数字电子技术项目五

1、fTd华B0数肓taUATENG知识窩效传播图51流水彩灯控制电路框图K本项目需要完成华B0数肓知识扃效传播完成流水彩灯电路的设计。:-画出流水彩灯电路的逻辑图。:-完成流水彩灯电路的仿真调试。要完成流水彩灯电路的设计，需要多个 数字电路知识模块的综合应用，相应的知识 环节如图52所示。图52流水彩灯电路设计的知识环节知识窩效传播fTd华瞎数肓taUATENG知识窩效传播任务一仿真测试555电路的逻辑任务二仿真测试555电路的简单应用fTd华瞎数肓 taUATENG 知识窩效传播任务目标在数字电路系统中，常常需要用到各种脉冲波形，例如，时钟脉冲、控制过 程的定时信号等。这些脉冲波形的获取，通常

2、采用两种方法：一种是利用脉冲信 号发生器直接产生；另一种是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。集成555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路，该电路巧妙地将模拟 功能与逻辑功能结合在一起，具有使用灵活、方便的特点，只需外接少量 、 的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而在波形的产生与 变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛 厂* 的应用。集成555定时器的常见名称有555定时器、555时基电路、三五/I集成电路、555定时电路等。本任务就是通过仿真测试的方式，学习 /Jgd 555定时器的基本逻辑功能。I(1 )由三个阻值为5 kQ的电阻组成的分压器

3、。(2 )两个电压比较G和C2电压比较器如54所示。= 1；华B0数肓IIUATENG知识窩效传播卩0图54电压比较器(4 )放电三极管T及缓冲器G。华B0数肓IIUATENG知识窩效传播2.工作原理心复位心电源(a)原理图(b)电路符号91当5脚悬空时，比较器G和C2的比较电压分别为和*Ucc。当如V（：c比较器C输出低电平，G输出高电平，基本RS触发 器被置0,放电三极管T导通，输出端为低电平。91（2）当如 彳匕工5专Vcc时，比较器ci输出高电平，G输出低电平，基本RS触发21（3）当彳Vcc，%专匕:C时，比较器C.输出高电平，C2也输出高电平，即基本RS 触发器K = 1,S=1,

4、触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。9由丁阈值输入端（5）为高电平（ y Vrcc ）时9定时器输;U低电平9因此也将该端称为高 触发端（TH）O因为触发输入端（加）为低电平（C*V（：c）时，定时器输出高电平，因此也将该端称为低 触发端（TL）0如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0Vg之间几比较器的参考电压 将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的丁作状态。另外久）为复位输入端，当Rd为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出如为低 电平9即/心的控制级别最高正常T作时，一般应将其接高电平。K知识窩效传播综上所述，可得555定时器功能见表5-1 o输

5、入输出高触发端（TH）低触发端门L）复位（心）输出放电管XX00导通-|-Vcc-Vcc导通3310*Ucc11截止*”cc1不变不变表51555定时器功能表I （ /华時穀冃taUATENG二、555定时器构成单笔角塑fTd华瞎数肓 taUATENG 知识窩效传播单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳 状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态； 第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的 长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的 脉冲）、整形（把不规则的波形转换成

6、等宽、等幅的脉冲）以及延时（将 输入信号延迟一定的时间之后输出）等。1电路组成及工作原理图56用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形HiItTd华瞎数肓IIUATENG知识窩效传播华B0数肓知识窩效传播$3的饱和压降管脚7“接电容啓 更降至0V （放龟埶鬓华B0数肓IIUATENG知识窩效传播2.主要参数估算Otw =11RCT tw + tre即*周期的最小值几血应为tw + tre,即min tw + re华B0数肓IIUATENG知识高效传播因此，单稳态触发器的最高工作频率应为需要指出的是，在图5-6所示电路中，输入触发信号V,的脉冲宽度（低电平的保持时 间），必须小于电路输出的脉冲

7、宽度（暂稳态维持时间川），否则电路将不能正常工作。因 为当单稳态触发器被触发翻转到暂稳态后，如果3端的低电平一直保持不变，那么555定时 器的输出端将一直保持高电平不变。IIUATENG知识禹我传播触摸式定时控制开关数肓知识高效传播图5-7所示是触摸式定时开关控制电路，电路中利用555定 时器构成的单稳态触发器，只要用手触摸一下金属片P,由于 人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲 ,555输出端（管脚3）输出高电平，灯泡（&）发光，当暂无 态时间（tw）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该 摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。RlfTd华BO数肓 ta

8、UATENG 知识窩效传播ni斤厂22-3 1-315.01 pFO” 6(b)(a)图58用555集成电路构成的多谐振荡冒fTd华BO数肓 taUATENG 知识窩效传播2. 振荡频率的估算（1）电容充电时间。电容充电时.时间常数G=（R+RJC起始值J ） = y V；:-终 了值w（oo）=*c转换値5（刀）=专心。刀为从专V%充电到亏V&所需的时间庶大小为T=O7（&+RJC（2）电容放电时间T,o电容放电时时间常数t2 = C,起始M v （0 - ） = yVir,终了值1 2 13（oo） = 0.转换值VC（T2） = yV（Vo T2为从jVir放电到jVcc所需的时间旗大小

9、为T2=0. 7R2C（3）电路振荡周期TvT=T.+T2=0. 7（R+2RC（4）电路振荡频率/。1 亠 1.43/（尺+2&）C（5）输出波形占空比 输出波形占空比i=Tx/T.即脉冲宽度与脉冲周期之比。T.（1=T_ O7（R+R2）C _0. 7（Ri+2RQC_ R+R?R+2R.ZZ （fj 华睛数肓IIOATENG対祇爲交攵传播由于二极管的引导作用，电容C的充电时间常数放电时间常数t2=r2c0通 过与上面相同的分析计算过稈可得八=07RCT2=0.7R2C占空比歼予二為;=讦罟仏二諾忘只要改变电位器滑动端的位置 就可以方便地调V占空比5当R =念 时4 = 05就输出对称的矩

10、形波。（三）石英晶体多谐振荡器1石英晶体的选频特性石英晶体有两个谐振频率。当f二fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗 X=o；当f二fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷犬。二石英晶体的选频特性由晶体本身的特性决定，其值为fs-fp-fo（晶体 的标称频率）。T J石英晶体的选频特性极好，f十分稳定，其稳定度可达10-10-10 -Ho石英晶体的电抗频率特性和符号，如图5J0所示。J 二fTd华B0数肓 taUATENG 知识窩效传播电抗频率特性(b)符号图510石英晶体的电抗频率特性和符号fTd华B0数肓taUATENG知识窩效传播1）串联式振荡器图5-11所示电路中，&、“的作用是使两个反相

11、器在静态时都工作在转折区，成为具冇 很强放大能力的放大电路。对于TTL非门,常取K =R=072 kQ,若是CMOS门则常取R =R?=10100 MQ； C. = c2是耦合电容。2）并联式振荡器图5-12所示电路中用f是偏置电阻，保证在静态时使Gi T作转折区，构成一个反相放 大器。晶体工作在A与h之问，等效为一电感，与G、G共同构成电容三点式振荡电路。 电路的振荡频率为九。反相器G起整形缓冲作用同时G2还可以隔离负载对振荡电路T作的影响。Rf 10MS2双音门铃图5T 3是用多谐振荡器构成的电子双音门铃电路。当按钮开关AN按下时，开关闭合，Vcc经比向C3充电，P点（4脚）电位迅速 充至

12、V复位解除；由于6将R3旁路，Vs经比、R?向C充电，充电时间常数 为（R1+R2）C,放电时间常数为R2C,多谐振荡器产生高频振荡，喇叭发出高音当按钮开关AN松开时，开关断开，由于电容C3储存的电荷经R4放电要维 一段时间，在P点电位降至复位电平之前，电路将继续维持振荡；但此时Vcc 经R3、RP R2向C充电，充电时间常数增加为（R3+R1+R2）C,放电时间常数仍为 R2C,多谐振荡器产生低频振荡，喇叭发出低音。当电容C3持续放电，使P点电位降至555的复位电平以下时，多谐振荡器停 止振荡，喇叭停止发声。数肓知识窩效传播调节相关参数，可以改变高、低音发声频率以及低音维持时间。尺3 3.9

13、 kQ秒脉冲发生器CMOS石英晶体多谐振荡器产生仁32 768 Hz的基准信号， 经触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度 极高的秒信号。这种秒脉冲发生器可作为各种计时系统的基准 信号源，如图5T4所示。yL-案例2 / /数肓知识扃效传播一6Cl 7T32 768 Hz2 Hz1 Hz16 384 Hz 8 192 Hz图514秒脉冲发生器华BO数肓知识窩效传播(ffl华腾数肓IIUATENG知识扃效传播五、用555定时器构成的施密特触发器J1电路组成及工作原理84576555321(a)电路图a RdC(b)波形图图515 555定时器构成的施豎警华BO数肓知识窩效传播（1）当

14、s = 0 V时,输出高电平。29（2）当3上升到yVcc时 5 输出低电平。当3由专Hcc继续上升 5 保持不变。（3）当3下降到时，电路输出跳变为高电平。而且在3继续下降到（）V时，电路的这种状态不变。图5-15中眾、讥（：2构成另一输出端2 9其高电平可以通过改变V*2进行调节。2.电压滞回特性和主要参数图5-16所示为施密特触发器的电路符号和电压传输特性。（1）r.限阈值电压vT+o 3上升过程中，输出电压“由高电平匕旧跳变到低电平匕贮9时，所对应的输人电压值。VT = yVrco下限阈值电压Vt.s下降过程屮，由低电平匕儿跳变到高电平匕川时，所对应的输 人电压值。VT- = yVcc

15、0（3）回差电压V。回差电压又叫滞回电压，定义为Vt=Vt+ VT- =yVccfTd华瞎数肓IIUATENG知识窩效传播%)*l70L(a)电路符号扣j #cc cc 5(b)Hi压传输特,性图516施密特触发器的电路符号和电压传输特性、二二 亠:厂.亠一 j 汀y卑JI M馭 二匚 11CMOS集成施密特触发器A6/12A5A2Y3A4/3/4Yss(b)74LS146Y5Y(a)CC40106图517 CC40106和74LS14引理型翌fTd华B0数肓taUATENG知识窩效传播2. TTL集成施密特触发器图5-17(b)所示是TTL集成施密特触发器74LS14引脚功能图。 TTL施密

16、特触发与非门和缓冲器具有以下特点oT 1* two对于阈值电*onc输入信号边压和滞回电压均有沿的变化即使非常温度补偿。缓慢，电路也能正 常工作。1-带负载能力 和抗干扰能力都很 强。华瞒数肓IIUATENG知识窩效传播3. 施密特触发器的应用举例用作接口电路。将缓慢变化的输入信号，转换成为符合 1) TTL系统要求的脉冲波形，如图5T8所示。图518慢输入波形的TTL系统接口fTd华B0数肓 taUATENG 知识扃效传播用作整形电路。把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲 ,如图5T 9所示。华B0数肓知识窩效传播用于脉冲鉴幅。将幅值大于Vt+的脉冲选出，如图5-20所 示。儿一 jj 一5O路銅简单应用11任务目标由于555定时器功能强大，使用时外接电路简单，实际应用 中有很多包含有555定时器的应用电路，本任务仅举几个简单的 应用实例，介绍555定时器在实际应用中的使用。使用者可通过.这些实例举一反三，再多查些555定时器应用的例子，就能达到学以致用的目的。仁