《电子技术基础（第二版）》课件 课题7、8　计数器及其应用电路的装配与调试；555 定时器及其应用电路的装配与调试

计数器及其应用电路的装配与调试课题七431432任务1

计数、译码、显示电路的装配与调试任务2

十字路口交通灯控制电路的装配与调试任务1

计数、译码、显示电路的装配与调试433学习目标1.了解计数器的功能与分类。2.熟悉二—十进制编码、同步十进制计数器和异步十进制计数器。3.熟悉集成计数器和利用集成计数器构成

N

进制计数器的方法。4.能正确完成计数、译码、显示电路的装配与调试，并能独立排除调试过程中出现的故障。434任务引入计数、译码、显示电路是由计数器、译码器和显示器三部分电路组成的逻辑电路。如图所示为计数、译码、显示电路的原理图，其焊接装配实物图如图所示。435计数、译码、显示电路的原理图本任务的主要内容为：根据给定的技术指标，按照电路原理图装配并调试计数、译码、显示电路，同时独立解决调试过程中出现的故障。436计数、

译码、

显示电路的焊接装配实物图一、计数器的功能与分类1.计数器的功能计数器是由触发器和门电路组成的一种时序电路，其基本功能是计算输入脉冲的个数，还可以用于定时、分频、信号产生、逻辑控制等，是数字电路中不可缺少的逻辑部件。相关知识4372.计数器的分类（1）根据触发器状态分类根据计数器中各个触发器状态改变的先后次序不同，计数器可分为同步计数器和异步计数器两大类。（2）根据进位数制分类根据进位数制的不同，计数器可分为二进制计数器、十进制计数器和

N

进制（即任意进制）计数器。（3）根据数值的增减分类根据计数器中数值增减情况的不同，计数器可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。438439二、十进制计数器1.二－十进制编码在数字电路中，十进制数是用二进制代码表示的。表示十进制数字0~9的二进制代码称为二—十进制码或BCD码。十进制数字0~9需用4位二进制代码表示，4位二进制代码共有16种状态，可用其中的任意10种状态表示十进制数字0~9。2.同步十进制计数器（1）同步十进制加法计数器1）电路组成按照十进制加法运算规律递增计数的计数器称为十进制加法计数器。十进制计数器每位有0~9十个数字，即每位应有10种状态，所以十进制计数器每位应由4个触发器构成。4402）工作原理开始计数前，假设4个触发器的初始状态为0000，即电路从0开始计数。由图可知，触发器F1

的同步输入信号

J1=K1=1（因为对应端子处于悬空状态），所以F1

工作在计数状态，每来一个计数脉冲，触发器的状态就改变一次。441同步十进制加法计数器当第二个计数脉冲到来时，F1

的输出状态由1翻转为0。当第二个计数脉冲到来时，触发器F3

、F4

保持输出为0不变。这样，第二个计数脉冲到来后，4个触发器的状态就由0001翻转成0010，计数器就记忆了两个输入计数脉冲。

如此进行下去，输入九个计数脉冲后，4个触发器的输出状态为1001。第十个计数脉冲到来后，触发器F2

、F3

、F4

的输出状态也都为0，即4个触发器的输出状态由1001翻转成0000，同时进位输出端

C

由1翻转成0，输出一个进位脉冲。442443同步十进制加法计数器的状态表同步十进制加法计数器的状态表见下表。444同步十进制加法计数器的状态表（2）同步十进制减法计数器1）电路组成按照十进制减法运算规律递减计数的计数器称为十进制减法计数器。图所示是由4个JK触发器和借位门组成的同步十进制减法计数器，CP

是计数脉冲，B

是向高位输出的借位信号。445同步十进制减法计数器2）工作原理同步十进制减法计数器电路的工作原理比较简单，分析方法与同步十进制加法计数器相同，读者可自行分析，电路的状态表见下表。446同步十进制减法计数器的状态表447同步十进制减法计数器的状态表3.异步十进制计数器（1）异步十进制加法计数器1）电路组成如图所示是由4个JK触发器和两个进位门组成的异步十进制加法计数器，CP

是计数脉冲，C

是向高位输出的进位信号。448异步十进制加法计数器4492）工作原理假设计数器从零开始计数，即

Q4=Q3=Q2=Q1=0，因此，

为1。计数器从0000起，到0111止，触发器F1

、F2

、F3

的同步输入信号

J=K=1，所以触发器F1

、F2

、F3

都工作在计数状态，每当满足时钟条件时，触发器状态就发生改变。计数器的状态恢复为0000，同时由进位端

C

向高一位输出一个下降沿进位脉冲，其状态表与同步十进制加法计数器相同。（2）异步十进制减法计数器1）电路组成如图所示是由4个JK触发器和两个借位门组成的异步十进制减法计数器，CP

是计数脉冲，B

是向高位输出的借位信号。450异步十进制减法计数器4512）工作原理异步十进制减法计数器工作原理的分析方法与异步十进制加法计数器相同，读者可自行分析。异步十进制减法计数器与异步十进制加法计数器的不同之处在于，异步十进制减法计数器的借位信号是从

端输出的，而异步十进制加法计数器的进位信号则是从

Q

端输出的。由以上分析可知，当需要接成多位异步十进制计数器时，只要将低位的进位或借位端接到高位的时钟控制端即可。452三、集成计数器1.同步十进制计数器74LS19274LS192计数器的引脚排列如图所示。74LS192是一个时钟脉冲上升沿触发的同步十进制可逆计数器。该计数器既可以进行加法计数，也可以进行减法计数。74LS192计数器的引脚排列453（1）74LS192计数器的功能表74LS192计数器的功能表见下表，其功能特点如下：74LS192计数器的功能表1）置0。2）预置数码。3）加法计数和减法计数。4）进位输出。5）借位输出。

454455（2）计数器的级联将多个74LS192计数器级联可以构成高位计数器。用两个74LS192计数器可以组成100进制计数器，如图所示，其工作原理如下：

两个74LS192计数器组成的100进制计数器4562.异步十进制计数器74LS29074LS290是二—五—十进制计数器，其逻辑电路如图所示，引脚排列如图所示。如下图中F0

构成二进制计数器，F1

、F2

、F3

构成异步五进制加法计数器。74LS290计数器逻辑电路45774LS290计数器的引脚排列458四、利用集成计数器构成的

N进制计数器N

进制计数器是指除二进制和十进制计数器以外的其他任意进制计数器。五进制计数器、二十进制计数器、三十进制计数器、六十进制计数器等都属于

N

进制计数器。N

进制计数器可利用已有的集成计数器并采用反馈归零法获得。这种方法是，当计数器计数到某一数值时，由电路产生复位脉冲，加到计数器各个触发器的异步清零端，使计数器复位。459利用十进制计数器74LS160并采用反馈归零法构成的六进制计数器如图所示。六进制计数器460其中，同步十进制加法计数器74LS160的功能表和引脚功能说明见下表。74LS160计数器的功能表和引脚功能说明任务2

十字路口交通灯控制电路的装配与调试461学习目标1.了解十字路口交通灯控制电路的工作原理。2.了解十字路口交通灯控制电路各组成部分的工作原理。3.能正确完成十字路口交通灯控制电路的装配与调试，并能独立排除调试过程中出现的故障。462任务引入有一个主干道和支干道的十字路口如图所示。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行；绿灯即将变为红灯时，要求黄灯先亮5s。因主干道车辆多，所以允许通车时间较长，设为30s；支干道车辆较少，允许通车时间设为20s。主干道和支干道按规定时间交替通行，十字路口交通灯控制电路原理图如图所示。463十字路口464十字路口交通灯控制电路原理图本任务的主要内容为：根据给定的技术指标，按照原理图装配并调试十字路口交通灯控制电路，同时独立解决调试过程中出现的故障。一、十字路口交通灯控制电路的工作原理十字路口交通灯控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、译码驱动电路和信号灯组成，其自动控制原理框图如图所示。相关知识465十字路口交通灯控制电路自动控制原理框图1.时钟信号发生器时钟信号发生器的主要作用是产生稳定的秒脉冲（f=1Hz）信号，以确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。2.计数器计数器的主要作用是按要求累计秒脉冲的数目，完成计时任务，并向主控制器发出相应的定时信号，以控制主、支干道通车时间。4663.主控制器主控制器的主要作用是根据计数器送来的信号，保持或改变电路的状态，以实现对主、支干道车辆运行状态的控制。4.译码驱动电路译码驱动电路的作用是根据主控制器所处的状态进行译码，再驱动相应的信号灯，指挥主、支干道车辆的通行。由于十字路口车辆运行情况有4种可能：主干道通行，支干道不通行；主干道停车，支干道不通行；主干道不通行，支干道通行；主干道不通行，支干道停车。所以，主控制器应有4种状态，分别设为

S1

、S2

、S3

、S4

。467二、30s、20s、5s计数器根据主干道和支干道通车时间以及黄灯切换时间的要求，十字路口交通灯控制电路分别需要30s、20s和5s计数器。这些计数器除需要秒脉冲作为时钟信号外，还应受主控制器的控制。30s、20s计数器由两个74LS290集成计数器组成，5s计数器由一个74LS290集成计数器组成，并以

f=1Hz的秒信号作为时钟信号。当时，控制门打开，计数器开始计数，电路原理图如图所示。

46846930s计数器电路原理图三、译码驱动电路主控制器的4种状态分别控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。令灯亮为1，灯灭为0，则十字路口交通灯译码驱动电路的真值表见下表。470十字路口交通灯译码驱动电路的真值表471十字路口交通灯译码驱动电路的真值表由真值表可分别写出主、支干道各个信号灯状态的逻辑表达式为：472译码驱动电路的逻辑图如图所示。473译码驱动电路的逻辑图474四、时钟信号发生器本任务中的时钟信号发生器为秒脉冲信号发生器，采用RC环形多谐振荡器，其电路原理图如图所示。秒脉冲发生器电路原理图五、主控制器主控制器是电路的控制中心，它根据计数器送来的信号保持或改变电路的状态，以实现对主、支干道车辆运行状态的控制，其电路原理图如图所示。475主控制器电路原理图555定时器及其应用电路的装配与调试课题八476477任务1

555定时器构成施密特触发器的

装配与调试任务2

555定时器构成单稳态触发器的

装配与调试任务3

555定时器构成流水灯控制电路的

装配与调试任务1555定时器构成施密特触发器的装配与调试478学习目标1.掌握555定时器的组成和功能。2.掌握由555定时器构成的施密特触发器的工作原理和应用。3.能正确完成由555定时器构成的施密特触发器的装配与调试，并能独立排除调试过程中出现的故障。479任务引入555定时器成本低、性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以构成多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。如图所示为由555定时器构成的施密特触发器的电路原理图，其焊接装配实物图如图所示。480

由555定时器构成的施密特触发器的电路原理图本任务的主要内容为：根据给定的技术指标，按照电路原理图装配并调试由555定时器构成的施密特触发器电路，同时能独立解决调试过程中出现的故障。481由555定时器构成的施密特触发器的焊接装配实物图一、555定时器的组成与功能555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路。由于它具有使用灵活、性能优越、价格低廉等优点，因此在波形产生与变换、测量与控制等许多领域都得到了广泛的应用。555定时器的外形、内部电路结构和外部引脚如图所示，其内部包括两个电压比较器、一个基本RS触发器、一个三极管、一个输出缓冲器以及一个由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器。相关知识482483555定时器a）外形b）内部电路结构c）外部引脚上图b中，比较器C1的输入端

u6（接引脚6）称为阈值输入端，手册上用TH标注；比较器C2的输入端

u2（接引脚2）称为触发输入端，手册上用

标注。C1和C2的参考电压（电压比较的基准电压）UR1

和

UR2

由电源电压

VCC

经三个5kΩ的电阻分压得到。当控制电压端CO

悬空时，；若

CO

端外接固定电压，则

UR1=UCO，。改变控制电压

UCO，就可改变C1、C2的参考电压。

为复位端，只要在

端加入低电平，输出就为低电平，平时

处于高电平。484定时器的主要功能取决于两个比较器对RS触发器和三极管状态的控制。1.当

时，比较器C1输出为0，C2输出为1，基本RS触发器被置0，三极管V导通，

uo

输出为低电平。2.当

时，比较器C1输出为1，C2输出为0，基本RS触发器被置1，三极管V截止，uo

输出为高电平。3.当

时，比较器C1和C2输出均为1，基本RS触发器的状态保持不变，三极管V和

uo

输出状态也维持不变。485因此，可以归纳出555定时器的功能表，见下表。486555定时器的功能表487二、555定时器构成的施密特触发器1.施密特触发器的工作原理由555定时器构成的施密特触发器的电路原理图如图所示。

由555定时器构成的施密特触发器的输入和输出波形其工作过程如下：ui

从0开始增大，当

ui≤VCC

时，RS触发器置1，故

uo=UOH；当

VCC<ui<VCC时，RS触发器状态保持不变，故

uo=UOH

保持不变；当

ui=VCC

时，RS触发器置0，uo从

UOH

变为

UOL，此时的

ui（VCC）称为上触发电平

U+

。ui

达到

U+

后继续增大，随后减小，在

ui

下降到

VCC

之前，由于RS触发器置0，故uo=UOL

不变；当

ui

下降到

VCC

时，RS触发器置1，这时电路发生翻转，uo

从

UOL

变为UOH，此时的

ui（VCC）称为下触发电平

U-。488从以上分析可以看出，在

ui

上升和下降的过程中，输出电压

uo

翻转时所对应的输入电压是不同的（分别为

U+

和

U-）。这是施密特触发器电路所具有的滞回特性，称为回差，回差电压ΔU=U+

-

U-=VCC

。改变

UCO（5脚）的电压值即可改变回差电压，一般

UCO越高，ΔU

越大，抗干扰能力越强，但灵敏度相应降低。4894902.施密特触发器的应用（1）波形变换可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。（2）脉冲整形将不规则的电压波形整形为矩形波。若适当增大回差电压，则可提高电路的抗干扰能力，脉冲整形波形如图所示。

脉冲整形a）顶部有干扰的输入信号波形b）回差电压较小的输出波形c）回差电压较大的输出波形（3）脉冲鉴幅如图所示是将一系列幅值不同的脉冲信号

ui

加到施密特触发器输入端时，其输入端和输出端的波形，只有幅值大于上触发电平

U+

的脉冲才能在输出端产生输出信号

uo

。因此，通过这一方法可以选出幅值大于

U+

的脉冲，即对脉冲幅值进行鉴别。491

脉冲鉴幅任务2555定时器构成单稳态触发器的装配与调试492学习目标1.掌握由555定时器构成的单稳态触发器的电路组成、工作原理和输出脉冲宽度。2.了解由555定时器构成的单稳态触发电路的应用。3.能正确完成由555定时器构成的单稳态触发器电路的装配与调试，并能独立排除调试过程中出现的故障。493任务引入由555定时器构成的单稳态触发器的电路原理图如图所示，其焊接装配实物图如图所示。494由555定时器构成的单稳态触发器的电路原理图由555定时器构成的单稳态触发器的焊接装配实物图本任务的主要内容为：根据给定的技术指标，按照电路原理图装配并调试由555定时器构成的单稳态触发器电路，同时能独立解决调试过程中出现的故障。495一、555定时器构成的单稳态触发器1.电路组成由555定时器组成的单稳态触发器的电路原理图如上图所示。其中，电容器、电阻器为外接定时元器件。触发信号

ui

加在低触发端（引脚2），5脚为控制端（平时不用），通过0.01μF滤波电容器接地。该电路是负脉冲触发。相关知识4962.工作原理（1）稳态触发信号没有到来之前，ui

为高电平。电源刚接通时，电路有一个暂态过程，即电源通过电阻R向电容C1充电，当

uC1

上升到

VCC

时，RS触发器置0，uo

为低电平，三极管V导通，因此电容C1又通过三极管V迅速放电，直到

uC1=0，电路进入稳态。之后，如果一直没有触发信号，电路就一直处于

uo

为低电平的稳定状态。497（2）暂稳态当外加触发信号

ui

的下降沿到来时，由于

ui<VCC

、uC1=0，RS触发器置1，所以

uo为高电平，三极管V截止，VCC

开始通过电阻R向电容C1充电。随着电容C1充电的进行，uC1

不断增大。触发负脉冲消失后，ui

回到高电平，当

ui>VCC

、uC1<VCC

时，RS触发器状态保持不变，因此，uo

一直保持高电平不变，电路维持在暂稳态。当

uC1≥VCC

时，RS触发器置0，电路输出

uo

为低电平，三极管V导通，暂稳态结束，电路将返回初始稳态。（3）恢复期三极管V导通后，电容C1通过V迅速放电，使

uC1=0，电路又恢复到稳态，当第二个触发信号到来时，又重复上述过程。498（3）

恢复期三极管V导通后,电容C1通过V迅速放电，使

uC1=0,电路又恢复到稳态，当第二个触发信号到来时，又重复上述过程。输出电压

uo

和电容C1两端电压

uC1

的工作波形如图所示。499

用555定时器构成的单稳态触发器的波形3.输出脉冲宽度tW输出脉冲宽度

tW

是指暂稳态的持续时间，其与电容C1的充电时间常数有关，即tW≈1.1RC1应该指出的是，如图所示电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求，它必须小于tW，当输入脉冲宽度大于

tW

时，应在输入端增加

Ri

Ci

微分电路。500二、由555定时器构成的单稳态触发电路的应用1.延时控制将输入信号延迟一定时间（一般为tW）后输出。2.定时控制产生一定宽度的脉冲信号。501任务3555定时器构成流水灯控制电路的装配与调试502学习目标1.555定时器构成的多谐振荡电路的工作原理。2.能正确识读由555定时器构成的流水灯电路的原理图、接线图和布置图。3.能按照工艺要求正确焊装由555定时器构成的流水灯电路。4.能熟练掌握由555定时器构成的流水灯电路的调试方法，并能独立排除调试过程中出现的故障。503任务引入555定时器可以控制流水灯电路，实现多功能流水灯显示。由555定时器构成的流水灯控制电路原理图如图所示，焊接装配实物图如图所示。504由555定时器构成的流水灯控制电路原理图505由555定时器构成的流水灯控制电路焊接装配实物图一、由555定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器是一种双稳态电路，接通电源后，无须外加信号就能自动产生矩形波。由于矩形波中含有各种谐波分量，所以称为多谐振荡器。1.电路组成多谐振荡器有多种电路形式，由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如图a所示，图中R1、R2、C1为外接定时元器件。相关知识506507由555定时器构成的多谐振荡器的电路图和波形图a）电路图b）波形图2.工作原理假设初始状态下

uC1=0，刚接通电源的瞬间，uC1<VCC，则电路输出为高电平，三极管截止，电路处于第一暂稳态；电源

VCC

通过R1、R2对C1充电，使