常用基本数字集成电路应用设计.docx

课程设计题目：常用基本数字集成电路应用设计

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常用基本数字集成电路应用设计
1.多谐振荡器概述
多谐振荡器是一种自激振荡器，它不需要输入触发信号，接通电源后就可自动输出矩形脉冲。由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，因此，常将矩形脉冲产生电路称为多谐振荡器。
1.1非门电路构成的多谐振荡器设计
1.1.1基本原理
门电路构成多谐振荡器
非门作为一个开关倒相器件，可用以构成各种脉冲波形的产生电路。电路的基本工作
原理是利用电容器的充放电，当输入电压达到与非门的阈值电压VT 时，门的输出状态即发生变化。因此，电路输出的脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值。
（1）不对称多谐振荡器
非对称型多谐振荡器的输出波形是不对称的，当用TTL与非门组成时，输出脉冲宽度
tw1=RC, tw2=1.2RC, T=2.2RC
调节 R和C值，可改变输出信号的振荡频率，通常用改变C实现输出频率的粗调，改
变电位器R实现输出频率的细调。

图1为不对称多谐振荡器，为了使电路产生振荡，要求U1A和U1B两个反向器都工作在电压传输特性的转折区，即工作在放大区。
（2）对称型多谐振荡器
电路完全对称，电容器的充放电时间常数相同, 故输出为对称的方波。改变R和C的值，
可以改变输出振荡频率。非门3用于输出波形整形。
一般取R≤1KΩΩ,当R1＝R2=1KΩ，C1=C2＝100pf～100µf时，f可在几Hz～MHz 变化。
脉冲宽度tw1＝tw2＝0.7RC，T＝1.4RC.

图2中，U1A和U1B两个反向器之间经电容C1和C2耦合形成正反馈回路。
(3) 石英晶体稳频的多谐振荡器
当要求多谐振荡器的工作频率稳定性很高时， 上述几种多谐振荡器的精度已不能满足要
求。为此常用石英晶体作为信号频率的基准。用石英晶体与门电路构成的多谐振荡器常用来
为微型计算机等提供时钟信号。
图3所示为常用的晶体稳频多谐振荡器。 （a） 、 (b)为TTL器件组成的晶体振荡电路； （c） 、
(d)为CMOS器件组成的晶体振荡电路， 一般用于电子表中，其中晶体的f0=32768Hz。
图3（c）中，门1用于振荡，门2用于缓冲整形。Rf是反馈电阻，通常在几十兆欧之
间选取， 一般选22MΩ。R起稳定振荡作用，通常取十至几百千欧。C1是频率微调电容器，
C2用于温度特性校正。

图4 晶体振荡器
1.1.2电路仿真
（1）非门电路的模型如图5所示
图5 非门电路模型
（2）不对称多谐振荡器
根据图 5，建立非门的模块电路，并搭建不对称仿真电路，如下图 6所示。完成电路仿
真。改变电阻 R9 和电容 C1 的数值，对输出的波形和频率有什么变化。根据电阻电容的数值，计算理论的输出频率，并与实测的频率进行比较。

图6 不对称仿真电路图

图7 仿真结果图
根据频率计算公式
改变R9阻值和C1的容量，在一定范围内，增大R9阻值会使占空比发生改变，并且使频率减小，同样，增大C1容量，会使频率减小。
（3）对称多谐振器
根据电阻电容的数值，计算理论的输出频率，并与实测的频率进行比较。

图8 对称多谐振荡器
理论频率值

图9 仿真结果图
1.2 555定时器构成的多谐振荡器设计
1.2.1 555定时器内部电路构成如图10
由电阻分压器、电压比较器、基本 RS触发器、输出缓冲反相器、集电极开路输出三极管组成。

图10 555内部电路
555 功能表

1.2.2 555定时器原理

图11 555定时器电路图
电路如图11所示，将555定时器将端和TH端相连，对地接电容C1，对电源接电阻R1和R2，为C1提供充电回路。R2为C1放电回路中的电阻，C2起滤波作用，主要用于消除高频干扰，以保证内部比较器阈值电平的稳定，这样便组成了多谐振荡器。
1.2.3 555多谐振荡器参数计算
多谐振荡器的周期T为
为Uc由1/3V充到2/3V所需的时间，为Uc由2/3V下降到1/3V所需的时间。它们的计算公式为
，
所以有

仿真电路图如图12所示

图12 仿真电路图

图13 仿真波形图
占空比：
1.2.4 555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器

图14 555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器

2． N进制计数器与显示仿真设计
2.1 由三位的十进制计数器 74LS160 构成 0－999 的计数器
K1 为计数时钟按钮，每按下一次，产生一个计数时钟，K2为异步清零时钟。

图15 0－999 的计数器
2.1.1 图15电路分析
（1）上面电路通过74ls160同步十进制加法计数器对输入秒脉冲计数，输出经4511 七段锁存译码器到数码管显示，进位输出到下一个使能端或脉冲端。
（2）按K1键，使电路产生脉冲信号，计数器加1,。
（3）74LS160的有以下功能：第一，异步清零功能。第二，同步并行置数功能。第三，计数功能。第四，保持功能。
2.2 60进制计数器
利用十进制计数器 74LS160、4511译码器、共阴极数码管、与非门 74LS00构成一个 60进制的计数器。

图16 由两片74ls160构成的60进制的计数器

图17 由两片74ls190构成的60进制的计数器
2.3 简单数字时钟设计

图18 数字时钟
利用十进制计数器 74LS160、4511译码器、共阴极数码管、与非门 74LS00、与门 74LS0设计一个时钟，要求能显示时分秒功能，小时采用 24 小时制，具有异步复位功能。秒分计数器为六十进制计数器。秒计数到六十后，对“分计数器”送入一个脉冲，进行分计数，分计数到六十后，对“时计数器”送入一个脉冲，“时计数器”是24进制计数器，实现对一天24小时计数。电子钟的显示由计数器、译码器经数码管实现。
设计总结与心得
参考文献