沖 ， CP1接 Q0構(gòu) 成 8421BCD碼 計(jì) 數(shù) 器 ， 輸 出 數(shù) 據(jù) 順 序 為 Q3 Q2 Q1 Q0。(3)4位 二 進(jìn) 制 同 步 集 成 加 法 計(jì) 數(shù) 器 74LSl61 1

36、63。圖 5.1.14是 74LSl6l的 引 腳 排 列 及 邏 輯 符 號 示 意 圖 a)引 腳 排 列 圖 b)邏 輯 功 能 示 意 圖 圖 5.1.14 74LS161引 腳 功 能 及 邏 輯 示 意 圖 是 清 零 端 ， 為 置 數(shù) 控 制 端 ， CTT、 CTP為 計(jì) 數(shù) 控 制 端 ， CO為 進(jìn) 位 輸 出 端 。 功 能 說 明 如 下 ： 為 異 步 清 零 端 ， 當(dāng) =O時(shí) ,不 管 其 他 輸 出 端 如 何 ， 觸 發(fā) 器 清 零 ， 即 Q3Q2Q1Q0=0000， 由于 清 零 與 CP無 關(guān) ， 所 以 稱 為 異 步 清 零 ； 為 同 步 并 行

37、 置 數(shù) 端 ，當(dāng) =1， =0時(shí) ， 時(shí) 鐘 脈 沖 CP上 升 沿 到 來 時(shí) ， 觸 發(fā) 器 便 分 別 接受 并 行 數(shù) 據(jù) 輸 入 信 號 D0 D3， 即 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0。由 于 置 數(shù) 操 作 必 須 有 CP的 上 升 沿 相 配 合 ， 故 稱 為 同 步 預(yù) 置 。當(dāng) = =1且 CTTCTP=0時(shí) ， 各 觸 發(fā) 器 保 持 原 狀 態(tài) ； 當(dāng) = =l且 CT T=CTP=l時(shí) ， 按 照 4位 二 進(jìn) 制 碼 進(jìn) 行 二 進(jìn) 制 同 步 計(jì) 數(shù) 。 進(jìn) 位輸 出 端 CO=CTTQ3Q2Q1Q0， 表 明 進(jìn) 位 輸 出 通 常 為 0， 只 有 當(dāng)

38、 計(jì)數(shù) 控 制 端 CTT=l且 Q3Q2Q1Q0=1111時(shí) ， CO才 能 輸 出 高 電 平 。74LSl61功 能 見 表 12.6。 CR LD CR CRLDLDCR CR LDCR LD CTT CTP CP 執(zhí) 行 功 能 0 清 零1 1 1 1 異 步 計(jì) 數(shù) 0 1 同 步 置 數(shù)0 1 1 保 持 0 1 1 保 持表 5.1.6 74LS161功 能 表LD CR 74LS163的 引 腳 排 列 和 74LSl61相 同 ， 不 同 之 處 是 74LSl63采 用 同 步 清 零 方 式 。(4)4位 集 成 二 進(jìn) 制 同 步 可 逆 計(jì) 數(shù) 器74LSl93具

39、 有 預(yù) 置 數(shù) 碼 、 加 法 、 減 法 的 同 步 計(jì) 數(shù) 功 能 ， 應(yīng)用 十 分 方 便 。 圖 5.2.15是 74LSl93引 腳 圖 及 邏 輯 符 號 ， 功能 見 表 5.1.7。CR為 清 零 端 ， 高 電 平 有 效 ； 為 異 步 置 數(shù) 控 制 端 ， 低電 平 有 效 ； CPU為 加 法 計(jì) 數(shù) 脈 沖 輸 入 端 ， CPD為 減 法 計(jì)數(shù) 脈 沖 輸 入 端 ， 二 者 都 是 上 升 沿 計(jì) 數(shù) ； 為 借 位 輸 出 器(減 法 計(jì) 數(shù) 下 溢 時(shí) ， 該 端 輸 出 低 電 平 )； 為 進(jìn) 位 輸 出 器(加 法 計(jì) 數(shù) 上 溢 時(shí) ， 該 端 輸

40、 出 低 電 平 ) LD BOCO 輸 入 輸 出CR CPU CPD Q3 Q2 Q1 Q01 0 0 0 00 0 D3 D2 D1 D00 1 1 加 法 計(jì) 數(shù)0 1 1 減 法 計(jì) 數(shù)表 5.1.7 74LS193功 能 表LD (5)集 成 十 進(jìn) 制 加 減 計(jì) 數(shù) 譯 碼 鎖 存 驅(qū) 動 器 CC40110CC40110為 十 進(jìn) 制 可 逆 計(jì) 數(shù) 器 鎖 存 器 譯 碼 器 驅(qū) 動 器 ， 具有 加 減 計(jì) 數(shù) 、 計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài) 鎖 存 、 七 段 顯 示 譯 碼 輸 出 等 功 能 ， 引腳 排 列 如 圖 5.1.15所 示 。 圖 5.1.15 CC40110

41、引 腳 圖 CC40110有 2個(gè) 計(jì) 數(shù) 時(shí) 鐘 輸 入 端 CPU和 CPD,， 分 別 用 做 加 計(jì) 數(shù) 時(shí)鐘 輸 入 和 減 計(jì) 數(shù) 時(shí) 鐘 輸 入 。 由 于 電 路 內(nèi) 部 有 一 個(gè) 時(shí) 鐘 信 號 預(yù) 處理 邏 輯 ， 因 此 當(dāng) 一 個(gè) 時(shí) 鐘 輸 入 端 計(jì) 數(shù) 工 作 時(shí) ， 另 一 個(gè) 時(shí) 鐘 輸 入端 可 以 是 任 意 狀 態(tài) 。 CC40110的 進(jìn) 位 輸 出 CO和 借 位 輸 出 BO，一 般 為 高 電 平 ， 當(dāng) 計(jì) 數(shù) 器 從 0變 為 9時(shí) ， BO輸 出 負(fù) 脈 沖 ； 從 9變?yōu)?0時(shí) CO輸 出 負(fù) 脈 沖 。 在 多 片 級 聯(lián) 時(shí) ， 只

42、 需 要 將 CO和 BO分 別接 至 下 級 CC40110的 CPU和 CPD端 ， 就 可 組 成 多 位 計(jì) 數(shù) 器 引 腳 符 號 為 ： BO為 借 位 輸 出 端 ， C0為 進(jìn) 位 輸 出 端 ， CPD為 減計(jì) 數(shù) 器 時(shí) 鐘 輸 入 端 ， CPU為 加 計(jì) 數(shù) 器 時(shí) 鐘 輸 入 端 ， CR為 清 零端 ， 為 計(jì) 數(shù) 允 許 端 ， LE為 鎖 存 器 預(yù) 置 端 ， VDD為 正 電 源 輸 入端 ， VSS為 接 地 端 ， 為 鎖 存 譯 碼 輸 出 端 。 譯 碼 輸 出 端為 高 電 平 有 效 ， 可 直 接 驅(qū) 動 共 陰 數(shù) 碼 管 ， 表 5.1.8

43、為 其 功 能 表 。 TE 輸 入 計(jì) 數(shù) 器 功 能 顯 示CPU CPD LE CR 0 0 0 加 1 隨 計(jì) 數(shù) 器 功 能 0 0 0 減 1 隨 計(jì) 數(shù) 器 功 能 0 保 持 保 持 1 清 除 顯 示 “ 0” 1 0 禁 止 不 變 1 0 0 加 1 不 變 1 0 0 減 1 不 變表 5.1.8 CC40110功 能 表TE還 有 很 多 集 成 計(jì) 數(shù) 器 芯 片 ， 這 里 不 再 詳 述 ， 可 查 閱 相 關(guān) 的 集成 芯 片 手 冊 ， 也 可 登 錄 一 些 電 子 類 網(wǎng) 站 查 詢 。 任務(wù)實(shí)施數(shù) 字 測 頻 儀 是 一 個(gè) 實(shí) 用 的 器 件 ， 經(jīng)

44、 過 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 ， 數(shù) 字 測頻 儀 的 設(shè) 計(jì) 方 案 有 很 多 的 選 擇 性 ， 而 性 能 也 越 來 越 高 。 實(shí) 現(xiàn) 方案 有 小 規(guī) 模 集 成 電 路 實(shí) 現(xiàn) 、 單 片 機(jī) 實(shí) 現(xiàn) 、 CPLD實(shí) 現(xiàn) 、 綜 合 實(shí)現(xiàn) 。 根 據(jù) 現(xiàn) 有 的 知 識 ， 只 能 采 用 小 規(guī) 模 集 成 電 路 實(shí) 現(xiàn) ， 這 是 以往 傳 統(tǒng) 的 實(shí) 現(xiàn) 方 案 。 該 方 案 現(xiàn) 在 基 本 沒 有 使 用 價(jià) 值 ， 但 制 作 這樣 的 一 個(gè) 簡 易 測 頻 儀 有 助 于 理 解 數(shù) 字 電 路 的 邏 輯 概 念 。 采 用 該方 案 只 能 制 作 簡

45、 易 的 測 頻 儀 ， 精 度 不 高 。 圖 5.1.16 數(shù) 字 測 頻 儀 原 理 方 框 圖 圖 5.1.16為 簡 易 數(shù) 字 測 頻 儀 原 理 方 框 圖 ， 將 待 測 頻 率 的 脈 沖 和取 樣 脈 沖 一 起 送 入 與 門 中 ， 在 取 樣 脈 沖 為 高 電 平 的 t1 t2期 間， 與 門 開 放 ， 待 測 脈 沖 則 通 過 與 門 進(jìn) 入 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 計(jì) 數(shù) 。計(jì) 數(shù) 器 的 計(jì) 數(shù) 結(jié) 果 ， 就 是 t1 t2期 間 待 測 脈 沖 的 個(gè) 數(shù) N。 如 果 t1 t2寬 度 為 ls， 則 待 測 脈 沖 就 是 N Hz。一、電路原理

46、與元器件作用1.工 作 任 務(wù) 電 路 整 體 結(jié) 構(gòu) 圖3位 簡 易 數(shù) 字 測 頻 儀 利 用 單 穩(wěn) 態(tài) 電 路 產(chǎn) 生 1s的 暫 穩(wěn) 態(tài) 。 本 例 中采 用 555定 時(shí) 器 構(gòu) 成 的 單 穩(wěn) 態(tài) 電 路 產(chǎn) 生 秒 脈 沖 ， 具 體 電 路 如 圖5.1.17所 示 。2.電 路 分 析測 頻 儀 電 路 由 取 樣 電 路 、 門 檻 電 路 、 計(jì) 數(shù) 譯 碼 電 路 、 顯 示 電路 構(gòu) 成 。 (1)由 IC1(NE555)、 R1、 RP1、 C1等 構(gòu) 成 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 ， 其 工作 原 理 見 本 教 材 任 務(wù) 三 ， 暫 穩(wěn) 態(tài) 維 持 時(shí) 間 為

47、 ls； R4、 R5、 C4、 VD1等 構(gòu) 成 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 電 路 ， 靜 態(tài) 時(shí) 按 鈕 開 關(guān) 處 于 斷 開 狀態(tài) ， 5V電 源 經(jīng) 過 R5， 使 VD1導(dǎo) 通 ， R5與 R2串 聯(lián) 分 壓 ， 由 于 R2遠(yuǎn)大 于 R5， 使 IC1的 2腳 為 高 電 平 ， 電 路 處 于 穩(wěn) 態(tài) ， 輸 出 為 0；當(dāng) 按 下 按 鈕 開 關(guān) ， 由 于 電 容 C4的 電 壓 不 能 突 變 ， VD1陽 極電 位 下 降 為 零 ， VD1截 止 ， 使 IC1的 2腳 為 低 電 平 ， 電 路進(jìn) 入 暫 穩(wěn) 態(tài) ， 輸 出 為 l， 同 時(shí) 由 于 R5、 C4的 充

48、電 時(shí) 間 常 數(shù) 很小 ， VD1陽 極 電 位 很 快 變 為 高 電 平 ， VD1重 新 導(dǎo) 通 ， 使 恢 復(fù)為 高 電 平 ； 電 路 進(jìn) 入 暫 穩(wěn) 態(tài) 后 ， 其 維 持 時(shí) 間 由 R1、 RP1、 C1決 定 ，調(diào) 整 RP1使 維 持 時(shí) 間 為 1s。 TR TRTR (2)IC2a、 R10構(gòu) 成 門 檻 電 路 ， 當(dāng) 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 處 于 穩(wěn) 態(tài) 時(shí) ， IC1的 3腳 輸 出 低 電 平 ， 門 檻 關(guān) 閉 ， 被 測 信 號 不 能 送 進(jìn) 計(jì) 數(shù) 器 計(jì) 數(shù) ；當(dāng) 按 下 按 鈕 S1， 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 處 于 暫 穩(wěn) 態(tài) 時(shí) ， IC1的

49、 3腳 輸 出 高電 平 ， 門 檻 打 開 ， 計(jì) 數(shù) 器 開 始 對 被 測 信 號 計(jì) 數(shù) ， 計(jì) 數(shù) 時(shí) 間 為 1s。 (3)IC3、 IC4、 IC5構(gòu) 成 計(jì) 數(shù) 譯 碼 電 路 ， 3塊 集 成 計(jì) 數(shù) 譯 碼 驅(qū) 動電 路 構(gòu) 成 3位 十 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 。 每 一 次 重 新 計(jì) 數(shù) 之 前 必 須 將 計(jì) 數(shù) 器清 零 ， 本 電 路 由 C3、 R6構(gòu) 成 的 微 分 電 路 完 成 自 動 清 零 功 能 。(4)LED數(shù) 碼 管 與 R7、 R8、 R9構(gòu) 成 顯 示 電 路 圖 5.1.17 3位 測 頻 儀 電 路 圖 二、電路元器件參數(shù)及功能測 頻 儀

50、元 器 件 參 數(shù) 及 功 能 見 表 5.1.9 表 5.1.9 測 頻 儀 元 器 件 參 數(shù) 及 功 能序 號 元 器 件 代 號 名 稱 型 號 及 參 數(shù) 功 能1 IC1 555定 時(shí) 器 NE555N 構(gòu) 成 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器2 R1 碳 膜 電 阻 1/8W-5.1K 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 定 時(shí)3 RP1 定 位 器 精 密 -1/4W-10K4 C1 電 容 器 電 解 電 容 -50V-100 F5 C2 電 容 器 瓷 介 -104 去 耦 電 容6 R3 碳 膜 電 阻 1/8W-1K 測 試 指 示 燈7 LED1 發(fā) 光 二 極 管 3紅 高 亮8 R2

51、碳 膜 電 阻 1/8W-47 K 低 電 平 觸 發(fā) 電 路9 R4、 R5 碳 膜 電 阻 1/8W-4.7 K10 VD1 開 關(guān) 二 極 管 1N414811 C4 電 容 器 瓷 介 -10412 S1 按 鈕 開 關(guān) 6.3 6.313 C3 電 容 器 瓷 介 -104 微 分 電 路 ， 自 動 清 零14 R6 碳 膜 電 阻 1/8W-10 K15 IC2 四 2輸 入 與 非 門 CC4011 門 檻 電 路16 R10 碳 膜 電 阻 1/8W-10 K 抗 干 擾 ， 避 免 輸 入 端 懸 空17 IC3、 IC4、 IC5 計(jì) 數(shù) 譯 碼 器 CC40110 計(jì)

52、數(shù) ， 譯 碼 ， 鎖 存 ， 驅(qū) 動18 LED1 LED3 數(shù) 碼 管 ULS-5101AS 數(shù) 據(jù) 顯 示19 R7、 R8、 R9 碳 膜 電 阻 1/8W-300 限 流 ， 保 護(hù) 數(shù) 碼 管 子 情 境 2 計(jì) 數(shù) 電 路 的 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 ： 根據(jù) 下 列 給定 電 路 的結(jié) 構(gòu) 和 參數(shù) ， 制 作一 個(gè) 數(shù) 字頻 率 計(jì) 圖 5.2.1 要 求 : 1.熟 悉 BS202、 74LS48、 74LS273、 74LS90、74LS123、 555施 密 特 觸 發(fā) 器 等 芯 片 的 作 用 2.設(shè) 計(jì) 電 路 安 裝 印 制 板 3.根 據(jù) 電 路 要 求 進(jìn) 行 元

53、器 件 篩 選 4.進(jìn) 行 電 路 元 器 件 安 裝 5.進(jìn) 行 電 路 參 數(shù) 測 試 與 調(diào) 整 6.撰 寫 電 路 制 作 報(bào) 告 任 務(wù) 目 標(biāo)專 業(yè) 知 識 1. 時(shí) 序 電 路 與 組 合 邏 輯 電 路 的 區(qū) 別 與 時(shí) 序 電 路 的 表示 方 法2. 集 成 計(jì) 數(shù) 器 、 集 成 寄 存 器 的 邏 輯 功 能3. 時(shí) 序 圖 、 狀 態(tài) 圖 的 應(yīng) 用 與 分 析 1. 數(shù) 字 集 成 電 路 資 料 查 閱 、 識 別 、 測 試 與選 取 方 法2. 集 成 時(shí) 序 邏 輯 電 路 的 安 裝 、 調(diào) 試 與 檢 修 專 業(yè) 技 能 1.勾 通 能 力 及 團(tuán) 隊(duì)

54、 協(xié) 作 精 神2.良 好 的 職 業(yè) 道 德3.質(zhì) 量 、 成 本 、 安 全 、 環(huán) 保 意 識 職 業(yè) 素 養(yǎng) 任 務(wù) 資 訊 （ 一 ） 測 頻 的 基 本 原 理數(shù) 字 頻 率 計(jì) 是 直 接 用 十 進(jìn) 制 數(shù) 字 來 顯 示 被 測 信 號 頻 率 的 一 種 測 量 裝置 。 它 不 僅 可 以 測 量 正 弦 波 、 方 波 、 三 角 波 和 尖 脈 沖 信 號 的 頻 率 ，而 且 還 可 以 測 量 它 們 的 周 期 。 數(shù) 字 頻 率 計(jì) 在 測 量 其 他 物 理 量 如 轉(zhuǎn) 速、 振 動 頻 率 等 方 面 獲 得 廣 泛 應(yīng) 用 。 所 謂 “ 頻 率 ” ，

55、 就 是 周 期 性 信 號 在單 位 時(shí) 間 內(nèi) 變 化 的 次 數(shù) 。 若 在 一 定 時(shí) 間 間 隔 T內(nèi) 測 得 這 個(gè) 周 期 性 信 號的 重 復(fù) 變 化 次 數(shù) N， 則 其 頻 率 可 表 示 為 ： f=N/T 數(shù) 字 頻 率 計(jì) 測 頻 率 時(shí) 的 原 理 框 圖 如 圖 5.2.2所 示 。 其 中 脈沖 形 成 電 路 的 作 用 是 ： 將 被 測 信 號 變 成 脈 沖 信 號 ， 其 重復(fù) 頻 率 等 于 被 測 頻 率 f 。 各 點(diǎn) 的 波 形 如 圖 5.2.3所 示 。 圖 5.2.2 圖 5.2.3 （ 二 ） 數(shù) 字 頻 率 計(jì) 的 電 路 1 頻 率

56、 計(jì) 的 基 本 組 成 圖 5.2.4 2 邏 輯 控 制 電 路 如 圖 5.2.5所 示 為 數(shù) 字 頻 率 計(jì) 工 作 時(shí) 序 波 形 圖 5.2.5 這 兩 個(gè) 脈 沖 信 號 和 由 74LSl23可 重 觸 發(fā) 雙 單 穩(wěn) 多 諧 振蕩 器 產(chǎn) 生 ， 74LS123內(nèi) 部 有 兩 個(gè) 完 全 獨(dú) 立 的 單 穩(wěn) 觸 發(fā) 器 ，其 電 路 如 圖 5.2.6所 示 ， 其 引 腳 如 圖 5.2.7所 示 。 圖 5.2.6 圖 5.2.7 3 鎖 存 器 鎖 存 器 的 作 用 是 將 計(jì) 數(shù) 器 在 1s結(jié) 束 時(shí) 的 計(jì) 數(shù) 值 進(jìn) 行 鎖存 ， 使 顯 示 器 上 獲 得

57、 穩(wěn) 定 的 測 量 值 。 因 為 計(jì) 數(shù) 器 在 1s內(nèi) 要 計(jì) 成 千 上 萬 個(gè) 輸 入 脈 沖 ， 若 不 加 鎖 存 器 ， 顯 示 器上 的 數(shù) 字 將 隨 計(jì) 數(shù) 器 的 輸 出 而 變 化 ， 不 便 于 讀 數(shù) 。 如圖 5.2.5所 示 ， 1s的 計(jì) 數(shù) 時(shí) 間 結(jié) 束 時(shí) ， 邏 輯 控 制 電 路 發(fā)出 鎖 存 信 號 ， 將 計(jì) 數(shù) 器 此 時(shí) 的 值 送 譯 碼 顯 示 器 ， 因此 顯 示 器 的 數(shù) 字 是 穩(wěn) 定 的 。 選 用 8D鎖 存 器 74LS273可 以 完 成 上 述 鎖 存 功 能 。74LS273的 引 腳 圖 見 圖 5.2.8所 示

58、。 圖 5.2.8 圖 5.2.9為 采 用 2片 74LS273構(gòu) 成 的 16位 二 進(jìn) 制 數(shù)的 輸 出 鎖 存 器 連 接 電 路 。圖 5.2.9 4 脈 沖 形 成 電 路 脈 沖 形 成 電 路 的 作 用 是 將 輸 入 的 周 期 性 信 號 如 正 弦 波 、三 角 波 或 者 其 他 呈 周 期 性 變 化 的 波 形 變 換 成 脈 沖 波 ，其 周 期 不 變 。 本 實(shí) 習(xí) 采 用 集 成 電 路 555構(gòu) 成 的 施 密 特 觸發(fā) 器 ， 電 路 如 圖 5.2.10所 示 ， 引 腳 排 列 如 圖 5.2.11所 示 。圖 5.2.10 圖 5.2.11 5

59、閘 門 電 路 閘 門 電 路 的 作 用 是 控 制 計(jì) 數(shù) 器 的 輸 入 脈 沖 。 當(dāng) 標(biāo) 準(zhǔn) 時(shí)間 信 號 (1s正 脈 沖 )來 到 時(shí) ， 閘 門 開 通 ， 被 測 信 號 的 脈 沖通 過 閘 門 進(jìn) 入 計(jì) 數(shù) 器 計(jì) 數(shù) ； 當(dāng) 標(biāo) 準(zhǔn) 時(shí) 間 脈 沖 結(jié) 束 時(shí) (為低 電 平 時(shí) )閘 門 關(guān) 閉 ， 計(jì) 數(shù) 器 無 時(shí) 鐘 脈 沖 輸 入 。 可 見 閘門 電 路 的 邏 輯 功 能 可 以 由 一 個(gè) 與 非 門 來 完 成 ， 如 圖5.2.12所 示 。 圖 5.2.12 設(shè) 標(biāo) 準(zhǔn) 時(shí) 間 為 ls的 脈 沖 是 由 定 時(shí) 器 555構(gòu) 成 的 多諧 振

60、蕩 器 電 路 產(chǎn) 生 的 ， 若 取 振 蕩 器 的 頻 率 f0=1 (t1+t2)=0.8Hz， 則 振 蕩 器 的 輸 出 波 形 如 圖5.2.13所 示 (u。 )， 其 中 f， =1s， t2： =0.25s。 圖 5.2.13 6 數(shù) 字 頻 率 計(jì) 的 整 機(jī) 電 路 數(shù) 字 頻 率 計(jì) 的 整 機(jī) 電 路 如 圖 5.2.14所 示 。 電 路 的 工 作 過程 是 ： 接 通 電 源 后 ， 觸 發(fā) 手 動 復(fù) 位 開 關(guān) S， 計(jì) 數(shù) 器 清 零 。當(dāng) 標(biāo) 準(zhǔn) 時(shí) 間 秒 脈 沖 來 到 時(shí) ， 與 非 門 構(gòu) 成 的 閘 門 電 路 開 通 ，4片 74I$90組

61、成 的 計(jì) 數(shù) 器 開 始 計(jì) 數(shù) ， 最 大 計(jì) 數(shù) =9999，當(dāng) 標(biāo) 準(zhǔn) 時(shí) 間 秒 脈 沖 結(jié) 束 時(shí) ， 所 產(chǎn) 生 的 負(fù) 跳 變 觸 發(fā) 第 一 級單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 ， 使 Q， 輸 出 正 脈 沖 。 它 的 正 跳 變 作 為 鎖存 器 74LS273的 鎖 存 時(shí) 鐘 脈 沖 ， 使 鎖 存 器 的 輸 出 等 于 此時(shí) 計(jì) 數(shù) 器 的 值 。 它 的 負(fù) 跳 變 用 來 觸 發(fā) 第 二 級 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā)器 ， 使 Q2輸 出 一 個(gè) 負(fù) 脈 沖 ， 用 來 對 計(jì) 數(shù) 器 清 零 ， 從 而 完成 了 一 次 測 量 。 下 一 個(gè) 秒 脈 沖 來 到 時(shí) 又

62、 按 照 計(jì) 數(shù) 一 鎖 存一 復(fù) 位 的 過 程 完 成 第 二 次 測 量 。 如 此 周 而 復(fù) 始 ， 實(shí) 現(xiàn) 頻率 的 自 動 測 量 。 任 務(wù) 決 策 （ 一 ） 電 路 原 理 與 元 器 件 作 用1 工 作 任 務(wù) 電 路 整 體 結(jié) 構(gòu) 圖數(shù) 字 頻 率 計(jì) 電 路 整 體 結(jié) 構(gòu) 如 圖 5.2.14所 示 圖 5.2.14 2 電 路 分 析 該 電 路 由 BS202、 74LS48、 74LS273、 74LS90、74LS123、 555施 密 特 觸 發(fā) 器 等 芯 片 構(gòu) 成 的 鎖 存 電 路 、脈 沖 電 路 、 閘 門 電 路 組 成 。 （ 1） 7

63、4LS273： 鎖 存 器 的 作 用 是 將 計(jì) 數(shù) 器 在 1s結(jié) 束 時(shí)的 計(jì) 數(shù) 值 進(jìn) 行 鎖 存 ， 使 顯 示 器 上 獲 得 穩(wěn) 定 的 測 量 值 。 （ 2） 555施 密 特 觸 發(fā) 器 構(gòu) 成 的 脈 沖 形 成 電 路 的 作 用 是將 輸 入 的 周 期 性 信 號 如 正 弦 波 、 三 角 波 或 者 其 他 呈 周期 性 變 化 的 波 形 變 換 成 脈 沖 波 ， 其 周 期 不 變 。 （ 3） 閘 門 電 路 的 作 用 是 控 制 計(jì) 數(shù) 器 的 輸 入 脈 沖 。 （ 二 ） 電 路 元 器 件 參 數(shù) 及 功 能數(shù) 字 頻 率 計(jì) 電 路 中 元

64、 器 件 的 參 數(shù) 及 功 能 見 表 5.2.4。 任 務(wù) 實(shí) 施 1、 制 作 工 具 與 儀 器 設(shè) 備(1)電 路 焊 接 工 具 ： 電 烙 鐵 (20 35W)、 烙 鐵 架 、 焊 錫 絲 、 松 香 。(2)常 用 電 工 工 具 ： 剪 刀 、 剝 線 鉗 、 尖 嘴 鉗 、 平 口 鉗 、 螺 絲 刀 、套 筒 扳 手 、 鑷 子 、 電 鉆 。(3)測 試 儀 器 儀 表 ： 頻 率 計(jì) 、 信 號 發(fā) 生 器 、 數(shù) 字 示 波 器 。2、 電 路 裝 配 線 路 板 圖 設(shè) 計(jì) 說 明本 裝 配 線 路 板 圖 為 采 用 Protel 99設(shè) 計(jì) 軟 件 繪 制

65、， 是 從 元 器 件面 向 下 看 的 透 明 裝 配 線 路 板 圖 ， 在 裝 配 時(shí) 要 注 意 各 個(gè) 元 器 件 的方 向 ， 不 能 反 接 。（ 一 ） 電 路 裝 配 準(zhǔn) 備 （ 二 ） 整 機(jī) 裝 配 將 檢 驗(yàn) 合 格 的 元 器 件 安 裝 在 電 路 板 上 。 1.電 路 板 裝 配 步 驟 電 路 裝 配 遵 循 “ 先 低 后 高 、 先 內(nèi) 后 外 ” 的 原 則 。 2.電 路 裝 配 工 藝 要 求 (1)將 電 路 所 有 元 器 件 (零 部 件 )正 確 裝 入 到 印 制 板 相 應(yīng)位 置 上 ， 采 用 單 面 焊 接 方 法 ， 要 求 無 錯

66、 焊 、 漏 焊 、 虛焊 。 (2)元 器 件 (零 部 件 )距 印 制 板 高 度 H為 0 1 mm。 (3)元 器 件 (零 部 件 )引 腳 保 留 長 度 為 0.5 1.5 mm。 (4)元 器 件 面 相 應(yīng) 元 器 件 (零 部 件 )高 度 平 整 、 一 致 。 （ 三 ） 電 路 調(diào) 試 仔 細(xì) 檢 查 、 核 對 電 路 與 元 器 件 ， 確 認(rèn) 無 誤 后 加 入 規(guī) 定的 +5V直 流 電 壓 。 調(diào) 試 時(shí) 一 定 要 小 心 ， 通 電 前 觀 察 電 路 板 有 無 明 顯 的 故障 處 。 例 如 ， 元 器 件 的 短 路 、 損 壞 以 及 脫 落 ， 導(dǎo) 線 有無 搭 橋 、 斷 路 等 明 顯 故 障 。 通 電 后 ， 觀 察 電 路 有 無 異常 現(xiàn) 象 ， 如 冒 煙 、 發(fā) 熱 現(xiàn) 象 ， 一 旦 有 異 常 ， 應(yīng) 馬 上 關(guān)閉 電 源 。 （ 四 ） 故 障 分 析 與 排 除 很 多 電 子 初 學(xué) 者 在 電 路 出 現(xiàn) 故 障 時(shí) 手 足 無 措 ， 忙 得 一頭 大 汗 ， 翻 來 覆 去 找 不 到 問 題 所 在