任务九秒表电路的分析与制作-重庆科创职业学院.ppt

*,返节目录,电子电路分析与实践,电子电路分析与实践,秒表电路的分析与制作,任务九,任务提出,任务目标,相关知识,任务分析,任务制作,任务提出,下图为一个秒表电路，试分析其工作原理并制作该电路,任务目标,通过对秒表电路的分析与制作，理解和掌握,计数器、多谐振荡器的基本工作原理,，能按工艺要求独立进行电路装配、测试和调试，并能独立排除装配、调试过程中出现的简单故障。,相关知识,1,、,基本知识,(1),计数器,统计输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。,计数器的种类繁多，按计数长度可分为二进制、十进制及,N,进制计数器。按计数脉冲的引入方式可分为异步型和同步型计数器两类。按计数的增减趋势可分为加法、减法及可逆计数器。,无论哪种类型的计数器，其必须包含存储单元,(,这里通称计数单元,),，有时还增加一些组合逻辑门电路，其中存储单元是由触发器构成的。,二进制计数器,异步二进制加法计数器,所谓的异步是各个触发器的时钟不相同，在本电路中，,JK,触发器的,J,、,K,输入端均接高电平,(,图中未画出,),。,每输入一个计数脉冲，,F0,的状态翻转计数一次，而高位触发器是在其相邻的低位触发器从,1,态变为,0,态时进行翻转计数的。,计数脉冲,CP,序号,计数器状态,Q,2,Q,1,Q,0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,0 0 0,0 0 1,0 1 0,0 1 1,1 0 0,1 0 1,1 1 0,1 1 1,0 0 0,本电路每来一个计数脉冲，计数器的状态加,1,，所以它是一个异步,3,位二进制加法计数器。,另外，从波形图不难看出，该电路还具有分频功能,同步二进制加法计数器,所谓的同步，指的是各触发器的时钟相同,对于,F,0,触发器，每输入一个计数脉冲，其输出状态翻转一次；对于,F,1,触发器，只有当,F,0,为,1,态时，在下一个计数脉冲下降沿才进行状态的翻转；对于触发器,F,2,，只有在,F,0,、,F,1,全为,1,态时，在下一个计数脉冲下降沿到来才进行状态翻转。,对于,F,0,触发器，每输入一个计数脉冲，其输出状态翻转一次；对于,F,1,触发器，只有当,F,0,为,1,态时，在下一个计数脉冲下降沿才进行状态的翻转；对于触发器,F,2,，只有在,F,0,、,F,1,全为,1,态时，在下一个计数脉冲下降沿到来才进行状态翻转。,十进制计数器,十进制计数器是在二进制计数器的基础上得出的，用四位二进制数来代表十进制的每一位，所以也称为二,-,十进制计数器。,常用,8421BCD,编码方式，取四位二进制数前面的“,0000”“1001”,来表示十进制的,09,十个数码，去掉“,1010”“1111”,六个数。也就是计数器计到第九个脉冲时再来一个脉冲，即由“,1001”,变为“,0000”,。,第,8,个计数脉冲作用后，,F,3,由,0,态变为,1,态，同时,F,0,F,2,均由,1,态变为,0,态，因此计数器状态为,1000,。,假设计数器从,Q,3,Q,2,Q,1,Q,0,=0000,开始计数，经过,7,个计数脉冲后，计数器的状态从,0000,计到,0111,。这时，,J,3,=,Q,0,Q,1,Q,2,=1,，,K,3,=Q,0,=1,，为,F,3,由,0,态变为,1,态准备了条件。,当,F,3,状态为,0,时，,F,1,的输入取决于,Q,0,，这样由,F,0,F,2,构成一同步,3,位二进制加法计数器。,在第,10,个,CP,作用后，计数器又回到原始状态,0000,，这样，计数器便跳过,1010,1111,六个无效状态，实现了十进制的计数功能。,此时，除,F,0,外，因,Q,3,=0,加到,F,1,的,J,1,输入端，同时,J,2,=K,2,=0,、,J,3,=K,3,=0,，所以在第,9,个,CP,作用后，,F,1,F,3,状态均不变，计数器状态为,1001,，,J,3,=0,、,K,3,=1,。,第,8,个计数脉冲作用后，,F,3,由,0,态变为,1,态，同时,F,0,F,2,均由,1,态变为,0,态，因此计数器状态为,1000,。,计数脉冲,CP,序号,计数器状态,对应十,进制数,Q,3,Q,2,Q,1,Q,0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 1,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,0 1 1 1,1 0 0 0,1 0 0 1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,集成计数器,74LS160-74LS163,74LS160,74LS163,是一组可预置的同步计数器，在计数脉冲上升沿作用下进行加法计数。,功能,型号,进制,清零,预置数,74LS160,十进制,低电平异步,低电平同步,74LS161,二进制,低电平异步,低电平同步,74LS162,十进制,低电平同步,低电平同步,74LS163,二进制,低电平同步,低电平同步,预置并行数据输入,:,当预置控制端,LD=0,时，在,CP,上升沿作用下，将放置在预置并行输入端,(,D,0,D,3),的数据置入计数器，这种预置方式称为同步预置；当为高电平时，则禁止预置数。,清零,:,当清零端,R,为低电平时，不管,CP,如何，即可完成清零，这种清零方式称为异步清零,(74LS160,、,74LS161),；,R,若需在时钟脉冲上升沿作用下，才能完成清零功能，这种清零方式称为同步清零,(74LS162,、,74LS163),。,计数控制,：当,ET,和,EP,均为,1,时，在,CP,上升沿作用下完成计数；当,ET,或,EP,有一个或全为,0,时，则禁止计数。,进位，低电平有效,74LS163,和一个与非门组成的六进制计数器,74LS163,的级联电路,CD4518,CD4518,是二,-,十进制同步加法计数器，在其内部有,2,个完全相同的计数器,CP,CP,E,R,功能,0,X,1,X,1,X,0,X,0,0,0,0,0,0,1,加计数,加计数,不变,不变,不变,不变,清零,特点,：异步清零方式,(R=1,有效,),；有,2,个时钟输入端,CP,和,CP,E,，,CP,为,上升沿计数,(CP,E,=1),，,CP,E,为下降沿计数,(CP=0),。,CD4060,CD4060,为,14,位二进制串行计数,/,分频器和振荡器,两部分构成,，一是,14,级分频器，另一部分是振荡器。,14,级分频器实际上就是,14,位二进制串行计数器，从,Q,4,Q,10,及,Q,12,Q,14,管脚输出的分频系数为,2,4,2,10,及,2,12,2,14,。振荡器部分是通过外接电阻和电容构成,RC,振荡器，也可以通过外接晶体构成高精度的晶体振荡器。,CD4060,还有一清零端,R,，只要在,R,端上加一高电平或正脉冲，即可使计数器输出全部为,0,。,f,1/(2,R,T,C,T,),(2),多谐振荡器,门电路构成多谐振荡器,多谐振荡器的输出是在高、低电平之间不断进行翻转的信号，电路状态的翻转是利用电容,C,充放电来实现的,T,2.2,RC,可控型多谐振荡器,u,k,=1,振荡,u,k,=0,振荡,占空比和频率可调的多谐振荡器,电路中的,RP,1,用于调节占空比，当,RP,1,处于中间位置时，,C,的充放电时间常数基本相同，即第一、二暂稳态的持续时间相等，,q,=50%,；当,RP,1,处于左端时，,C,充电慢而放电快，,q50%,。,石英晶体多谐振荡器,G,1,、,G,2,首尾相接构成正反馈系统，电阻,R,的作用是使反相器工作在线性放大区。当接上电源,V,DD,后，在,G,2,输出,u,O,的噪声信号中，经过石英晶体只选出频率为,f,S,的正弦信号，经,G,1,、,G,2,线性反相正反馈放大后，,u,O,幅值达到最大，使正弦波削顶失真，近似方波输出，即形成多谐振荡器。电路的振荡频率,f,0,由晶振的,f,s,来决定，,C,2,用来微调振荡频率。,2,、,知识拓展,(1),单稳态触发器,特点,：电路有一个稳态和一个暂稳态；在外来触发信号作用下，电路由稳态跳变到暂稳态；暂稳态经过一段时间后会自动返回到稳态。暂稳态所处时间的长短取决于电路本身定时元件的参数。,稳态,：当,u,I,为高电平且,R,R,off,(,R,off,=0.9K),时，,G,2,门关闭，,u,O2,为高电平，,G,1,门由于输入全为,1,而打开，,u,O1,为低电平。此时，电路处于稳定状态。,加负触发脉冲电路翻转为暂稳态,：,t,=,t,1,时,u,I,产生负跳变，,u,O1,由低电平跳变为高电平，,u,R,产生同样的正跳变，,G,2,的输出,u,O2,从高电平变为低电平，这是一个强列正反馈过程，,结果使得电路迅速进入,G,1,门关闭、,G,2,门打开的暂稳状态。,自动返回稳态,：在暂稳态期间，,u,O1,经,C,、,R,到地不断对电容充电，使,u,R,下降，当,u,R,下降到,G,2,门的阈值电压时，电路将产生正反馈，,结果使得电路自动返回到,G,1,打开、,G,2,关闭的稳态。,恢复过程,：暂稳态结束后，电容,C,上已充有一定的电压，因此，需经,C,的放电过程，电容上的电压才能恢复到稳态时的数值，这一过程即为恢复过程恢复过程结束后，才允许输入下一个触发脉冲。,输出脉冲宽度,t,W,0.7,RC,恢复实间,t,re,t,re,=(3,5)RC,最高重复触发,频率,f,max,f,max,=1/,（,t,w,+t,re,）,(2),施密特触发器,特点,：它属于电平触发方式；施密特触发器对于变化方向不同的输入信号，具有不同的阈值电压。,任务分析,秒脉冲电路由,CD4060,、,CD4518,、石英晶体和阻容元件构成，产生,32768Hz,的脉冲，该脉冲经,CD4060,内部,14,级分频后，从,Q,14,端输出,2Hz,的脉冲，,2Hz,脉冲再经,CD4518,进行,2,分频后，即得,1Hz,标准秒脉冲，供计数器使用。,当,S,扳到,1,位置时，秒脉冲可加到计数器上，计数器能对秒脉冲进行计数；当,S,扳到位置,2,时，计数器无脉冲输入，计数器停止计数。,分、秒计数器分别由,2,片,74LS161,构成，均为,60,进制计数器，即显示,0059,。其中个位的,74LS161,通过反馈置,0,法连成,10,进制计数器，十位的,74LS161,连成,6,进制计数器，个位计数器通过与非门向十位计数器提供进位脉冲。,4,片,74LS48,构成,8421BCD,七段显示译码器，将各位计数器的计数值译成能驱动共阴极,LED,数码管,LC5011-11,的七段信号。,电路中的按钮开关,K,为清零开关，秒表正常计时时，,K,应断开，使,A,点为高电平；当需将秒表清零时，只需按一下按钮开关,K,，使各位,74LS161,的清零端,R,出现一个负脉冲即可。,任务制作,1,、,电子元器件的检测与筛选,(1),外观质量检查,应完整无损，各种型号、规格、标志应清晰、牢固，标志符号不能模糊不清或脱落。,(2),元器件的测试,用万用表检测电阻、电容、数码管；用,IC,测试仪检测,74LS00,、,74LS08,、,74LS48,、,74LS161,、,CD4060,和,CD4518,。,2,、,元器件和材料清单,序,号,名,称,型,号,数,量,3,、,电路的连接,本任务要求自己设计制作印制电路板，或利用单股绝缘导线在面包板或万能实验板上完成电路的连接。,4,、,电路检测与调试,(1),目视检验,电路连接完成后，首先不要通电，对照电路原理图或接线图逐个元件、逐条导线认真检查电路的连线是否正确、元件的引脚及导线的端头是否连接良好、布线是否符合要求等。,(2),通电检验,目视检验无误后，即可进行通电检测。将电路接通,+5V,电源，,S,打到位置,1,上，秒表应能正常计时。在计时过程中，若在某一时刻将,S,扳到位置,2,上，秒表应能立即停止计时，并显示当前的计时结果不变。若在某一时刻按下按钮开关,K,，计时应能立即清零。,