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1、一 题目要求与方案论证21.1程序计数分频器21.1.1题目要求21.1.2 方案论证21.2（实训题题目）波形发生器与计数器41.21题目要求41.2.2方案论证4二 电子线路设计与实现62.1程序计数分频器电路设计62.2波形发生器与计数器电路设计6三 结果与分析83.1程序计数分频器的实现83.2.1波形发生与计数器的实现83.2.2 实际效果10四 总结与体会12参考文献13附录14波形发生与计数器焊接PCB图15一 题目要求与方案论证1.1程序计数分频器1.1.1题目要求用已经掌握的mulitisim的相关知识，在mulitisim的运行环境下设计并仿真一个程序计数分频器的实验，利用
2、74LS138以及两片74LS195构成模值为2-8的程序计数分频器，要求实现的功能如下：表1 程序计数分频器功能表CBAn分频脉冲LLH2LHL3LHH4HLL5HLH6HHL7HHH81.1.2 方案论证脉冲信号控制信号输入模块信号判断及处理模块显示模块图1 系统整体模块图表2 74LS138功能表输入输入输出G1 G2A G2BC B AY0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y7X H XX X XH H H H H H H HX X H X X XH H H H H H H HL X XX X XH H H H H H H HH L LL L LL H H H H H
3、H HH L LL L HH L H H H H H HH L LL H LH H L H H H H HH L LL H HH H H L H H H HH L LH L LH H H H L H H HH L LH L HH H H H H L H HH L LH H LH H H H H H L HH L LH H HH H H H H H H L表3 74LS195D功能表OPERATING MODES INPUTSOUTPUTSMRPEJKPnQ0Q1Q2Q3ASYNCHRONOUSLXXXXLLLLSHIFT,SET FIRST STAGEHHhhXHqqqShift, reset
4、 firstHhlllLqqqShift,Toggle First StageHhhllqqqqShift,Retain First StageHhlhhqqqqParallel load HlXXPnpppp由功能表可知，74LS138的G2A和G2B输入端中只要有一个是高电平，不管G1和CBA是高电平还是低电平，Y0Y7输出的都是高电平，若G1输入低电平，Y0Y7输出的也都是高电平，在G1、G2A以及G2B端输入的是H、L、L时，输出端Y0Y7受CBA三个输入端控制，并且Y输出低电平有效,而且是呈阶梯状分布，这样可实现3线-8线译码器的功能，再通过该译码器适当地控制芯片74LS195就可实
5、现程序计数分频器。至于74LS195，当输入端MR是低电平时，不论PE、J、K、输入低电平还是高电平，输出端Q Q都是低电平，所以MR端是高电平有效，并且当PE输入是高电平时，该芯片具有移位寄存器的功能（看图1的时序图可知），但是当PE端输入是低电平时，不论JK端输入什么电平，输出端，正是因为该芯片有移位寄存器的功能，再加上译码器，要实现分频器的功能就不成问题了，所以要实现分频器的关键在移位寄存器上。图2 74LS195时序图1.2（实训题题目）波形发生器与计数器1.21题目要求根据给定的用LM324及其给定参数的电阻、电位器、电容组成的方波三角波产生电路原理图及其PCB板，分析电路结构，要求
6、如下： (1)根据模拟电路和数字电路理论分析电路基本功能，得到方波和三角波频率计算式； (2)用Multisim 软件进行电路仿真，改变电位器的阻值，查看计数器的输出状态；并在电容C1为1uF,电位器R21阻值为100K和50K 时用虚拟示波器记录方波和三角波的波形，并分别记录其频率。 (3)焊接电路并测试。在电容C1为1uF,电位器R21阻值为100K和50K时用数字示波器记录方波和三角波的波形，并分别记录其频率。当计数显示以1HZ频率时，计下当前电位器的阻值。1.2.2方案论证 表3 74LS90芯片功表 图3 74LS90芯片分析74LS90芯片的引脚图和功能表可知。要实现计数功能，必须
7、将74LS90的2、3引脚中的任意一个和6、7引脚中的任意一个接低电平，剩下的两脚随意接。为此在设计计数部分电路的时候，将2、3引脚和6、7引脚分别连接起来。6、7引脚接低电平，2、3引脚接于有开关控制的高电平。当开关闭合时，2、3引脚接入的是高电平，实现不了计数功能。当开关断开时，2、3引脚接入低电平，满足74LS90芯片要实现计数功能的要求。这样将引脚8、9、11、12通过相应的元器件连接到数码管便可计数了。对于波形发生器部分，结合模电学习过程中学习到的相关知识，要产生一个矩形波，可在迟滞比较器的基础上，增加一个由Rf、C组成的积分电路，把输出电压经Rf、C反馈到比较器的反相端。电路图如图
8、4 。 图4 矩形波产生电路 图5 波形转化得到三角波而三角波部分，可在矩形波产生电路的右侧加接一个形如图5的电路。要观察产生的矩形波和三角波的波形，可将V0端和U0端分别接到示波器上。为了观察计数功能，必须将波形产生端和计数器端连接起来，这样完整的波形发生器与计数器电路就形成了。而为了观察电阻阻值对波形的影响，可接入一滑动变阻器，通过改变接入阻值来观察波形。二 电子线路设计与实现2.1程序计数分频器电路设计图6程序计数分频器设计电路图程序计数分频器的设计主要有一片74LS138D和两片74LS195D构成。74LS138D是38线译码器。C、B、A为译码器的信号输入端。通过译码器所需频比C、
9、B、A译成八位二进制数,其中有一位为0，其余全为1.它代表译码器输入的分频比，再通过两片4位移位寄存器74LS195D对二进制信息进行移位操作，当被移到输出时，说明输出开始变化，产生下降沿；在下一脉冲到来时输出又回到原来的高电平，产生一负脉冲，说明被移到电路已经实现分频。让对两片两片4位移位寄存器74LS195D重新计数开始以为循环。2.2波形发生器与计数器电路设计本波形发生与计数器的设计可以分为两个部分：波形发生部分及程序计数部分。波形发生部分主要是迷你电路，主要由两个LM324运算放大器构成，分别产生了矩形波和三角波，三角波由矩形波通积分电路得到。图中R21电位器，通过调节其阻值可以改变矩
10、形波和三角波的频率，通过数字部分的数码显示部分可以直观的观察频率的变化。数码显示部分主要是数字电路，主要有两片74LS90D、两片4511BP_5V和两个数码管构成。图7 波形发生器与计数器仿真图分析左侧波形产生部分。在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。设输出电压偏于正向饱和值，加到电压比较器同相端的电压为+FVz,而加于反相器的电压，由于电容器C上的电压Vc不能突变，只能有输出电压V0通过电阻R19按指数规律向C充电来建立。显然，当加到反相器的电压Vc略正于+FVz时，输出电压便立即从正饱和值（+Vz）迅速翻转到负饱和值（Vz），Vz又通过R19对C进行反向充
11、电，直到Vc略负于FVz值时，输出状态在翻转回来。如此循环，便形成了矩形波输出。将滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统。比较器输出的矩形波经积分器积分便可得到三角波。分析右侧计数电路部分。计数部分采用74LS90芯片结合接地电源和接开关的5V电源来控制完成计数功能。计数器采用下降沿触发计数，当波形达到下降沿时，计数器累加。数码管由00到99进行累加计数。累加速度和左侧波形变化速度保持一致。根据模拟电路和数字电路理论分析电路基本功能，得到方波和三角波频率计算式:电路的振荡频率：方波的幅值：三角波的幅值：三 结果与分析3.1程序计数分频器的实现通过译码器所需频比C、B、A译成八位二进制数,
12、其中有一位为0，其余全为1。例如：当CBA输入111时，输出01111111。它代表译码器输入的分频比，再通过两片4位移位寄存器74LS195D对二进制信息进行移位操作，当被移到输出时，说明输出开始变化，产生下降沿；在下一脉冲到来时输出又回到原来的高电平，产生一负脉冲，说明被移到电路已经实现分频。让对两片两片4位移位寄存器74LS195D重新计数开始以为循环。图8 程序分频器仿真结果（八分频）3.2.1波形发生与计数器的实现（1）在电容C1为1,电位器阻值为100时用数字示波器记录方波和三角波的波形，并分别记录其频率：， 图9 =100时的波形图（2）在电容C1为1,电位器阻值为50时用数字示
13、波器记录方波和三角波的波形，并分别记录其频率： 图10 =100时的波形图（3）当计数显示以1频率时，计下当前电位器的阻值。=120图11 =1时的波形3.2.2 实际效果焊接完成的电路，在接入0.5V电压下实现计数功能的效果图和多圈电位器的阻值调到50和100情况下的波形图如下。如图12 所示，该图为焊接完成的电路在接入5V电压下实现的计数功能。实际观察时，可以发现数码管从0计数到99。当按下按钮后，从0开始重新计数。如图9和图10分别是多圈电位器的阻值在50和100情况下的波形图。由图9观察可知，此时波形周期T=5.0*50ms=250ms，即其频率为f=4Hz；而图10 的波形周期为T=
14、5.1*100ms=510ms，即其频率为f=1.96Hz。分析图12电路板实物图可知，改变多圈电位器的阻值可以改变波形的周期。图13 =100情况下波形图14 =50情况下波形图15 =1的波形图四 总结与体会两周的数电实训让我们对数电方面的知识以及芯片74LS138、74LS195D有了更深的了解，也让我们认识到了数电是怎样运用到实际方面的，在做数电设计时所用到的mulitisim仿真软件更是做数电设计时必不可少的好助手。这次做的程序计数分频器的结构主要包括一块74LS138芯片和两块74LS195D芯片，虽然看上去结构有点简单，但它实现的功能却不简单，它可以通过控制开关来实现程序计数的分
15、频，该程序计数分频器可实现2-8的分频，另外做的波形发生器和计数器虽然一半是模拟电路一半是数字电路，但它却让我们看到了模电和数电的融合，这就暗示了我们在学好数电的同时还得学好模电，因为模拟和数字的结合在现在的电子领域中运用非常广泛，学好了数电和模电肯定会在以后的工作中大有帮助的。参考文献1 74LS90芯片介绍，2 74LS195D芯片介绍，3 74LS138芯片介绍，4 康华光，陈大钦等.电子技术基础模拟部分m.高等教育出版社，20085 康华光，邹寿彬等.电子技术基础数字部分m.光通信技术，20086 黄志伟,李传奇等.电子电路计算机仿真设计与分析m.电子工业，2008附录波形发生与计数器
16、焊接元件清单（元件标号是指在仿真图中的元件的标号）名称参数单套数量名称参数单套数量电阻300 1%,0.12514芯片74HC902电阻1k 1%,0.1251芯片74HC45112电阻2k 1%,0.1251按钮轻触4.5mm*4.5mm1电阻10k 1%,0.1252稳压二极管4.7V1电阻20k 1%,0.1251数码管共阴2电阻50k 1%,0.1251DIP座子14脚3多圈电位器3296，200k1DIP座子16脚2电容0.022uF1PCB板1电容0.1uF1PCB光绘网架等电容1uF1松香芯片LM3241焊锡丝波形发生与计数器焊接PCB图课程设计独创性声明： 学生签名： 指导教师评语：课程设计成绩： 指导教师签名： 教研室意见： 教研室主任签名：
