数控分频器讲义培训

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1、 一 题目要求与技术方案论证.2 1.1程序计数分频器.2 1.1.1题目要求.2 1.1.2 技术方案论证.2 1.2（实训题题目）波形发生器与计数器.4 1.21题目要求.4 1.2.2技术方案论证.4 二 电子线路设计与实现.6 2.1程序计数分频器电路设计.6 2.2波形发生器与计数器电路设计.6 三 结果与分析.8 3.1程序计数分频器的实现.8 3.2.1波形发生与计数器的实现.8 3.2.2 实际效果.10 四 归纳总结与体会.12 参考文献.13 附录.14 波形发生与计数器焊接PCB图.15 一 题目要求与技术方案论证 1.1 程序计数分频器 1.1.1 题目要求 用已经掌握

2、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 C B A n分频脉冲 L L H 2 L H L 3 L H H 4 H L L 5 H L H 6 H H L 7 H H H 8 1.1.2 技术方案论证 图 1 系统整体模块图 表2 74LS138功能表 输入 输入 输出 G1 G2A G2B C B A Y0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y7 X H X X X X H H H H H H H H

3、 X X H X X X H H H H H H H H L X X X X X H H H H H H H H H L L L L L L H H H H H H H H L L L L H H L H H H H H H H L L L H L H H L H H H H H 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 H L L L H H H H H L H H H H H L L H L L H H H H L H H H H L L H L H H H H H H L H H H L L H H L H H H H H H L H H L L H H H H H H

4、H H H H L 表3 74LS195D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，Y0Y7输出的都是高电平，若G1输入低电平，Y0Y7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Y0Y7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

5、，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。OPERATING MODES INPUTS OUTPUTS MR PE J K Pn Q0 Q1 Q2 Q3 ASYNCHRONOUS L X X X X L L L L SHIFT,SET FIRST STAGE H H h h X H q0 q1 q2 Shift,reset first H h l l l L q0 q1 q2

6、 Shift,Toggle First Stage H h h l l q0 q0 q1 q2 Shift,Retain First Stage H h l h h q0 q0 q1 q2 Parallel load H l X X Pn p0 p1 p2 p3 图2 74LS195时序图 1.2（实训题题目）波形发生器与计数器 1.21 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

7、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 技术方案论证 表374LS90芯片功表 图3 74LS90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

8、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

9、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。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38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

10、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

11、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。U174LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5VCC5VVCC5VJ2Key=AJ1Key=BJ3Key=CU274LS195DA4B5C6D7K3QA15QB14QC13QD12J2CLR1SH/LD9CLK10QD11U374LS195DA4B5C6D7K3QA15QB14QC13QD12J2CLR1SH/LD9CLK10QD11XLA1CQT1F

12、V1500kHz 5 V GNDJ4Key=D U174LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U24511BP _5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3U34511BP _5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3U474LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023R1300R2300R3300R4300R5300R6300R7300R8300R9300R10300R11300R12

13、300R13300R14300VCC5VJ2Key=SpaceU7A B C D E F GCKU8A B C D E F GCKR15300R162.0kD102DZ4.7VEE-5VVCC5VR1720kR1810kVEE-5VVCC5VR2010kXSC1ABGTR21200K_LINKey=A 50%C11.0nFU9BLM324M561147U6BLM324M561147 图7 波形发生器与计数器仿真图 分析左侧波形产生部分。在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。设输出电压偏于正向饱和值，加到电压比较器同相端的电压为+FVz,而加于反相器的电压，由于电容

14、器C上的电压Vc不能突变，只能有输出电压V0通过电阻R19按指数规律向C充电来建立。显然，当加到反相器的电压Vc略正于+FVz时，输出电压便立即从正饱和值（+Vz）迅速翻转到负饱和值（Vz），Vz又通过R19对C进行反向充电，直到Vc略负于FVz值时，输出状态在翻转回来。如此循环，便形成了矩形波输出。将滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统。比较器输出的矩形波经积分器积分便可得到三角波。分析右侧计数电路部分。计数部分采用74LS90芯片结合接地电源和接开关的5V电源来控制完成计数功能。计数器采用下降沿触发计数，当波形达到下降沿时，计数器累加。数码管由00到99进行累加计数。累加速度和左侧

15、波形变化速度保持一致。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:电路的振荡频率：1191604RwCRRf 方波的幅值：ZUU0 三角波的幅值：1619RURUZlm 三 结果与分析 3.1 程序计数分频器的实现 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。例如：当CBA输入111时，01234567YYYYYYYY输出01111111。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

16、，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。图8 程序分频器仿真结果（八分频）3.2.1 波形发生与计数器的实现（1）在电容 C1 为 1uf,电位器R21阻值为 100k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：msmsT4001004，HZTf5.21 图 9 R21=100k时的波形图（2）在电容C1为1uf,电位器R21阻值为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：msmsT2501005.2HZTf41 图10 R2

17、1=100k时的波形图 （3）当计数显示以 1HZ频率时，计下当前电位器的阻值。R21=120k 图 11 f=1HZ时的波形 3.2.2 实际效果 焊接完成的电路，在接入0.5V电压下实现计数功能的效果图和多圈电位器的阻值调到50k和 100k情况下的波形图如下。如图12所示，该图为焊接完成的电路在接入5V电压下实现的计数功能。实际观察时，可以发现数码管从0计数到99。当按下按钮后，从0开始重新计数。如图9和图10分别是多圈电位器的阻值在50k和 100k情况下的波形图。由图 9 观察可知，此时波形周期T=5.0*50ms=250ms，即其频率为f=4Hz；而 图10 的 波 形 周 期 为

18、T=5.1*100ms=510ms，即其频率为 f=1.96Hz。分析图 12 电路板实物图 可知，改变多圈电位器的阻值可以改变波形的周期。图13 R21=100k情况下波形 图 14 R21=50k情况下波形 图 15f=1HZ的波形图 四 归纳总结与体会 两周的数电实训让我们对数电方面的知识以及芯片 74LS138、74LS195D 有了更深的了解，也让我们认识到了数电是怎样运用到实际方面的，在做数电设计时所用到的mulitisim仿真软件更是做数电设计时必不可少的好助手。这次做的程序计数分频器的结构主要包括一块 74LS138芯片和两块74LS195D芯片，虽然看上去结构有点简单，但它实

19、现的功能却不简单，它可以通过控制开关来实现程序计数的分频，该程序计数分频器可实现2-8的分频，另外做的波形发生器和计数器虽然一半是模拟电路一半是数字电路，但它却让我们看到了模电和数电的融合，这就暗示了我们在学好数电的同时还得学好模电，因为模拟和数字的结合在现在的电子领域中运用非常广泛，学好了数电和模电肯定会在以后的工作中大有帮助的。参考文献 1 74LS138芯片介绍， 2 康华光，陈大钦等.电子技术基础模拟部分m.高等教育出版社，2008 3 康华光，邹寿彬等.电子技术基础数字部分m.光通信技术，2008 4 黄志伟,李传奇等.电子电路计算机仿真设计与分析m.电子工业，2008 附录 波形发

20、生与计数器焊接元件清单（元件标号是指在仿真图中的元件的标号）名称 参数 单套数量 名称 参数 单套数量 电阻 300 1%,0.125 14 芯片 74HC90 2 电阻 1k 1%,0.125 1 芯片 74HC4511 2 电阻 2k 1%,0.125 1 按钮 轻触4.5mm*4.5mm 1 电阻 10k 1%,0.125 2 稳压二极管 4.7V 1 电阻 20k 1%,0.125 1 数码管 共阴 2 电阻 50k 1%,0.125 1 DIP 座子 14 脚 3 多圈电位器 3296，200k 1 DIP 座子 16 脚 2 电容 0.022uF 1 PCB 板 1 电容 0.1uF 1 PCB 光绘网架等 电容 1uF 1 松香 芯片 LM324 1 焊锡丝 波形发生与计数器焊接 PCB 图 .（.）成立于2004年，专注于企业经管培训。课程设计独创性声明：学生签名：指导教师评语：课程设计成绩：指导教师签名：教研室意见：教研室主任签名：