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上海大学本科生课程作业题目：数字电子技术课程实践项目二课程名称：数字电子技术学院：机电工程与自动化学院*名：**学号：********题目要求：用555定时器构成的单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器进行设计和仿真 1.单稳态触发器：1.1 工作原理：单稳态电路的组成和波形下图所示。
当电源接通后，Vcc 通过电阻R 向电容C 充电，待电容上电压Vc 上升到2/3Vcc 时，RS 触发器置0，即输出Vo 为低电平，同时电容C 通过三极管T 放电。
当触发端2的外接输入信号电压Vi ＜1/3Vcc 时，RS 触发器置1,即输出Vo 为高电平，同时，三极管T 截止。
电源Vcc 再次通过R 向C 充电。
输出电压维持高电平的时间取决于RC 的充电时间，当t=t W 时，电容上的充电电压为；CC RC tCC C V e V v w 321=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-，所以输出电压的脉宽 t W =RCln3≈1.1RC 。
一般R 取1k Ω～10M Ω，C ＞1000pF 。
值得注意的是：t 的重复周期必须大于t W ，才能保证放一个正倒置脉冲起作用。
由上式可知，单稳态电路的暂态时间与VCC 无关。
因此用555定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器。
单稳态电路的电路图和波形图1.2 555单稳态触发器的设计：1.2.1 电路设计基本原理：单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。
在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，在自动返回稳态；暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。
由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。
按电路结构的不同，单稳态触发器可分为微分型和积分型两种，微分型单稳态触发器适用于窄脉冲触发，积分型适用于宽脉冲触发。
无论是哪种电路结构，其单稳态的产生都源于电容的充放电原理。
用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，其暂稳态维持时间为T w=lnRC=1.1RC,仅与电路本身的参数R、C 有关。
仿真实验报告册仿真实验课程名称：数字电子技术实验仿真仿真实验项目名称：基于555定时器的多谐振荡器的设计仿真类型（填■）：（基础□、综合□、设计■）院系：物理与机电工程学院专业班级：13电子（2）班姓名：学号：指导老师：刘堃完成时间：2014.03.25成绩：一、实验目的1、熟悉555集成时基电路的电路结构、工作原理及其特点；掌握555集成时基电路的基本应用。
2、掌握Multisim10软件在数字电子技术实验中的应用。
二、实验设备Multisim10软件。
三、实验原理 （1）555定时器集成芯片555是一种能够产生时间延迟和多种脉冲信号的控制电路，是数字、模拟混合型的中规模集成电路。
芯片引脚排列如图1所示，内部电路如图2所示。
电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，广泛应用于信号的产生、变换、控制与检测。
它的内部电压标准使用了三个5 k Ω的电阻，故取名555电路。
电路类型有双极型和CMOS 型两大类，两者的工作原理和结构相似。
几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS 产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。
555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。
双极型的555电路电源电压为+5 V ~ +15 V ，输出的最大电流可达200 mA ；CMOS 型的电源电压是+3 V~+18 V 。
555内部电路有两个电压比较器、基本RS 触发器和放电开关管T 。
比较器的参考电压由三只5 k Ω的电阻分压提供，比较器A 1同相端参考电平为CC V 32、比较器A 2的反相端参考电平为CC V 31。
A 1和A 2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号超出CC V 32时，比较器A 1翻转，触发器复位，555的输出端○3脚输出低电平，开关管导通，电路充电。
当输入信号低于CC V 31时，比较器A 2翻转，触发器置位，开关管截止，电路放电，555的○3脚输出高电平。
CD4047BE单稳态触发器原理及应用多谐振荡器是一种自激振荡电路。
因为没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态电路。
具体地说，如果一开始多谐振荡器处于0状态，那么它在0状态停留一段时间后将自动转入1状态，在1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。
和是两个反相器，和是两个耦合电容，和是两个反应电阻。
只要恰当地选取反应电阻的阻值，就可以使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。
上电时，电容器两端的电压和均为0。
假设某种扰动使有微小的正跳变，那么经过一个正反应过程，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，电路进入第一个暂稳态。
电容和开始充电。
的充电电流方向与参考方向相同，正向增加；的充电电流方向与参考方向相反，负向增加。
随着的正向增加，从逐渐上升；随着的负向增加，从逐渐下降。
因为经和两条支路充电而经一条支路充电，所以充电速度较快，上升到时还没有下降到。
上升到使跳变为。
理论上，向下跳变，也将向下跳变。
考虑到输入端钳位二极管的影响，最多跳变到。
下降到使跳变为，这又使从向上跳变，即变成，电路进入第二个暂稳态。
经一条支路反向充电〔实际上先放电再反向充电〕，逐渐下降。
经和两条支路反向充电〔实际上先放电再反向充电〕，逐渐上升。
的上升速度大于的下降速度。
当上升到时，电路又进入第一个暂稳态。
此后，电路将在两个暂稳态之间来回振荡。
和一个耦合电容。
反应电阻使的静态工作点位于电压传输特性的转折区，就是说，静态时，的输入电平约等于，的输出电平也约等于。
因为的输出就是的输入，所以静态时也被迫工作在电压传输特性的转折区。
的矩形波。
根据傅里叶分析理论，频率为的矩形波可以分解成无穷多个正弦波分量，正弦波分量的频率为〔〕，如果石英晶体的串联谐振频率为，那么只有频率为的正弦波分量可以通过石英晶体〔第个正弦波分量，〕，形成正反应，而其它正弦波分量无法通过石英晶体。
频率为的正弦波分量被反相器转换成频率为矩形波。
第五章技能训练训练一用集成施密特触发器设计单稳态触发器和多谐振荡器一、训练目的1.验证集成施密特触发器的逻辑功能。
2.熟悉集成施密特触发器的几种典型应用。
二、训练内容１．自选TTL或ＣＭＯＳ集成施密特触发器。
２．用集成施密特触发器设计一个脉冲宽度tW＝１００μs的单稳态触发器。
允许误差为±１５％。
３．用集成施密特触发器设计一个振荡频率为f=10kＨz的多谐振荡器。
三、预习要求１．熟悉所选用集成施密特触发器的功能及外引线排列，并画出接线图。
２．复习用施密特触发器组成单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理。
查阅资料进行设计。
３．写出设计过程，列出所选用Ｒ和Ｃ的参数值（指标称值）及型号，并画出电路图。
４．认真阅读３．６技能训练中故障的检查与排除。
四、训练要求１．自拟单稳态触发器和多谐振荡器的测试调整步骤。
２．测试并记录单稳态触发器输入波形和输出波形的参数（如脉冲幅度、宽度、上升沿和下降沿的时间）。
３．测试并记录多振荡器输出脉冲的周期。
４．将估算的单稳态触发器输出脉冲宽度、多谐振荡器的振荡周期与实测值进行比较，分析产生误差的原因。
５．对于技能训练中产生的故障，应独立分析产生的可能原因，学习利用仪表查找和排除故障。
训练二但稳态触发器的设计与调试一、训练目的1.熟悉集成单稳态触发器的功能及ＲＣ定时元件的变化对输出脉冲宽度的影响。
2.熟悉集成单稳态触发器的几种典型应用。
二、训练内容1.自选ＴＴＬ或ＣＭＯＳ集成单稳态触发器。
2.利用集成单稳态触发器分别设计输出脉冲宽度tW=100μs和延迟时间为２５０μs的电路（允许误差均为±１５％）。
3.用集成单稳态触发器构成一个脉冲宽度tW可在0.2ms到１ms之间连续调节的单稳态触发器。
三、预习要求1.熟悉所选用集成单稳态触发器的功能和外引线排列，并画出接线图。
2.写出设计过程，列出所选用外接元件Ｒ和Ｃ的参数（标称值），并画出电路图。
四、训练要求1.自拟单稳态触发器的测试调整步骤。
实验十七单稳态触发器与施密特触发器一、实验目的1.掌握门电路组成单稳态触发器的方法。
2.熟悉数字单稳态触发器的逻辑功能及其使用方法。
3.熟悉数字集成施密特触发器的性能及其功能。
二、实验原理1.单稳态触发器具有以下特点：①电路只有一个稳态、一个暂稳态。
②在外来触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。
③暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到原态。
暂稳态的持续时间取决于RC电路的参数值。
由于单稳态触发器具有以上这些特点，它被广泛的应用于脉冲波形的变换与延时中。
单稳态电路有微分型与积分型两大类，这两类触发器对触发脉冲的极性与宽度有不同的要求。
（1）微分型单稳态触发器它的两个逻辑门是由RC耦合的，而RC电路为微分电路的形式，故称为微分型单稳态触发器。
它可由与非门或或非门电路构成，这里我们只看由与非门组成的情况，电路图如下所示：图17-1 微分型单稳态触发器该电路是负脉冲触发。
其中，Rp、Cp构成输入端微分直流电路。
R、C构成微分型定时电路，定时元件R、C的取值不同，输出脉宽t w也不同，t w≈（0.7~1.3）RC。
与非门，G3起整形、倒相的作用。
下面图17-2为微分型单稳态触发器各点的波形图，一般说来，单稳态触发器有以下几种状态：①没有触发信号（t<t1）时，电路处于初始稳态。
②外加触发信号（t=t1时刻），电路由稳态翻转到暂稳态。
③持续暂稳态一段时间，t1<t<t2。
④当t=t2时，电路由暂稳态自动翻转。
⑤恢复过程（t2<t<t3），自动翻转时电路不是立即回到初始稳态值，而是要有一段恢复时间的。
当t>t3后，如果Vi再出现负跳变，则电路将重复上述过程。
如果脉冲宽度较小时，则输入端可省去Rp、Cp微分电路了。
图17-2 微分型单稳态触发器各点波形图(2) 积分型单稳态触发器如下图所示：图17-3 积分型单稳态触发器电路采用正脉冲触发，触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度的情况，其工作波形如图17-4所示。
实验五 555定时器的应用仿真实验一、实验目的：1、熟悉555定时器的工作原理。
2、掌握555定时器的典型应用。
3、掌握基于multisim 的555定时器应用仿真。
二、实验原理：555定时器是一种常见的集数字与模拟功能于一体的集成电路。
通常只要外接少量的外围元件就可以很方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等多种电路。
其中：（1） 构成施密特触发器，用于TTL 系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等； （2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。
555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路。
U1LM555CM GND 1DIS 7OUT3RST 4VCC8THR 6CON5TRI 2GND——1脚，接地；TRI——2脚，触发输入；OUT——3脚，输出；RES——4脚，复位（低电平有效）；CON——5脚，控制电压（不用时一般通过一个0.01F μ的电容接地）；THR ——6脚，阈值输入；DIS——7脚，放电端；VCC——8脚，+电源555定时器功能表输 入输 出阈值输入(THR)触发输入(TRI)复位(RES)输出(OUT)放电端（DIS ）× × 0 0 导通1 1 截止1 0 导通1 不变 不变1、 555组成时基振荡电路：图5.1.1是555振荡电路，从理论上我们可以得出： 振荡周期： C R R T ⋅+=)2(7.021 高电平宽度： C R R t W ⋅+=)(7.021 占空比： q =21212R R R R ++图5.1.1 时基振荡 图5.1.2单稳态触发2、 555组成单稳触发电路：图5.1.2为555单稳触发电路，我们可以得出(3)脚输出高电平宽度为：RC t W 1.1=3、 555定时器构成多谐振荡器：矩形波信号的周期取决于电容器充、放电回路的时间常数，输出矩形脉冲信号的周期C R R T )2(7.021+≈三、实验内容：1. 时基振荡发生器：(1). 单击电子仿真软件Multisim 基本界面左侧左列真实元件工具条“Mixed ”按钮，如图3.12.4所示，从弹出的对话框“Family ”栏中选“TIMER ”，再在“Component ”栏中选“LM555CM ”，如图5.3.2所示，点击对话框右上角“OK ” 按钮将555电路调出放置在电子平台上。
年级_______班级_____学号________________姓名________________成绩_______实验五单稳态触发器和多谐振荡器一、实验目的1．研究555单稳态触发器的功能。
2．研究由555构成的多谐振荡器的功能。
二、实验器材5V直流电源1个逻辑开关1个逻辑探头1个555定时器1个信号发生器l台双踪示波器l台电容器1üF、100üF、0.02üF各1个0．01üF2个电阻200kΩ、100KΩ、72kΩ、48kΩ、10 KΩ、5 KΩ、1 KΩ各1个三、实验准备单稳态触发器具有三个特点：第一，有一个稳态和一个暂稳态；第二，在外来触发脉冲的作用下，能够从稳态翻转为暂稳态：第三，暂稳态维持一段时间以后将自动返回稳态而暂稳态的维持时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。
图5-1 555单稳态触发器图5-1电路可用来验证555单稳态触发器的逻辑功能。
图中TRI为下沿触发脉冲输入端，由时钟脉冲逻辑开关CLOCK提供下沿触发脉冲。
逻辑探头Output可显示单稳电路的输出状态，稳态时Out=0，暂稳态时Out=1。
暂稳态的维持时间t w由RC电路的时间常数来决定，其计算公式为t w≈1.1RC图5-2 555单稳电路的时间波形图5-2为测试555单稳态触发器时间波形的电路。
信号发生器将一系列短周期方波脉冲加到单稳电路的下沿触发输入端TRI，示波器将显示触发输入端TRI和输出端Out的波形。
图5-3是一个用555定时器连成的多谐振荡器电路。
电路的振荡频率用输出矩形波的占空比由外接元件R A、R B和C1决定。
C2为控制输入端CON的旁路电容，对振荡频率没有什么影响，在有些情况下可以去掉。
振荡频率f由输出脉冲的周期求出，即占空比q为用百分数表示的多谐振荡器输出高电平的时间t2与周期T之比，即对于图5-3所示的多谐振荡电路，在一周内输出低电平的时间t1、输出高电平的时间t2、振荡周期T、振荡频率吸占空比q的近似值可由下列公式求出图5--3 555多谐振荡器四、实验步骤1．在EWB平台上建立如图5--1所示的实验电路，这是一个验证单稳态触发器逻辑功能的虚拟实验电路。
