第十二章

脈沖波形的變換和產生實驗12.1脈沖分配器及其應用12.2使用門電路產生脈沖信號——自激多諧振蕩器12.3單穩態觸發器與施密特觸發器——脈沖延時與波形整形電路12.4555時基電路及其應用12.1脈沖分配器及其應用1.實驗目的1）熟悉集成時序脈沖分配器的使用方法及其應用。2）學習步進電機的環形脈沖分配器的組成方法。2.實驗設備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）連續脈沖源4）單次脈沖源5）邏輯電平開關6）邏輯電平顯示器7）CC4017×2、CC4013×2、CC4027×2、CC4011×2、CC4085×212.1脈沖分配器及其應用3.實驗原理1）脈沖分配器脈沖分配器的作用是產生多路順序脈沖信號，它可以由計數器和譯碼器組成，也可以由環形計數器構成，圖12-1中CP端的系列脈沖經N位二進制計數器和相應的譯碼器，可以轉換為2N路順序輸出脈沖。2）集成時序脈沖分配器CC4017CC4017是由BCD碼計數器、時序譯碼器組成的脈沖分配器，其邏輯符號如圖12-2所示，功能表如表12-1所示。12.1脈沖分配器及其應用CC4017應用十分廣泛，可用于十進制計數、分頻、1/N計數（N=2～10時只需用一塊，N

>10時需用多塊器件級聯）。圖12-4所示為由兩片CC4017組成的60分頻電路。12.1脈沖分配器及其應用3）步進電機的環形脈沖分配器圖12-5所示為某三相步進電機的驅動電路示意圖。A、B、C分別表示步進電機的三相繞組。步進電機按三相六拍方式運行，即要求步進電機正轉時，控制端X=1，使電機三相繞組的通電順序為圖12-6所示為由三個JK觸發器構成的六拍通電方式的環形脈沖分配器。要使步進電機反轉，通常應加正轉脈沖輸入控制端和反轉脈沖輸入控制端。12.1脈沖分配器及其應用4.實驗內容1）CC4017邏輯功能測試。（1）參照圖12-2，INH、CR接邏輯電平開關的輸出插口，CP接單次脈沖源，Q0～Q

9這10個輸出端接至邏輯電平顯示器的輸入插口，按功能表要求操作各邏輯電平開關。清零后，連續送出10個脈沖信號，觀察10個發光二極管的顯示狀態，并列表記錄。（2）將CP改接1Hz連續脈沖，觀察并記錄輸出狀態。2）按圖12-4接線，自擬實驗方案驗證60分頻電路的正確性。3）參照圖12-6的電路，設計一個由環形脈沖分配器構成的驅動三相步進電機可逆運行的三相六拍環形脈沖分配器電路，要求：（1）環形脈沖分配器用CC4013雙D觸發器、CC4085與或非門組成；（2）電機三相繞組在任何時刻都不應出現同時通電或同時斷電的情況，在設計中要做到這一點；（3）電路安裝好后，先通過手動控制送入CP脈沖進行調試，然后加入系列脈沖進行動態實驗。5.實驗報告1）畫出完整的實驗電路。2）總結并分析實驗結果。12.2使用門電路產生脈沖信號——自激多諧振蕩器1.實驗目的1）掌握使用門電路構成脈沖信號產生電路的基本方法。2）掌握影響輸出脈沖波形參數的定時元件數值的計算方法。3）學習石英晶體穩頻原理和使用石英晶體構成振蕩器的方法。2.實驗設備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）數字頻率計4）74LS00（或CC4011）5）32768Hz石英晶體（晶振）6）電位器，電阻、電容若干12.2使用門電路產生脈沖信號——自激多諧振蕩器3.實驗原理“與非門”作為一個開關倒相器件，可用來構成各種脈沖波形的產生電路。電路的基本工作原理是利用電容的充放電，當輸入電壓達到“與非門”的閾值電壓VT時，門的輸出狀態即發生變化。因此，電路輸出的脈沖波形參數直接取決于電路中阻容元件的數值。1．非對稱型多諧振蕩器非對稱型多諧振蕩器如圖12-7所示，“與非門”G3用于輸出波形的整形。非對稱型多諧振蕩器的輸出波形是不對稱的，當用TTL“與非門”組成時，通過調節R和C值，可改變輸出信號的振蕩頻率，通常改變C來實現輸出頻率的粗調，改變R來實現輸出頻率的細調。2．對稱型多諧振蕩器對稱型多諧振蕩器如圖12-8所示，由于電路完全對稱，電容的充放電時間常數相同，因此輸出為對稱的方波。通過改變R和C值，可以改變輸出頻率?！芭c非門”G3用于輸出波形的整形。12.2使用門電路產生脈沖信號——自激多諧振蕩器3）帶RC電路的環形振蕩器帶RC電路的環形振蕩器如圖12-9所示，“非門”G4用于輸出波形的整形，通過調節R和C的大小可改變電路的輸出頻率。以上這些電路的狀態轉換都發生在“與非門”輸入電平達到門的閾值電平VT的時刻。在VT附近電容的充放電速度已經緩慢，而且VT本身也不夠穩定，易受溫度、電源電壓變化等因素及干擾的影響，因此電路輸出頻率的穩定性較差。12.2使用門電路產生脈沖信號——自激多諧振蕩器4）石英晶體穩頻的多諧振蕩器當要求多諧振蕩器的工作頻率的穩定性很高時，上述幾種多諧振蕩器的精度已不能滿足要求。為此常用石英晶體作為信號頻率的基準，由石英晶體與門電路構成的多諧振蕩器常用來為微型計算機等提供時鐘信號。圖12-10所示為常用的石英晶體穩頻的多諧振蕩器。圖12-10（a）、（b）為由TTL器件組成的多諧振蕩器；圖12-10（c）、（d）為由CMOS器件組成的多諧振蕩器。12.2使用門電路產生脈沖信號——自激多諧振蕩器4.實驗內容1）用“與非門”74LS00按圖12-7構成多諧振蕩器（1）用雙蹤示波器觀察輸出波形及電容C兩端的電壓波形，列表并記錄。（2）調節電位器觀察輸出波形的變化，測出上限頻率、下限頻率。（3）將一只100uf電容跨接在74LS00的14腳與7腳的最近處，觀察輸出波形的變化及電源上紋波信號的變化，并記錄。2）用74LS00按圖12-8接線，取R=1K、C=0.047uf，用雙蹤示波器觀察輸出波形，并記錄。3）用74LS00按圖12-9接線，其中RP用一個510Ω與一個的電位器串聯，取

。（1）調到最大時，觀察并記錄A、B、D、E及各點電壓的波形，測出的周期T和負脈沖寬度（電容C的充電時間）并與理論計算值比較。（2）改變值，觀察輸出信號波形的變化情況。4）按圖12-10（c）接線，晶振選用電子表晶振（32768Hz），“與非門”選用CC4011，用雙蹤示波器觀察輸出波形，用數字頻率計測量輸出信號的頻率，并記錄。12.2使用門電路產生脈沖信號——自激多諧振蕩器5.實驗報告1）畫出實驗電路，整理實驗數據并與理論計算值進行比較。2）用方格紙畫出實驗觀測到的工作波形圖，對實驗結果進行分析。12.3單穩態觸發器與施密特觸發器——脈沖延時與波形整形電路1.實驗目的1）掌握使用集成門電路構成單穩態觸發器的基本方法。2）熟悉單穩態觸發器的邏輯功能及其使用方法。3）熟悉施密特觸發器的性能及其應用。2.實驗設備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）連續脈沖源4）數字頻率計5）CC4011、CC14528、CC40106、2CK156）電位器，電阻、電容若干12.3單穩態觸發器與施密特觸發器——脈沖延時與波形整形電路3.實驗原理1）用“與非門”組成單穩態觸發器利用“與非門”作開關，依靠RC電路的充放電路來控制“與非門”的啟閉。單穩態觸發器有微分型與積分型兩大類，這兩類觸發器對觸發脈沖的極性與寬度有不同的要求。（1）微分型單穩態觸發器。微分型單穩態觸發器如圖12-11所示。（2）積分型單穩態觸發器。積分型單穩態觸發器如圖12-13所示。單穩態觸發器的共同特點是：觸發脈沖未加入時，電路處于穩態，此時可以測得各門的輸入電位和輸出電位。觸發脈沖加入后，電路立刻進入暫穩態，暫穩態的時間（輸出脈沖的寬度）只取決于RC數值的大小，與觸發脈沖無關。12.3單穩態觸發器與施密特觸發器——脈沖延時與波形整形電路用“與非門”可組成施密特觸發器，施密特觸發器能對正弦波、三角波等信號進行整形，并輸出矩形波，圖12-15（a）、（b）是兩種典型的電路。圖

12-15（a）中，門G1、G2是基本RS觸發器，門G3是反相器，二極管VD起電平偏移作用，以產生回差電壓。12.3單穩態觸發器與施密特觸發器——脈沖延時與波形整形電路2）集成單穩態觸發器CC14528（CC4098）（1）CC14528的邏輯符號及功能表。圖12-16所示為CC14528的邏輯符號及功能表。（2）應用舉例。①實現脈沖延遲，如圖12-17所示。②實現多諧振蕩，如圖12-18所示。12.3單穩態觸發器與施密特觸發器——脈沖延時與波形整形電路3）集成六施密特觸發器CC40106CC40106可用于波形的整形，也可用作反相器或構成單穩態觸發器和多諧振蕩器。（1）將正弦波轉換為方波，如圖12-20所示。（2）構成多諧振蕩器，如圖12-21所示。（3）構成單穩態觸發器。圖12-22（a）所示為下降沿觸發的單穩態觸發器，圖12-22（b）所示為上升沿觸發的單穩態觸發器。12.3單穩態觸發器與施密特觸發器——脈沖延時與波形整形電路4.實驗內容1）按圖12-11接線，輸入頻率為1kHz的連續脈沖，用雙蹤示波器觀察

的波形，并記錄。2）改變C或R值，重復1的實驗內容。3）按圖12-13接線，重復1的實驗內容。4）按圖12-15（a）接線，令

由0到5V變化，測量的值。5）按圖12-17接線，輸入頻率為1kHz的連續脈沖，用雙蹤示波器觀測輸入、輸出波形，測定

。6）按圖12-18接線，用雙蹤示波器觀測輸出波形，測定振蕩頻率。7）按圖12-21接線，用雙蹤示波器觀測輸出波形，測定振蕩頻率。8）按圖12-20接線，構成整形電路，被整形信號可由音頻信號源提供，圖中串聯的2K歐電阻起限流保護作用。將正弦信號的頻率設為1kHz，調節信號電壓由低到高，觀測輸出波形的變化。記錄輸入信號為0V、0.25V、0.5V、1.0V、1.5V、2.0V時的輸出波形，并記錄。9）分別按圖12-22（a）、（b）接線，進行實驗。12.3單穩態觸發器與施密特觸發器——脈沖延時與波形整形電路5.實驗報告1）繪出實驗電路圖，用方格紙記錄波形。2）分析各次實驗結果的波形，驗證有關的理論。3）總結單穩態觸發器和施密特觸發器的特點及其應用。12.4555時基電路及其應用1.實驗目的1）熟悉555集成時基電路的結構、工作原理及特點。2）掌握555集成時基電路的基本應用。2.實驗設備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）連續脈沖源4）單次脈沖源5）音頻信號源6）數字頻率計7）邏輯電平顯示器8）555×2、2CK13×2、電位器，電阻、電容若干12.4555時基電路及其應用3.實驗原理555集成時基電路又稱為集成定時器或555電路，是一種數字、模擬混合型的中規模集成電路，應用十分廣泛。1）555電路的工作原理555電路的內部框圖及引腳排列如圖12-23所示。12.4555時基電路及其應用2）555電路的典型應用（1）構成單穩態觸發器。圖12-24（a）所示為由555電路和外接定時元件R、C構成的單穩態觸發器。（2）構成多諧振蕩器。如圖12-25（a）所示，由555電路和外接元件R1、R2、C構成多諧振蕩器，輸出信號的時間參數是：12.4555時基電路及其應用（3）組成占空比可調的多諧振蕩器。占空比可調的多諧振蕩器如圖12-26所示，它比圖12-25所示電路增加了一個電位器和兩個導引二極管。（4）組成占空比連續可調并能調節振蕩頻率的多諧振蕩器。占空比與頻率均可調的多諧振蕩器如圖12-27所示。（5）組成施密特觸發器。施密特觸發器如圖12-28所示，只要將2腳、6腳連在一起作為信號輸入端，即可得到施密特觸發器。12.4555時基電路及其應用4.實驗內容1）單穩態觸發器（1）按圖12-24（a）連線，取R=100K，C=47uf，輸入信號由單次脈沖源提供，用雙蹤示波器觀測波形，測定幅度與暫穩態時間。（2）將R改為1K，C改為0.1uf，輸入端加1kHz的連續脈沖，觀測

波形，測定幅度及暫穩態時間。2）多諧振蕩器（1）按圖12-25（a）接線，用雙蹤示波器觀測與vc的vo波形，測定頻率。（2）按圖12-26接線，組成占空比為50%的方波發生器。觀測波形vc的vo，測定波形參數。（3）按圖1