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单元单元 7 顺序脉冲发生器及其应用顺序脉冲发生器及其应用 7 1 基本理论基本理论 顺序脉冲发生器原理顺序脉冲发生器原理 在数控装置和数字计算机中 往往需要机器按照人们事先规定的顺序进行运算和操作 这 就要求控制电路不仅能正确的发出各种控制信号 而且要求这些控制信号在时间上有一定的先 后顺序 能完成这样功能的电路称为顺序脉冲发生器 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 U1A 74LS74 CLK 11 D 12 SD 10 CD 13 Q 9 Q 8 U1B 74LS74 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 U2A 74LS74 clock f 1khz A 1 B 2 C 3 E1 4 E2 5 E3 6 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 U3 74LS138 12 U1A 74LS04 34 U1B 74LS04 56 U1C 74LS04 89 U1D 74LS04 1011 U1E 74LS04 y0y1y2y3y4 F7 1 异步计数器构成顺序脉冲发生器 顺序脉冲发生器一般由计数器和译码器两部分组成 1 异步计数器构成的顺序脉冲发生器 图 F7 1 是异步计数器构成的顺序脉冲发生器 Y0 Q2 Q1 Q0 Y1 Q2 Q1 Q0 Y2 Q2 Q1 Q0 Y3 Q2 Q1 Q0 Y4 Q2 Q1 Q0 顺序脉冲发生器输出串脉冲 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 的周期由计数器的进制决定 控制执行机 构操作时间的长短由驱动计数器的时钟 CLK 脉冲的周期决定 由异步计数器构成的分配器有可能在输出端产生竞争冒险现象 在图 F7 1 的电路中 由于时 钟到来时 各触发器不是同时翻转 每当有两个以上的触发器翻转 就会产生冒险干扰 如当计数器从 001 变为 010 时 若触发器 UIA先翻转为 0 U2A后翻转为 1 那么将出现一个短 暂的 000 状态 Y0 将出现一个窄脉冲 这种冒险干扰脉冲 如不加以抑制或消除 就可能造 成误动作 Y4 Q2 Q1 Y3 Q0 Y2 23 Y0 184057 CLK 6 Y1 顺序脉冲发生器的时序图 要克服竞争冒险现象 通常的是改变计数器的电路形式 如采用环形计数器 扭环计数器 2 由扭环计数器构成的顺序脉冲发生器 图 F7 2 是数控插补器中的顺序脉冲发生器电路 在数控中做插补运算时 每走一步 都要进 行以下四个节拍 判别 进给 运算 判别 这四个节拍分别用 t1 t2 t3 t4 表示 其波形 图如下 根据时序图可以看出 有 11 个计数状态 需要六位扭环计数器 构成 11 进制计数器 clk 123 t4 4 t3 5 t2 6 t1 78910111213 插补器的时序图 其状态表如后表 插补器的顺序脉冲发生器状态表 CPQ0Q1Q2Q3Q4Q5T1T2T3T4逻辑表达式 00000000000 11000001000 T1 Q0 Q1 21100000100T2 Q1 Q2 311100000 0T3 Q2 Q4 CP 411110000 0 511111000 0 611111100 0 701111100 0 800111100 0 900011100 0 1000001100 0 110000010001 T4 Q4 Q5 121000001000 在图 F7 2 的电路中 M 11 进制的计数器用两片 74LS194 组成 六位扭环计数器的循环计数 脉冲个数为 12 因为只有 11 个状态 所以全零态不用 DSR 2 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 DSL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 U1 74LS194 DSR 2 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 DSL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 U2 74LS194 1 2 3 U3A 74LS00 12 U4A 74LS04 Q0 8 9 10 U5C 74LS08 1 2 3 U6A 74LS32 4 5 6 U5B 74LS08 1 2 3 U5A 74LS08 CLOCK Q5 t4 Q4 Q5t1 Q0 Q1 Q7Q3 R Q2 11 12 13 U5D 74LS08 t3 Q2 Q4 CPt2 Q1 Q2 12 U4A 74LS04 Q1Q4 56 U4C 74LS04 89 U4D 74LS04 F7 2 插补器用的顺序脉冲发生器 F7 3 是状态转换图 100000 F7 3 110000111000111100111110111111 Q0Q1Q2Q3Q4Q5 000001000011000111001111011111 根据状态表 应用观察法写出输出信号的逻辑表达式 54 42 21 10 4 3 2 1 QQt CPQQt QQt QQt 3 交通灯控制器 为保证南来北往的车辆顺利 畅通的通过 在公路的十字路口都设有交通灯 南北东西方向的 绿 黄 红灯的变化规律如下图 说明 南北 NS 东西 EW 绿灯 G 黄灯 Y 红灯 R NS G 亮 EW R 亮 5CP NS Y 亮 闪 EW R 亮 1CP NS R 亮 EW G 亮 5CP NS R 亮 EW Y 亮 闪 1CP 其时 序图 如后 01 CP NSG 11 12 NSY NSR 102 EW Y EW G 93 EW R 84756 根据波形图知 计数器循环周期为 12 可选用 12 进制计数器 本实验用一片 74LS164 也可参 照图 F7 2 用两片 74LS194 构成组成 12 进制扭环计数器 状态表如下 状态表 计数器输出南北方向东西方向 tQ0 Q1 Q2 Q3 Q4Q5NSGNSYNSREWGEWYEWR 1000000100001 2100000100001 3110000100001 4111000100001 5111100100001 61111100 0001 7111111001100 8011111001100 9001111001100 10000111001100 11000011001100 120000010010 0 13000000100001 根据状态表可列出东西 南北方向绿 黄 红灯的逻辑表达式 东西方向 5 15454 54 QEWR CPQQEWYQQEWY QQEWG 南北方向 5 15454 54 QNSR CPQQNSYQQNSY QQNSG 交通灯控制器的电路图如下 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U1 74LS164 NS CP1 F7 4 4 5 6 U5B 74LS08 Y Q4 Q5 CP1 8 9 10 U5C 74LS08 56 U3C 74LS04 8 9 10 U4C 74LS08 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 U2A 74LS74 1 2 3 U4A 74LS08 G Q4 Q5 EW R Q5G Q4 Q5 CLK 11 D 12 SD 10 CD 13 Q 9 Q 8 U2B 74LS74 11 12 13 U4D 74LS08 12 U3A 74LS04 34 U3B 74LS04 Y Q4 Q5 CP1 1 2 3 U5A 74LS08 R 4 5 6 U4B 74LS08 CP R Q5 习题 1 析如图所示电路 试列出状态转换表并写出输出信号 T1 T2 T3 T4 的逻辑表达式 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U1 74LS164 12 U2A 56 U2C 34 U2B 89 U2D 1 2 3 U4A 1 2 3 U3A 1 2 3 U5A 4 5 6 U5B 11 12 13 U5D 8 9 10 U5C T1 T2 T3 T4 CP 7 2 实验实验 顺序脉冲发生器 交通灯控制器顺序脉冲发生器 交通灯控制器 7 2 1 实验目的实验目的 1 掌握顺序脉冲发生器的特点和工作原理 2 掌握交通灯控制器的工作原理及电路组成 3 了解竞争冒险现象 7 2 2 实验内容及步骤实验内容及步骤 1异步计数器构成的顺序脉冲发生器 按图 F7 1 接好线 用 TDS220 数字示波器观察输出端 Y0 Y4 的波形并作记录 解释产生的 竞争冒险现象的原因 2 用于插补器的顺序脉冲发生器 1 按图 F7 2 接好线 t1 22 t3 t4 接 LED 发光二极管 计数脉冲接单脉冲 清零端接 复位开关 12 A 34 B C 9 D 4 5 8 F R DSR 2 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 DSL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 U1 74LS194 F7 2 DSR 2 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 DSL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 U2 74LS194 1 2 3 U3A 74LS00 12 U4A 74LS04 Q0 8 9 10 U5C 74LS08 1 2 3 U6A 74LS32 4 5 6 U5B 74LS08 1 2 3 U5A 74LS08 CLOCK Q5 t4 Q4 Q5t1 Q0 Q1 Q7Q3 R Q2 11 12 13 U5D 74LS08 t3 Q2 Q4 CPt2 Q1 Q2 12 U4A 74LS04 Q1Q4 56 U4C 74LS04 89 U4D 74LS04 2 先清零 按动单次脉冲 使计数器工作 3 观察 T1 t2 t3 t4 的状态并做记录 验证结果是否正确 2交通灯控制器 图 F7 4 是交通灯控制器的电路 M 12 的扭环计数器由 74LS164 也可参照图 F7 2 由两 片 74LS194 构成 依下图接好线 各输出接 LED 发光二极管 计数脉冲接单脉冲 清零 端接复位开关 1 先按复位开关 清零 2 发单脉冲 观察输出端的情况并记录 验证结果是否正确 7 2 4 实验器材实验器材 1NET I 数字电子技术实验箱 2直流稳压电源 GPC 3030D 3数字示波器 TDS 220 4集成电路 74LS74 74LS194 74LS08 各 2 片 74LS00 74LS04 74LS32 74LS164 74LS138 各 1 片 A 1 B 2 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 Q4 10 Q5 11 Q6 12 Q7 13 CLK 8 MR 9 U1 74LS164 NS CP1 F7 4 4 5 6 U5B 74LS08 Y Q4 Q5 CP1 8 9 10 U5C 74LS08 56 U3C 74LS04 8 9 10 U4C 74LS08 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 U2A 74L