数控分频器

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........................................................41.2．1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...........................................................................152一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方案论证图1系统整体模块图控制信号输入模块信号判断及处理模块显示模块脉冲信号3表274LS138功能表输入输入输出G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7XHXXXXHHHHHHHHXXHXXXHHHHHHHHLXXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL表374LS195D功能表由功能表可知，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，Y0~Y7输出的都是高电平，若G1输入低电平，Y0~Y7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Y0~Y7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、nP输入低电平还是高电平，输出端Q0~Q3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nnPQ，正是因为该芯片有移位寄存器的功能，再加上译OPERATINGMODESINPUTSOUTPUTSMRPEJKPnQ0Q1Q2Q3ASYNCHRONOUSLXXXXLLLLSHIFT,SETFIRSTSTAGEHHhhXHq0q1q2Shift,resetfirstHhlllLq0q1q2Shift,ToggleFirstStageHhhllq0q0q1q2Shift,RetainFirstStageHhlhhq0q0q1q2ParallelloadHlXXPnp0p1p2p34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274LS195时序图1.2（实训题题目）波形发生器与计数器1.2．1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5表374LS90芯片功表图374LS90芯片分析74LS90芯片的引脚图和功能表]3[可知。要实现计数功能，必须将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。6二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3—8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、B、A译成八位二进制数01234567YYYYYYYY,其中有一位iY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01234567YYYYYYYY进行移位操作，当iY被移到3Q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iY被移到3Q电路已经实现分频。让—LDSH/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。图中电位器，通过调节其阻值可以改变矩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。U174LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5VCC5VVCC5VJ2Key=AJ1Key=BJ3Key=CU274LS195DA4B5C6D7~K3QA15QB14QC13QD12J2~CLR1SH/~LD9CLK10~QD11U374LS195DA4B5C6D7~K3QA15QB14QC13QD12J2~CLR1SH/~LD9CLK10~QD11XLA1CQT1FV1500kHz5VGNDJ4Key=D7U174LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U24511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U34511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U474LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023R1300R2300R3300R4300R5300R6300R7300R8300R9300R10300R11300R12300R13300R14300VCC5VJ2Key=SpaceU7ABCDEFGCKU8ABCDEFGCKR15300R162.0kD102DZ4.7VEE-5VVCC5VR1720kR1810kVEE-5VVCC5VR2010kXSC1ABGTR21200K_LINKey=A50%C11.0nFU9BLM324M561147U6BLM324M561147图7波形发生器与计数器仿真图分析左侧波形产