【正文】 1．用 CMOS 門電路構(gòu)成振蕩器如 圖 112 所示。若取 C C2為 F， R R2為300Ω，則輸出為幾千赫至幾十千赫，用 R3進(jìn)行調(diào)節(jié)。 想一想 1．在 圖 16 所示多諧 振蕩器中，試說(shuō)明欲降低電路振蕩頻率有哪些方法。例如， 2 分頻器的輸出信號(hào)頻率是輸入信號(hào)頻率的 21 ， 8 分頻器的輸出信號(hào)頻率是輸入信號(hào)頻率的 81 。 表 21 1000 分頻器測(cè)試記錄 測(cè)試點(diǎn) 信號(hào)頻率 信號(hào)波形示意圖 A點(diǎn) B 點(diǎn) C 點(diǎn) 三個(gè)測(cè)試點(diǎn) 信號(hào)之間的關(guān)系 讀一讀 2 分頻信號(hào)有計(jì)數(shù)器的最低位輸出，其工作波形如 圖 23 所示。即io ff 100012 ? 。但用 D 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn) 3 分頻時(shí)，必須附加譯碼反饋電路，如 圖 26(b)所示的譯碼復(fù)位電路，強(qiáng)制計(jì)數(shù)狀態(tài)返回到初始全零狀態(tài)，就是用或非門電路把 Q2Q1=“ 11B”的狀態(tài)譯碼產(chǎn)生高電平復(fù)位脈沖，強(qiáng)迫觸發(fā)器 FF1 和觸發(fā)器 FF2 同時(shí)瞬間（在下一時(shí)鐘輸入 fi的脈沖到來(lái)之前）復(fù)零，于是 Q2Q1=“ 11B”狀態(tài)僅瞬間作為“毛刺”存在而不影響分頻的周期，這種“毛刺”僅在 Q1中存 在，實(shí)用中可能會(huì)造成錯(cuò)誤，應(yīng)當(dāng)附加時(shí)鐘同步電路或阻容低通濾波電路來(lái)濾除，或者僅使用 Q2作為輸出。 計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的組成 讀一讀 在數(shù)字鐘電路中， 有了時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號(hào)后，就可以根據(jù)“ 60秒為 1 分”、“ 60分為 1小時(shí)”、“ 24 小時(shí)為 1 天”的計(jì)數(shù)周期，分別組成。在關(guān) SW20501 的功能已在中前面的 中進(jìn)行了詳細(xì)介紹，這里也不再贅述。 —— 會(huì) 使 用 數(shù)據(jù)選擇器和分配器 。現(xiàn)在以“分計(jì)時(shí)器”的校時(shí)電路為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明它的校時(shí)原理，見(jiàn) 圖 41。反之，把一路信息逐個(gè)安排到各輸出端去，叫做數(shù)據(jù)分配。一般 24 線譯碼器可作為四路分配器， 38線譯碼器作為 8 路分配器， 416 線譯碼器作為 16 路分配器。 工作任務(wù) 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 的制作與調(diào)試。 讀一讀 數(shù)字鐘電路要求在 59 分 51秒、 53秒、 55秒、 57秒和 59秒時(shí)各鳴叫一次。QA2=1 。 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 的制作與調(diào)試 做一做 圖 52 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路接線圖 表 51 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 時(shí) 電路制作 元件清單 序號(hào) 品 名 型號(hào) /規(guī)格 數(shù)量 配件圖號(hào) 實(shí)測(cè)情況 1 數(shù)字集成電路 CC4011 1 U11 多功能數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 33 2 數(shù)字集成電路 CC4012 2 U1 U13 3 1/4W 電阻 1kΩ 1 R42 4 1/4W 電阻 51Ω 1 R43 5 三極管 8050 1 V1 6 揚(yáng)聲器 8Ω /2W 1 LS1 圖 53 整點(diǎn)報(bào)時(shí)測(cè)試電路接線圖 根據(jù) 圖 51 畫出 圖 52 所示的用 CC4011 和 CC4012構(gòu)成的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路接線圖，并在面包板（或印制板）上分別搭建 圖 52 所示整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 和 圖 53 所示的整點(diǎn)報(bào)時(shí)測(cè)試電路，并將兩電路對(duì)應(yīng)的 10 條導(dǎo)線相連接，測(cè)試并驗(yàn)證其整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（ 也可以用仿真軟件仿真）， 并將其功能測(cè)并填寫到 表 51 中。 看一看 根據(jù) 數(shù)字鐘 整機(jī)框圖和前面所學(xué)的模塊知識(shí)，將數(shù)字鐘的各個(gè)單元電路組合起來(lái)，構(gòu)成 圖61 所示的 數(shù)字鐘 整機(jī)邏輯電路圖。因?yàn)镃C4518內(nèi)含有兩個(gè)同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，圖 321內(nèi)所含有的四個(gè) 2輸入與非門，因此分別用一片 CC4518 和 CC4511 就夠了。 3．分頻電路的安裝和調(diào)試 按 圖 61 和 圖 21 電路在面包板（或印制板和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱）上連線。觀察計(jì)數(shù)器在 CP 信號(hào)的作用下，喇叭發(fā)出聲響的情況。 4．校時(shí)電路的安裝和調(diào)試 按 圖 61 圖和 451電路在面包板（或印制板和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱）上連線將電路輸出（門 5）接發(fā)光二極管。 按 圖 61 電路連 線，輸出可接發(fā)光二極管。 (注意：在原理圖繪制中，為了保證圖面整潔，一些地方的連接采用了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。 2．開(kāi)關(guān) 1～ 8 打到地對(duì)應(yīng)端為低電平，打到電阻接電源對(duì)應(yīng)端為高電平。 想一想 由 圖 51 所示的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 可以看出： Y5= 。因此，只 有秒個(gè)位的狀態(tài)發(fā)生變化， 而 其它計(jì)數(shù)器的狀態(tài)無(wú)須變化，所以可保持 QC4=QA4=QD3=QA3=QC2 =QA2=1不變。要求當(dāng)數(shù)字鐘的“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到 59 分 50秒（數(shù)字鐘 電路要求在離整點(diǎn)差 10秒 ） 時(shí)， 驅(qū)動(dòng)音響電路，在每隔 1秒音響電路鳴叫一次，每次叫聲的持續(xù)時(shí)間為 1 秒， 10秒鐘內(nèi)自動(dòng)發(fā)出五聲?shū)Q叫，前四次為低音 500Hz，最后一聲為高音 1000Hz，即“前四聲低，最后一聲高”，正好報(bào)整點(diǎn)。 3 線一 8 線譯碼器 CT74LS138 構(gòu)成的 8 路數(shù)據(jù)分配器 如 圖 46。 多功能 數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 28 如 圖 44 和 圖 45 所示， 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器是從四路數(shù)據(jù)中，選擇一路進(jìn)行傳輸。兩個(gè)信號(hào)中究竟選哪個(gè)送入由開(kāi)關(guān) K 控制，它的工作過(guò)程是如下： 當(dāng)開(kāi)關(guān) K 置“ B”端時(shí)，與非門 U15A 輸出低電平，與非門 U15B 輸出高電平。 工作任務(wù) 1．熟悉 校時(shí)電路 的組成原理。該電路由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器和譯碼顯示兩部分電路組成，有關(guān)這兩部分電路的知 識(shí)已分別在項(xiàng)目 P3和項(xiàng)目 P2 中作了詳細(xì)介紹在此不再贅述。 同時(shí) 要將“秒”、“分”、“時(shí)”的狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號(hào)，就需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)譯碼器進(jìn)行譯碼，并通過(guò)顯示器將其顯示出來(lái)，這實(shí)際上構(gòu)成了數(shù)字鐘電路中“秒”、“分”、“時(shí)”的三個(gè)計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。 多功能數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 19 (a) 用 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的 3 分頻器 (b) 用 D 觸發(fā)器構(gòu)成的 3 分頻器 圖 26 用 D 觸發(fā)器和 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的 3 分頻器 想一想 如何 用 計(jì)數(shù)器構(gòu)成 100 分頻器？試畫出其電路圖。 用于 N=2~4 分頻比的電路，常用雙 D觸發(fā)器或雙 JK觸發(fā)器器件來(lái)構(gòu)成，如 圖 25 所示。計(jì)數(shù)脈沖在上升沿有效，下降沿?zé)o效。電路有兩個(gè) CC4518 集成電路中的三個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)單元組成。 多功能數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 15 第 2 章 分頻電路 制作與調(diào)試 學(xué)習(xí)目標(biāo) —— 能 用 計(jì)數(shù)器構(gòu)成 分頻電路。由于 TTL 門功耗大于 CMOS 門，并且最低頻率因受輸入阻抗的影響，很難做到幾赫，一般不適合低頻段工作。 圖112 (b)中增加了補(bǔ)償電阻 Rs，從而減少了電源變化對(duì)振蕩頻率的影響，一般取 RS為 10R， 則震蕩周期 T=（ ～ ） RC 。在圖 226 中 CCCCCCTTT VVVVVV 313132 ?????? ?? 。此后， ui上升到 VCC，然后再降低，但在未到達(dá) VCC/3 以前， uo1＝ uo＝ 0 的狀態(tài)不會(huì)改變。雖然此時(shí)觸發(fā)脈沖已消失，比較器 C2的輸出變?yōu)?1，但充電繼續(xù)進(jìn)行，直到 uc 上升到CCV32時(shí)，比較器 C1輸出為 0，將觸發(fā)器置 0，電路輸出 uo＝ 0， T 導(dǎo)通， C 放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。 2．試估算揚(yáng) 聲器發(fā)出“叮咚”聲時(shí)， 555 定時(shí)器組成的振蕩器的振蕩頻率分別是 、 。斷開(kāi) S，調(diào)整電阻 R1的阻值，此時(shí)揚(yáng)聲器中發(fā)出 的聲音。 多功能 數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 8 2． 圖 12 (a)所示多諧振蕩器中，輸出 頻率 f 為 1kHz 和占空比 D 為 67%的方波，則必須選R44= kΩ， R45= kΩ， C1= 的元件。 多功能數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 7 uo 0 t t u c 0 圖 15 555 定時(shí)器構(gòu)成的 1kHz 秒脈沖多諧振蕩器波形圖 調(diào)整 R44，同時(shí)用頻率計(jì)觀 察輸出信號(hào) uo的頻率變化規(guī)律，并使 uo的頻率固定為 1kHz。 12345678U 185 55R 454 .7KR 442KRP 4 .7KC20 .01 uFC10 .1u FV C CO UT 圖 13 555 定時(shí)器構(gòu)成的 1kHz 秒脈沖多諧振蕩器原理圖 做一做 多功能 數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 6 根據(jù) 圖 13 的原理圖，畫出 圖 14 所示的接線圖，并在面包板上（或在印制板上）搭建實(shí)驗(yàn)電路，觀察 3 腳輸出電壓 uo和電容 C1兩端電壓 uc的波形（也可以用仿真軟件仿真）。 (4) 發(fā)光二極管 LED1 亮說(shuō)明輸出端 3 腳 UOUT輸出高電平用 UOH表示；發(fā)光二極管 LED1 多功能 數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 4 滅說(shuō)明輸出端 3 腳 UOUT輸出低電平用 UOL表示。 (a) 外引線排列圖 (b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 多功能數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 3 GND：接地端 TR ：低觸發(fā)端 OUT：輸出端 R ：復(fù)位端 CO：控制電壓端 TH：高 觸發(fā)端 D：放電端 VCC：電源端 圖 11 555 定時(shí)器外引線排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 做一做 按 圖 12 所示連接實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)試 555 定時(shí)器的輸入、輸出關(guān)系（ 也可以用仿真軟件進(jìn)行仿真）。 1．可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有 3 個(gè) 5kΩ的電阻分壓器，故稱 555。 —— 會(huì)用 555 定時(shí)器構(gòu)成 振蕩器。 6．寫出數(shù)字鐘電路的 安裝與 調(diào)試說(shuō)明，并按步驟進(jìn)行 仿真、制作與 調(diào)試。多功能數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 1 多功能 數(shù)字鐘 的 設(shè)計(jì) 與 仿真 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 數(shù)字鐘制作的具體要求如下： 1．能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能。 5．列出數(shù)字鐘電路的元器件明細(xì)清單。 譯碼顯示電路 時(shí) 計(jì)數(shù)器 分 計(jì)數(shù)器 秒 計(jì)數(shù)器 校 時(shí) 電 路 報(bào) 時(shí) 電 路 振 蕩 器 分 頻 器 圖 01 數(shù)字鐘整體框圖 多功能 數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 2 第一章 555 定時(shí)器 組成的振蕩器 學(xué)習(xí)目標(biāo) —— 能敘述 555 定時(shí)器 邏輯功能、管腳功能， 并能正確 使用 555 定時(shí)器 。 認(rèn)識(shí) 555 定時(shí)器 讀一讀 555 定時(shí)器 可以實(shí)現(xiàn) 模擬 和數(shù)字兩項(xiàng) 功能 。 看一看 555 定時(shí)器的 集成 電路 外形、引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖 11 所示。 (3) 調(diào)整可調(diào)電阻 RP1，控制 2 腳低觸發(fā)端 UTR的電壓，其值可有電壓表 1 讀??；調(diào)整可調(diào)電阻 RP2，控制 5 腳高觸發(fā)端 UTH的電壓，其值可有電壓表 2 讀取。 表 13 555 定時(shí)器的輸入、輸出關(guān)系 R CO UTH UTR UOUT T 的狀態(tài) 0 0 * * UOL 導(dǎo)通 多功能數(shù)字鐘 制作與調(diào)試 5 1 0 CCV32? CCV31? UOL 導(dǎo)通 CCV32? CCV31? 不變 不變 * CCV31? UOH 截止 1 VCO COV21? UOL 導(dǎo)通 VCO COV21? UOL 不變 * COV21? 不變 截止 想一想 將前面 555 定時(shí)器的輸入、輸出關(guān)系測(cè)試記錄 表 11 和 表 12 與 表 13 進(jìn)行比較，可以看出555 定時(shí)器 5 腳的功能是什么？ 1kHz秒脈沖 多諧振蕩器 看一看 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 如 圖 13 所示。 用示波器觀察 3 腳輸出電壓 uo和電容 C1兩端電壓 uc的波形，并繪制到 圖 15 中。 振蕩頻率和占空比的估算 ： 1．電容 C 充電時(shí)間： 145441 )( CRRt P ?? 2．電容 C 放電時(shí)間： 1452 CRtP ? 3．電路諧振頻率 f 的估算： 振蕩周期為： 14544 )2( CRRT ?? 振蕩頻率為：1454414544 )2()2( 11 CRRCRRTf ????? 4．占空比 D：4544454414544145441 2)2( )( RR RRCRR CRRTtD p ??????? 想一想 1． 圖 12 (a)所示多諧 振 蕩器中， R44=15kΩ， R45=10kΩ， C1=， VCC=9V，估算 振 蕩