数字电子技术实验11-15

1、第三部分：数字电子技术实验实验十一 555定时器及其应用一、实验目的1.了解集成定时器的电路结构和引脚功能。2. 熟悉集成定时器的典型应用。二、实验原理集成定时器是一种模拟，数字混合型的中规模集成电路，只要外接适当的电阻电容等元件，可方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。定时器有双极型和CMOS两大类，结构和工作原理基本相似。通常双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时器则具有功耗低，输入阻抗高等优点。国产定时器5G1555与国外555类同，可互换使用。图3-11-1(a)、(b)为集成定时器内部逻辑图及引脚排列，表3-11-1为引脚名。 图3-11-

2、1 (a) 图3-11-1 (b)从定时器内部逻辑图可见，它含有两个高精度比较器A1、A2，一个基本RS触发器及放电晶体管V。比较器的参考电压由三只5KW的电阻组成的分压提供，它们分别使比较A1的同相输入端和A2的反相输入端的电位为2/3UCC和1/3UCC，如果在引脚5(控制电压端UC)外加控制电压，就可以方便的改变两个比较器的比较电平，若控制电压端5不用时需在该端与地之间接入约0.01mF的电容以清除外接干扰，保证参考电压稳定值。比较器A1的反相输入端接高触发端VB(脚6)，比较器A2的同相输入端低触发端(脚2)，和控制两个比较器工作，而比较器的状态决定了基本RS触发器的输出，基本RS触发

3、器的输出一路作为整个电路的输出(脚3)，另一种接晶体管V的基极控制它的导通与截止，当V导通时，给接于脚7的电容提供低阻放电通路。集成定时器的典型应用1. 单稳态触发器单稳态触发器在外来脉冲作用下，能够输出一定幅度与宽度的脉冲，输出脉冲的宽度就是暂稳态的持续时间tw。图3-11-2为由555定时器和外接定时元件RT、CT构成的单稳态触发器。触发信号加于低触发端(脚2)，输出信号uo由脚3输出。 图3-11-2 (a) 图3-11-2 (b)在ui端未加触发信号时，电路处于初始稳态，单稳态触发器的输出uo为低电平。若在ui端加一个具有一定幅度的负脉冲，如图3-11-2(b)所示，于是在2端出现一个

4、尖脉冲，使该端电位小于1/3UCC从而使比较器A2触发翻转，触发器的输出uo从低电平跳变为高电平，暂稳态开始。电容CT开始充电，uCT按指数规律增加，当uCT上升到2/3UCC时，比较器A1翻转，触发器的输出uo从高电平返回低电平，暂稳态终止。同时内部电路使电容CT放电，uCT迅速下降到零，电路回到初始稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。暂稳态的持续时间tw决定于外接元件RT、CT的大小： tw=1.1RTCT改变RT、CT可使tw在几个微秒到几十分钟之间变化。CT尽可能选得小些，以保证通过T很快放电。2. 多谐振荡器和单稳态触发器相比，多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态，而且无须用外来

5、触发脉冲触发，电路能自动交替翻转，使两个暂稳态轮流出现，输出矩形脉冲。表3-11-1引脚号12345678GNDTCoutRDuCTHCtUCC引脚名地触发端输出端复位端电 外压 接端 控 制阈值端放电端电源端图3-11-3所示为由555定时器和外接元件R1、R2、C构成的多谐振荡器，脚2和脚6直接相连，它将自激发，成为多谐振荡器。外接电容C通过R1+R2充电，再通过R2放电在这种工作模式中，电容C在1/3UCC 和2/3UCC之间充电和放电，其波形如图3-11-3(b)所示。充电时间(输出为高态) t1=0.693(R1+R2)C放电时间(输出为低态) t2=0.693R2C周期 T=t1+

6、t2=0.693(R1+2R2)Cf= =1 1.43T (R12R2)C振荡频率 图3-11-3 (a) 图3-11-3 (b)3. 施密特触发器图3-11-4为由555定时器及外接阻容元件构成的施密特触发器。图3-11-4 图3-11-5 图3-11-6设被变换的电压us为正弦波，其正半周通过二极管D同时加到555定时器的2脚和6脚，ui为半波整流波形。当ui上升到 UCC时，uo从高电平变为低电平；当 ui下降到1/3UCC时，uo又从低电平变为高电平，图3-11-5示出了us、ui、uo的波形图。可见施密特触发器的接通电位UT+为 UCC，断开电位UT-为1/3UCC，UT+ - UT

7、 =2/3UCC - 1/3UCC = 1/3UCC，电压传输特性如图3-11-6所示。三、实验设备与器件 1. EEL08组件 2. 示波器 3. 信号源及频率计 4. EEL07组件 5. 集成定时器 5G1555×2四、实验内容1. 单稳态触发器 (1)按图3-11-2连接实验线路，UCC接5V电源，输入信号ui由单次脉冲源提供，用双踪示波器观察并记录ui、uc、uo波形，标出幅度与暂稳时间。(2)将CT改为0.01m，输入端送1KHz连续脉冲，观察并记录ui、uc、uo波形，标出幅度与暂稳时间。2. 多谐振荡器按图3-11-3连接实验电路。用示波器观察并记录uo，uo波形，标

8、出幅度和周期。3. 施密特触发器按图3-11-4连接实验线路。(1)输入信号us由信号源提供，予先调好us频率为1KHz，接通+UCC(5V)电源后，逐渐加大us幅度，并用示波器观察us波形，直至us峰峰值为5V左右。用示波器观察并记录us、ui、uo波形，标出uo的幅度、接通电位UT+、断开电位UT-及回差电压DU。(2)观察电压传输特性。4. 模拟声响电路。用两片555定时器构成两个多谐振荡，如图3-11-7所示。调节定时元件，使振荡器I振荡频率较低，并将其输出(脚3I)接到高频振荡器II的电压控制端(脚5II)，则当振荡器I输出高电平时，振荡器II的振荡频率较低，当I输出低电平时，II的

9、振荡频率高，从而使II的输出端(脚3II)所接的相声器发出“嘟、嘀”的间歇响声。按图3-11-7接好实验线路，调换外接阻容元件，试听音响效果。图3-11-7五、实验报告1. 定量画出实验所要求记录的各点波形。2. 整理实验数据，分析实验结果与理论计算结果的差异，并进行分析讨论。六、预习要求1. 列出实验中要求的数据、波形表格。2. 在单稳电路中，若 RT=330K CT=4.7m 则tw= RT=330K CT=0.01m 则tw=3. 单稳电路的输出脉冲宽度tw大于触发信号的周期将会出现什么现象？4. 根据实验2所给的电路参数，计算多谐振荡器的 t1= t2= T=5. 施密特触发器实验中，

10、为使uo为方波，us峰峰值至少为多少？6. 如何用示波器观察施密特触发器的电压传输特性？注：CC7555逻辑功能与管脚排列与5G1555相同，可互换使用。实验十二 顺序脉冲发生器一、 实验目的1、 熟悉集成时序脉冲分配器的使用方法及其应用 2、 学习步进电动机的环形脉冲分配器的组成方法二、实验原理1、脉冲分配器的作用是产生多路顺序脉冲信号，它可以由计数器和译码器组成，也可以由环形计数器构成。图3-12-1中CP端上的系列脉冲经N位7进制计数器和相应的泽码器器,可以转变为2路顺序输出脉冲。图3-12-1 脉冲分配器的组成2、集成时序脉冲分配器CC4017CC4017是按BCD计数时序译码器组成的

11、分配器。其逻辑符号及引脚功能如图 3-12-2所示。功能如表3-12-l图3-12-2 CC4017的逻辑符号CO一 进位脉冲输出端 CP一 时钟输入端 CR一 消除端INH一 禁止端 Q0Q9一计数脉冲输出端CC4017的输出波形如图3-12-3。CC4017应用十分广泛，可用于十进制计数，分频，1N计数(N=210只需用一块，N10可用多块器件级连）。图3-12-4所示为由两片CC4017组成的60分频的电路。图3-12-3 CC4017的波形图图3-12-4 60分频电路图3-12-5 三相步进电动机的驱动电路示意图A、B、分别表示步进电机的三相统组。步进电机按三相六拍方式运行，即要求步

12、进电机正转时。控制端X=1，使电机三相绕组的通电顺序为AABBBCCCA要求步进电机反转时，今控制端X=0,三相统组的通电顺序改为AACCBCBAB 图3-12-6所示为由三个JK触发器构成的按六拍通电方式的脉冲环形分配器，供参考。图3-12-6 六拍通电方式的脉冲环形分配器逻辑图 要使步进电机反转。通常应加有正转脉冲输入控制和反转脉冲输入控制端。 此外，由于步进电机三相绕组任何时刻都不得出现A、B、C三相同时通电或同时断电的情况，所以，脉冲分配器的三路输出不允许出现111和000两种状态,为此,可以给电路加初态予置环节。三、实验设备与器l、5V直流电源 2、双踪示波器3、连续脉冲源 4、单次

13、脉冲源5、逻辑电平开关 6、逻辑电平显示器7、CC4017×2 CC4013×2 CC4027×2 CC4011×2 CC4085×2四、实验内容l、CC4017逻辑功能测试（1）参照图 3-12-2（a），EN 、CR接逻辑开关的输出插口。 CP按单次脉冲源，09十个输出端接至逻辑电平显示输入插口，按功能表要求操作各逻辑开关。清零后。连续送出10个脉冲信号，观察十个发光二极管的显示状态，并列表记录。 （2）CP改接为1HZ连续脉冲，观察记录输出状态。 2、按图 3-12-4线路接线,自拟实验方案验证60分频电路的正确性。 3、参照图3-12-

14、6的线路，设计一个用环形分配器构成的驱动三相步进电动机可逆运行的三相六柏环形分配器线路。要求: (1) 环形分配器用CC4013双D触发器，CC4085与或非门组成。 (2) 由于电动机三相绕组在任何时刻都不应出现同时通电同时断电情况，在设计中要做到这一点。 （3）电路安装好后，先用手控送入CP脉冲进行调试，然后加入系列脉冲进行动态实验。(4)整理数据、分析实验中出现的问题，作出实验报告。五、实验预习要求1、复习有关脉冲分配器的原理；2、按实验任务要求，设计实验线路，并拟定实验方案及步骤。六、实验报告1、画出完整的实验线路；2、总结分析实验结果。实验十三 利用集成逻辑门构成的脉冲电路一、实验目

15、的1、掌握使用集成门电路构成单稳态触发器的基本方法2、熟悉集成单稳态触发器的逻辑功能及其使用方波3、熟悉集成施密特触发器的性能及其应用二、实验原理 在数字电路中常使用矩形脉冲作为信号。进行信息传递，或作为时钟信号用来控制和驱动电路，使各部分协调动作。实验十三是自傲多谐振荡器，它是不需要外加信号触发的矩形波发生器。另一类是他激多谐振荡器。有单稳态触发器，它需要在外加触发信号的作用下输出具有一定宽度的矩形脉冲波；有施密特触发器（整形电路），它对外加输入的正弦波等波形进行整形。使电路输出地形脉冲波。 1、用与非门组成单稳态触发器 利用与非门作开关，依靠定时元件RC电路的充放电来控制与非门的启闭。单稳

16、态电路有微分型与积分型两大类，这两类触发器对触发脉冲的极性与宽度有不同的要求。（l）微分型单稳态触发器如图3-13-1所示图3-13-1 微分型单稳态触发器该电路为负脉冲触发。其中RP、CP构成输入端微分隔直电路。R、C构成微分型定时电路，定时元件R、C的取值不同。输出脉宽tW也不同。tW（0.71.3）RC。与非门G3起整形、倒相作用。图3-13-2为微分型单稳态触发器各点波形图，结合波形图说明其工作原理。无外介触发脉冲时电路初始稳态 tt1状态稳态时Vi为高电平。适当选择电阻R阻值，使与非门G2输入电压VB小于门的关门电平VBVoff，则门G2关闭，输出VP为高电平。适当选择电阻RP阻值，

17、使与非门G1的输入电压VP大于门的开门电平（VPVon），于是G1的两个输入端全为高电平，则G1开启，输出VA为低电平（为方便计，取VoffVonVP）。触发翻转 t t1时刻Vi负跳变，VP也负跳变，门G1输出VA升高，经电容C耦合，VB也升高，门G2输出VP也降低，正反馈到G1输入端，结果使G1输出VA由低电平迅速上跳至高电平，G1迅速关闭：VB也上跳至高电平，G2输出VD则迅速下跳至低电平，G2迅速开通。暂稳状态 t1tt2 tt1以后，G1输出高电平，对电容C充电，VB随之按指数规律下降，但只要VBV1，G1关、G1开的状态将维持不变，VA、VD也维持个变。自动翻转 t = t2t =

18、 t2时刻，VB下降至门的关门电平Vr，G2输出VD升高，G1输出VA降低，正反馈作用使电路迅速翻转至G1开启，G2关闭的初始稳态。暂稳态时间的长短，决定于电容C充电时间常数=RC。恢复过程 t2tt3。电路自动翻转到G1已开启，G2关闭后，VB不是立即回到初始稳态值，这是因为电容C要有一个放电过程。tt3以后，如Vi再出现负跳变，则电路将重复上述过程。如果输入脉冲宽度较小时，则输入端可省去RC微分电路了。图3-13-2 微分型单稳态触发器波形图 图3-13-4积分型单稳态触发器波形图（2） 积分型单稳态触发器如图3-13-3所示图3-13-3 积分型单稳态触发器电路采用正脉冲触发，工作波形如

19、图3-13-4所示。电路的稳定条件是R1K，输出脉冲宽度tW1.1RC。单稳态触发器共同特点是：触发脉冲未加入前，电路处于稳态。此时，可以测得各门的输入和输出电位。触发脉冲加入后，电路立刻进入暂稳态，暂稳态的时间，即输出脉冲的宽度tW只取决于RC数值的大小，与触发脉冲无关。2、用与非门组成施密特触发器施密特触发器能对正弦波、三角波等信号进行整形，并输出矩形波，图3-13-5（a）、（b）是两种典型的电路。图3-13-5（a）中，门G1 、G2是基本RS触发器，门G3是反相器，二极管D起电平偏移作用，以产生回差电压，其工作情况如下：设Vi0，G3截止，R = 1、S0、Q1、 0，电路处于原态。

20、Vi由0V上升到电路的接通电位VT时，G3导通。R = 0、S1，触发器翻转为Q0、1的新状态。此后Vi继续上升。电路状态不变、当Vi由最大值下降到VT值的时间内，R仍等于0，S1，电路状态也不变。当ViVT时，G3由导通变为截止，而VS=VT+VD为高电平。因而R1，S1，触发器状态仍保持。只有Vi降至使VS= VT时电路才翻回到Q1、0的原态。电路的回差VVD。图3-13-5（b）由电阻R1、R2产牛回差的电路（a）由二极管D产生回差的电路 （b） 由电阻R1、R2产生回差的电路图3-13-5 与非门组成施密特触发器3、集成双单稳态触发器CC14528（CC4098）（l）T图3-13-6

21、为CC14528（CC4098）的逻辑符号及功能表该器件能提供稳定的单脉冲，脉宽由外部电阻RA和外部电容CA决定，调整RA和CA可使Q端和端输出脉冲宽度有一个较宽的范围。本器件可采用上升沿触发（+TR）也可用下降沿触发（-TR），为使用带来很大的方便。在正常工作时，电路应由每一个新脉冲去触发。当采用上升沿触发时，为防止重复触发，必须连到（-TR）端。同样，在使用下降沿触发时，Q端必须连到（+TR）端。图3-13-6 CC14528的逻辑符号及功能表该单稳态触发器的时间周期约为TX=RXCX所有的输出级都有缓冲级，以提供较大的驱动电流。（2）应用举例a、 实现脉冲延迟，如图3-13-7所示。图3

22、-13-7 实现脉冲延迟b、 实现多谐振荡器，如图3-13-8所示。图3-13-8 实现多谐振荡4、集成六施密特触发器CC40106如图3-13-9为其逻辑符号及引脚功能，它可用于波形的整形，也可作反相器或构成单稳态触发器和多谐振荡器。(a) (b)图3-13-9 CC40106引脚排列 图3-13-10 正弦波转换为方波（1） 将正弦波转换为方波，如图3-13-10所示。（2）构成多谐振荡器，如图3-13-11所示。(a) (b)图3-13-11 多谐振荡器 图3-13-12 单稳态触发器（3）构成单稳态触发器图3-13-12（a）为下降沿触发；图3-13-12（b）为上升沿触发三、实验设备

23、与器件1、十5V直流电源 2、双踪示波器 3、连续脉冲源 4、数字频率计5、 CC4011 CC14528 CC40106 2CK15 电位器、电阻、电容若干四、实验内容1、按图 3-13-1接线，输入1KHZ连续脉冲，用双踪示波器观测Vi、VP、VA、VB、VD及V0的波形，记录之。2、改变C或R之值，重复实验1的内容。3、按图3-13-3接线，重复1的实验内容。4、按图3-13-5（a）接线，令Vi由05V变化，测量V1、V2之值。5、按图3-13-7接线，输入1KHZ连续脉冲，用双踪示波器观测输入、输出波形，测定T1与T2。6、按图3-13-8接线，用示波器观测输出波形，测定振荡频率。7

24、、按图3-13-11接线，用示波器观测输出波形，测定振荡频率。8、按图3-13-10接线，构成整形电路，被整形信号可由音频信号源提供，图中串联的2K电阻起限流保护作用。将正弦信号频率置1KHZ，调节信号电压由低到高观测输出波形的变化。记录输入信号为0V，0.25V，0.5V，l.0V，1.5V，2.0V时的输出波形，记录之。9、分别按图3-13-12（a）、（b）接线，进行实验。五、实验预习要求1、复习有关单稳态触发器和施密特触发器的内容2、画出实验用的详细线路图3、拟定各次实验的方法、步骤。4、拟好记录实验结果所需的数据、表格等。六、实验报告1、绘出实验线路图，用方格纸记录波形。2、分析各次

25、实验结果的波形，验证有关的理论。3、总结单稳态触发器及施密特触发器的特点及其应用。实验十四 D/A转换器一、实验目的1. 了解D/A转换器的基本结构和性能2. 熟悉D/A转换器的典型应用二、实验原理在数字电子技术很多应用场合往往需要把模拟量转换成数字量，或把数字量转成模拟量，完成这一转换功能的转换器有多种型号，使用者借助于手册提供的器件性能指标及典型应用电路，可正确使用这些器件。本实验采用大规模集成电路DAC0832实现D/A(数/模)转换。DAC0832是采用CMOS工艺制成的电流输出型8位数/模转换器引脚排列如图3-14-1所示。各引脚含义为： 图3-14-1D0D7：数字信号输入端，D7

26、MSB，D0LSR。ILE：输入寄存器允许，高电平有效。：片选信号，低电平有效，与ILE信号合起来共同控制WR1是否起作用。1：写信号1，低电平有效，用来将数据总数的数据输入锁存于8位输入寄存器中，1有效时，必须使和ILE同时有效。：传送控制信号，低电平有效，用来控制2是否起作用。2：写信号2，低电平有效，用来将锁存于8位输入寄存器中的数字传 送到8位DAC寄存器锁存起来，此时应有效。IOUT1：DAC输出电流1，当输入数字量全为1时，电流值最大。IOUT2：DAC输出电流2Rfb：反馈电阻：DAC0832为电流输出型芯片，可外接运算放大器，将电流输出转换成电压输出，电阻Rfb是集成在ADC0

27、8832内的运算放大器的反馈电阻，并将其一端引出片外，为在片外连接运算放大器提供方便。当RfL的引出端(脚9)直接与运放的输出端相连接，如图3-14-2所示，而不另外串联电阻时，则输出电压 UREF：基准电压，通过它将外加高精度的电压源接至T型电压网络，电压范围为(1010)V，也可以接到其它D/A转换器的电压输出端。UCC：电源、电压范围(515)V AGND：模拟地 可接在一起使用DGND：数字地三、实验设备及器件 1. EEL08组件 2. 直流电压表 3. DAC0832×1、mA741×1四、实验内容 用DAC0832及运算放大器mA741组成D/A转换电路 按图

28、3-14-2连接实验电路，输入数字量由逻辑开关提供，输出模拟量用数字电压表测量。 表3-14-1 表3-14-2A/D转换D/A转换输入模拟量ui(V)输 入 数 字 量输出模拟量uo(V)输 出 数 字 量D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 1 0 0 00 0 0 1 0 0 0 00 0 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1被选模拟通道地 址A2A1A0IN0000IN

29、1IN2IN3IN4IN5IN6IN7000111101100111010001 片选信号(脚1)、写信号WR1(脚2)、写信号WR2(脚13)、传送控制信号：(脚17)接地：基准电压UREF(脚8)及输入寄存器允许ILE(脚19)接5V电源；IOUT1(脚11)、IOUT2(脚12)接运算放大器mA741的反相输入端2及同相输入端3；Rfb(脚9)通过电阻(或不通过)接运算放大器输出端6。 (1)调零 D0D7全置0，调节电位器Rw使mA741输出为零。 (2)按表3-14-2输入数字量，测量相应的输出模拟量uo，记入表中右方输出模拟电压处。五、实验报告 整理实验数据，分析实验结果。六、预习

30、要求 复习D/A转换器部分内容。 实验十五 A/D转换器一、实验目的1. 了解A/D转换器的基本结构和性能2. 熟悉A/D转换器的典型应用二、实验原理在数字电子技术很多应用场合往往需要把模拟量转换成数字量，或把数字量转成模拟量，完成这一转换功能的转换器有多种型号，使用者借助于手册提供的器件性能指标及典型应用电路，可正确使用这些器件。本实验采用大规模集成电路ADC0800实现A/D(模/数)转换。ADC0809是采用CMOS工艺制成的8位逐次渐近型模/数转换器，引脚排列如图3-15-1所示。各引脚含义为：IN0IN7：8路模拟量输入端； A2、A1、A0：地址输入端ALE：地址锁存允许输入信号，应在此脚施加正脉冲，上升沿有效，此时锁存地址码，从而选通相应的模拟信号通道，以便进行A/D转换。START：启动信号输入端，应在此脚施加正脉冲，当上升沿到达到时，内部逐次逼近寄存器SAR复位，在下降沿到达后，开始A/D转换过程。图3-15-1 图3-15-2EOC：转换结束输