时钟分频器课程设计.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y

电子装备设计
时钟电路及分频器设计

学院名称： 京 江 学 院
专业班级： 电子信息工程 1002
学生姓名： 888888
指导教师姓名： xx

2014年1月9日

时钟电路及分频器设计
摘要：
时钟信号是通信系统及其他相关系统中的重要组成部分，系统可通过配置振荡器，加外接典型电路产生振荡信号，再通过 n 级二进制分频器得到不同频率的时钟信号。振荡电路可配置适当的外围元件产生一定频率的振荡时钟作为分频电路的时钟源，本系统要求振荡时钟配置为4.096MHz，也可输入外部时钟源。系统配置的振荡时钟分频后要求输出不同的时钟频率。掌握任意进制分频器的设计方法。掌握同步计数器74LS161多级级联的方法。研究不同连接方式时对分频数的影响。

关键词： 时钟，分频器，计数器，74LS161

第一章 引言
分频器和计数器是数字电路和自动控制电路中极重要的一种单元电路，分频器由最高位输出分频模数，计数器由其内部各级触发器输出不同的计数模数。随着中规模电路的出现，分频器的设计方法，主要是合理灵活地应用计数器芯片，实现任意进制分频。

第二章 设计要求与设计思路
一、 设计要求
设计包括时钟震荡电路和分频电路两部分。
振荡电路可配置适当的外围元件产生一定频率的振荡时钟作为分频电路的时钟源，本系统要求振荡时钟配置为4.096MHz，也可输入外部时钟源。
系统配置的振荡时钟分频后要求输出以下时钟信号：
Q1： 输出时钟频率为 2048 KHz；
Q2： 输出时钟频率为 1024 KHz；
Q3： 输出时钟频率为 512 KHz；
Q4： 输出时钟频率为 256 KHz；
Q5： 输出时钟频率为 128 KHz；
Q6： 输出时钟频率为 64 KHz；
Q7：输出时钟频率为 32 KHz；
Q8：输出时钟频率为 16 KHz；
Q9：输出时钟频率为 8 KHz；
Q10：输出时钟频率为 4 KHz；
Q11：输出时钟频率为 2 KHz；
Q12：输出时钟频率为 1 KHz 。

二、 设计思路
时钟起振电路，可以有多个方案：
1. 用非门设计构成晶振振荡器,晶振为4MHz；
2. 555时基电路构成多谐振动器。
分频器采用三个74LS161计数器构成多频率输出。分频器和计数器是数字电路和自动控制电路中极重要的一种单元电路，分频器由最高位输出分频模数，计数器由其内部各级触发器输出不同的计数模数。随着中规模电路的出现，分频器的设计方法，主要是合理灵活地应用计数器芯片，实现任意进制分频。

第三章 、电路设计

（一）时钟震荡电路

1.方案一：此电路是由两个反相器及两个电容C1和一个晶振连接起来的正反馈振荡电路，并设法使反相器工作在放大状态，即给他们设置适合的偏置电压，这个偏置电压可以通过在反相器的输出端与输出端之间接入反馈电阻来得到。由石英晶体的电抗频率特性可知：石英晶体的多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率f0，而与外接的电阻和电容无关。

元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
1
U1A、U2B
74LS04
2个
2
R1、R2
1K
2个
3
X1
4MHZ
1个
4
U4A
74ls74
1个
5
C1
10nf
1个

结论：
石英晶体的多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率f0，而与外接的电阻和电容无关。

2.方案二：下图的多谐振荡器由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器。脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个稳态，利用电源通过R1、R2、向C充电，以及C通过R2向放电端Dc放电，使电路产生震荡，电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间放电和充电，从而在输出端得到一系列的矩形波。

元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
1
R1、R2
4.7K
2个
2
C1、C2
100nf、10nf
2个
3
555定时器

1个

结论：通过改变R和C的参数可以改变振荡频率。

（二） 分频器设计电路
74LS161是一种四位二进制可预置的同步加法计数器，图3-4-1是其引脚图

从功能表中可知，当清零端Cr=0时，计数器输出QA=QB=QC=QD=0。当Cr=1，LD=0，CP脉冲的上升沿作用后，74LS161内部触发器的输出端QA、QB、QC、QD的状态分别与数据输入端A、B、C、D状态相同，称为置数工作状态。而当Cr=LD=1时，P、T中有一个为0时，计数器不计数，输出端状态不变。只有当Cr=LD=P=T=1、CP端在脉冲上升沿作用后，
计数器加1。此外74LS161还有一个进位输出端OC，其逻辑关系是OC=QA .QB .QC .QD.T。

分频器设计电路如下，由三个74LS161计数器串联得到，置数端ABCD均接地置）；ENP、ENT等使能端置1。

在U6中：
2端口输入由振荡器产生的时钟信号——4.096Mhz的方波；
14端口QA输出时钟频率为：2048khz；
13端口QB输出时钟频率为：1024Khz；
12端口QC输出时钟频率为：512Khz；
11端口QD输出时钟频率为：256Khz；

在U7中：
2端口输入由U6的11端口QD输出的时钟信号——256khz的方波；
14端口QA输出时钟频率为：128khz；
13端口QB输出时钟频率为：64Khz；
12端口QC输出时钟频率为：32Khz；
11端口QD输出时钟频率为：16Khz；

在U8中：
2端口输入由U7的11端口QD输出的时钟信号——16khz的方波；
14端口QA输出时钟频率为：8khz；
13端口QB输出时钟频率为：4Khz；
12端口QC输出时钟频率为：2Khz；
11端口QD输出时钟频率为：1Khz；

元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
1
U6、U7、U8
74LS161
3个

总结：
通过本次课程设计，让我重温电路知识同时更加深入的理解振荡电路的起振原理。设计了多方案解决问题，选取最佳方案的思路，不仅可以扩展思维方法，还可以提高设计的质量。
74ls161计数器不仅可以用于计数，在本设计里还可以用于分频其设计，将高频时钟信号实现任意二进制分频。
本课程设计中，理论与实际结合，将理论转化为具体的实现方案，让我学有所用，提高实践动手能力和多思路解决问题的能力。在这里还要感谢指导老师的指点和帮助。

参考文献:
1、 <<数字电子技术实验教程>> 化学工业出版社 周晓霞、蒋彦等编;
2、 <<数电电子技术>> 机械工业出版社 成立、王振宇等编；
3、 <<电子装备设计技术>> 西安电子科技大学出版社 高平、贾建援等编；
4、 <<电路原理>> 机械工业出版社 范承志 等编