*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,实验七 脉冲波的产生与555运用,一、实验目的,1、掌握石英晶体振荡器及集成分频器的运用方法,2、熟习555电路的任务原理及分析方法。,3、掌握555集成定时器构成脉冲电路的方法及设计过程。,4、掌握定时元件RC对振荡周期和脉冲宽度的影响及tW计算。,二、实验器材,数字电路实验箱、双踪示波器、频率计各一台；,CD4060、32.768KHz晶振、NE555各一只；,10K、100K电阻；1uF、0.1uF电容；电位器。,三、实验原理,1、脉冲波的获得,在数字系统中，常需求各种不同频率的脉冲信号，或者需求一定宽度和幅度的脉冲信号，来完成各种不同的控制要求。有如下两种方法获得脉冲波：,1自激多谐振荡器,多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需求外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。,常用门电路和单片集成电路组成多谐振荡器、环形振荡器和石英振荡器，它不需求外接输入信号。,2脉冲整形电路,它是把外界输入信号如正弦波等变换成为脉冲波。常用门电路和单片集成电路组成单稳态触发器和施密特触发器。,下面给出了三种由TTL门构成的多谐振荡器电路,1、对称式多谐振荡器电路 2、非对称多谐振荡器电路 3、最简单的环形振荡器,这种由门电路构成的几种多谐振荡器电路难以满足要求。由于在这些多谐振荡器中振荡频率主要取决于门电路输入电压在充、放电过程中到达转换电平所需求的时间，所以频率稳定性不能够很高。,由于：,1这些振荡器中门电路的转换电平VTH本身就不够稳定，容易受电源电压和温度变化的影响；,2 这些电路的任务方式容易受干扰，呵斥电路形状转换时间的提早或滞后；,3 在电路形状临近转换时电容的充、放电曾经比较缓慢，在这种情况下转换电平微小的变化或细微的干扰都会严重影响振荡周期。,所以：TTL门多谐振荡器只适用于对频稳度要求不高的场所。,在许多运用场所下都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严厉的要求。例如在将多谐振荡器作为数字钟的脉冲源运用时，它的频率稳定性直接影响着计时的准确性。,对频率稳定度有较高要求时，必需采取稳频措施。目前普遍采用的一种稳频方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，组成石英晶体多谐振荡器。,2、石英晶体多谐振荡器,石英晶体的谐振频率由石英晶体的结晶方向和外形尺寸所决议，具有极高的频率稳定性。它的频率稳定度(fofo)可达10-610-11，足以满足大多数数字系统对频率稳定度的要求。,石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率fo，而与外接电阻，电容无关。,图示电路中，假设取TTL电路74LS04用作G1和G2两个反相器，RF=1K,C=0.01F，那么其任务频率可达几十MHz，频率稳定度可保证频率偏向在数十Hz以下。,对频率稳定度有较高要求时，必需采取稳频措施。,对照以下图接线，输出端3接LED和示波器；,1、晶体振荡器及分频实验,3Q14输出端所接的D触发器构成二分频电路，在其输出接LED，Q14、Q13分别接2个LED，察看并定性记录实验景象。,这种由门电路构成的几种多谐振荡器电路难以满足要求。,计算实验电路中555定时器运用时的实际值tw；,4、掌握定时元件RC对振荡周期和脉冲宽度的影响及tW计算。,1、掌握石英晶体振荡器及集成分频器的运用方法,555定时器构成的单稳态触发器输出脉宽和周期由什么决议？,tw实际计算值和实践测得值的误差为多少？,1这些振荡器中门电路的转换电平VTH本身就不够稳定，容易受电源电压和温度变化的影响；,Clock与OUT1是外部振荡电路输入端，OUT2为振荡反向输出端。,将555定时器的UI1和UI2连在一同接成施密特触发器，然后再将UO经RC积分电路接回输入端就构成了多谐振荡器。,输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的继续时间，而暂稳态的继续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。,对照以下图接线，输出端3接LED和示波器；,3、集成振荡/分频集成电路CD4060,CD4060是CMOS14位二进制串行计数分频器，任务电压范围3-15V。,CD4060片内集成了振荡电路，在其外引脚上只需接一个晶振和两个电容、一个电阻即可很容易地起振。,右图中Q4、Q5、Q14 分别对应于晶振频率的2n分频方波频率输出；,Reset为复位端，高电平复位，运用时接低电平；,Clock与OUT1是外部振荡电路输入端，OUT2为振荡反向输出端。,CD4060的外引脚图。,CD4060内部构造详图,从图中可见，最大214分频实践上是经过14位异步计数器级联实现的。CD4060内部未将21、22、23分频引出,CD4060构成振荡器典型电路,RC振荡器,晶体振荡器,从图中可见CLOCK、OUT1、OUT2的内部衔接与外引脚关系,555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。,由于运用灵敏、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、丈量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了运用。,4、555定时器,1 用555定时器接成的施密特触发器,将555定时器的UI1和UI2 两个输入端连在一同,2脚与6脚作为UI信号输入端，即构成施密特触,发器。,电路的回差电压为,假设参考电压由外接的电压VCC供应，那么不难看出这时：,经过改动VCO值可以调理回差电压的大小。,2用555定时器接成的单稳态触发器,假设以555定时器的UI2端作为触发信号的输入端，并将由TD和R组成的反相器输出电压UC接至UI1端，同时在UI1对地接入电容C，就构成了单稳态触发器。,电压波形图,输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的继续时间，而暂稳态的继续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。由电压波形图可知，tw等于电容电压在充电过程中,从0上升到 所需求的时间，因此得到：,通常R的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，tw的范围为几微秒到几分钟。但必需留意，随着tw的宽度添加它的精度和稳定度也将下降。,3用555定时器接成的多谐振荡器,将555定时器的UI1和UI2连在一同接成施密特触发器，然后再将UO经RC积分电路接回输入端就构成了多谐振荡器。,分析电路可知，电容上的电压UC将在VT+与VT-之间往复振荡，UC和UO的波形如下图。,由 的波形求得电容C的充电时间T1和放电时间T2各为：,故电路的振荡周期为：,振荡频率为：,经过改动R和C的参数即可改动振荡频率。,输出脉冲的占空比为：,四、实验内容,1、晶体振荡器及分频实验,在实验箱上完成以下图电路衔接,CD4060外引脚图 CD4060振荡电路衔接图,测试内容：,1用示波器依次察看Q4、Q5Q14输出端波形，记录周期，并计算出频率；并画出Q4、Q5端波形,2用频率计依次丈量Q4、Q5Q14输出信号的频率，并与前面的计算值比较；,3Q14输出端所接的D触发器构成二分频电路，在其输出接LED，Q14、Q13分别接2个LED，察看并定性记录实验景象。,4经过计算，得出CD4060各输出端实际上的输出频率，与前面的测试值列表比较。,留意：示波器在测试很低的频率时，扫描线呈闪烁状，此时估算周期即可。,想想这是为什么？,2、555多谐振荡器,对照以下图接线，输出端3接LED和示波器；,接通电源，仔细调整47K电位器RW，使555起振，这时可看到LED发光管闪烁，调理RW的值，可从示波器上观测到脉冲波形的周期发生变化；,(3)向两个方向分别调理RW，在示波器上读出使电路起振时所对应的信号波形的最大周期与最小周期，并计算出此振荡器所对应的频率。,(4)调理RW使占空比,为50%,记录此时,的波形周期，计算,频率。,3、555施密特触发器,对照以下图接线。其中555的2和6脚接在一同，用函数信号发生器提供Vp-p为5V，频率为1KHz的三角波，UI和UO端接双踪示波器。,(2)接线无误后，接通电源，在示波器的跟踪下，将输入三角波加适当的直流偏移使其为单极性三角波；,(3)调理RW，察看示波器输出波形的变化。察看并画出输入、输出波形的外形。,留意：由于函数信号发生器输出的三角波为双极性的，而555为单电源供电，因此需求给输出三角波加直流偏移，使其恰好为单极性三角波，才干提供应555做整形用，否那么回出现底部切顶景象。,4、555单稳态触发器,(1)按以下图接线，UI接1KHz延续脉冲，输出UO接示波器。,(2)调理10k电位器，在电位器的两个临界位置点，察看并画出输入、输出波形，标明脉宽，由此计算相应的占空比。,五、预习要求,1.复习 555定时器的构造和任务原理；,2.计算实验电路中555定时器运用时的实际值tw；,3.掌握555定时器的管脚陈列；,4.用EWB软件对电路进展仿真。,六、实验报告要求,1.整理并画出实验电路，标上引脚和元件值。,2.画出各实验波形，标上幅度和时间。,3.tw实际计算值和实践测得值的误差为多少？,4.对测试的数据进展讨论和误差分析。,七、思索题,1.555定时器构成的振荡器，其振荡周期和占空比的改动与哪些要素有关？假设只需改动周期，而不改动占空比应调整哪个元件参数？,2.555定时器构成的单稳态触发器输出脉宽和周期由什么决议？,3.用示波器观测很低频率的信号波形时，屏幕上扫描线呈闪烁状，这正常吗？为什么？,