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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 5G15552四、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，标出幅度和周期
8、。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的振荡频率高，
9、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，为使uo为方
10、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分配器。其逻
11、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，即要求步进电机正转时
12、。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、单次脉冲源5、逻
13、辑电平开关 6、逻辑电平显示器7、CC40172 CC40132 CC40272 CC40112 CC40852四、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3-12-6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
14、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
