5.2.4 多谐振荡器

《数字电子技术课程设计》报告

——彩灯循环控制电路设计

摘要 本次电路设计利用555定时器、计数器等设计LED彩灯控制电路。通过按键实现如下循环特性：当按键没有按下时8个彩灯交叉循环点亮：即在前四秒内第1、3、5、7盏灯依次点亮、后四秒内8、6、4、2盏灯依次点亮，而当按键按下一次后（按下两次等效于没有按下），实现8盏灯依次循环点亮（产生灯光追逐音乐、活跃气氛的效果），并设计成同步电路模式。

用555定时器设计的多谐振荡器来提供时序脉冲，其优点是在接通电源之后就可以产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，而不需要再外加输入信号。由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，这样就使多谐振荡器产生的振荡频率受电源电压和环境温度变化的影响很小。之后脉冲信号输入到计数器，同时将计数器输出端QC、QB、QA接到译码器的输入端，当译码器输出电平为低电平时，及其相连接的LED会变亮。LED采用共阳极连接，并串上500Ω的电阻。电路由按键SPST_NC_SB控制，使彩灯进入到不同的循环模式。

电路图连接好后，经Multisim软件调试测试，电路可以实现设计要求，即实现从题中要求的交叉循环显示和音乐序列的循环显示。整体电路采用同步电路模式，采用TTL集成电路，电压Vcc均为5V。运用了所学的555定时器、译码器、计数器及逻辑门电路等相应的电路器件，提高了对于数字电子技术这门专业基础课的认识及理解，在实践中发现不足，努力改正，提高了我自学、创新等能力，同时我们也掌握了相应设计电子电路的能力，有利于今后对于专业课程的学习。

关键词：555定时器计数器译码器彩灯循环控制 目 录

引言0

1．课程设计目的2

2．课程设计要求2

3．电路组成框图4

4．元器件清单5

5．各功能块电路图5

5.1 脉冲信号发生器5

5.1.1 555定时器5

5.1.2 多谐振荡器8

5.2 顺序脉冲发生器10

5.3 彩灯循环系统15

附件1《数字电子技术》“课程思政”教学案例教育类型：□开放教育/高职教育适用专业：电子信息、通信技术等专业层次：□本科/专科课程性质：□公共必修课/□公共选修课专业必修课/□专业选修课课程名称：数字电子技术姓名：******学校（部门）：************—-2-—一、案例主题：正确对待“局部与整体”、“个人与集体”的关系。二、课程简介：《数字电子技术》是电子信息大类、电气大类、机电大类等众多专业的专业基础课程，是电子信息工程技术专业的专业核心课程，主要任务是在传授有关数字电子技术基本知识的基础上，培训分析和设计数字电路的能力。它在专业教学中起着承上启下的作用。该课程学习必须具备《电路分析基础》、《模拟电子技术》等知识，同时该课程又为后续学习《单片机原理与接口技术》、《EDA应用技术》等专业核心课程奠定了基础。三、教学内容：如何改变多谐振荡器的振荡周期和占空比。四、授课形式：理虚一体。五、案例意义：影响多谐振荡器振荡周期和占空比的因素，是围绕在555定时器旁边的电阻和电容，通过改变阻值和容值，从而可以改变振荡周期和占空比。这些电阻和电容相当于个体，电路的某一部分，与555定时器共同构成一个整体。虽然它们个体小，不起眼，但是对于最后的结果起了决定作用。从电路的部分与整体关系进行延伸，引导学生思考个人与集体的关系。个人力量虽然微小，但是集体是由个人组成，个人综合素质水平的高低也直接影响集体素质的好坏，甚至进一步会影响整个社会的发展，聚集众人微小力量，可以做大事。培养学生正向的家国情怀，帮助学生树立正确的人生观和价值观，认识到虽然不一定是在C位，但是在自己的岗位当好螺丝钉，发挥团队协作精神，能为集体为国家贡献自己的一份力量的重要性。六、案例描述：本案例选自讲授多谐振荡器的重难点——振荡周期和占空比的计算公式时的内容。—-3-—1.教学内容内容选自教材《数字电子技术项目化教程》中项目5“触摸式防盗报警电路的设计与制作”的任务5.1“多谐振荡器”。课程思政案例主要融入在多谐振荡器虚拟仿真解决振荡周期和占空比影响因素这一重难点环节中。从振荡周期和占空比的公式中，知道影响因素有哪些，进而引导学生正确对待“局部与整体”、“个人与集体”的关系。2.教学方法（1）任务驱动法在案例开始前，先引导学生查看任务书，了解本环节任务，利用虚拟仿真软件探究问题：A.若想改变振荡周期和占空比需要分别改变哪些元件？B.元件和电路之间的关系，我们是否可以看成“局部和整体”？进一步延伸，是否可以类比成“个人和集体”？它们有什么共同点？（2）分组讨论、理虚结合法发布任务后，组织学生分组讨论，确定改变的方案，用软件仿真电路，通过修改电阻和电容的元件参数，得到不同的结论，从结论逆推，归纳振荡周期和占空比的影响因素有哪些。针对结果，再次组织学生讨论，影响结果的元件之于整个电路来说，是否是最重要的核心元件？引导学生思考并回答之前任务提出的问题：这些元件和电路之间的关系与“局部和整体”，“个人和集5触摸式防盗报警电路的设计与制作5.1多谐振荡器5.2单稳态触发器5.3施密特触发器1.多谐振荡器的结构2.多谐振荡器的工作原理3.多谐振荡器的应用4.多谐振荡器的虚拟仿真—-4-—体”的相似点，并向其他同学分享自己的观念。（3）线上线下混合式教学法课前利用雨课堂分发任务书，学生登陆雨课堂了解任务安排。在讲授本教学内容时，要求学生讨论后回答的问题，以及仿真的结果通过雨课堂上传。3.教学理念以内容为依托，以主题为中心，通过虚拟仿真，帮助学生掌握影响多谐振荡器振荡周期和占空比的因素：通过改变围绕在555定时器旁边的电阻和电容的大小，可以改变振荡周期和占空比，从而引出“局部和整体”的主题。设计讨论、思辨、分享等学习任务，激发学生主动学习的兴趣，引导学生思考“个人与集体”的关系，培养学生正向的家国情怀，帮助学生树立正确的人生观和价值观。在学习任务完成过程中，既让学生掌握了本章节的教学重难点，又培养了学生思辨能力和自主学习能力。4.教学实施（1）课前准备课前通过雨课堂分发任务书，要求学生登陆雨课堂了解任务安排，要求学生通过查阅网络资源，了解个人影响集体的事例。（2）案例主题呈现发布任务，通过设问联系元件和电路之间的关系，引导学生思考是否可以将它们看成“局部和整体”？进一步延伸，是否可以类比成“个人和集体”？它们之间有什么共同点？（3）小组讨论学生取得任务后，讨论出修改电路的方案，先进行虚拟仿真测试，得到结论：围绕在555定时器旁边的电阻和电容的大小改变时，就可以改变电路输出。再组织学生回答任务当关于“局部与整体”和“个人与集体”的问题，以此为主题进行讨论。（4）观点分享—-5-—学生展示自己的修改方案和仿真结果。教师引导学生根据元件和整体电路的关系特点，分享自己对“局部与整体”和“个人与集体”的看法和事例。（5）点评总结教师点评仿真，总结重难点。继而延伸元件对于整体电路，虽然小，非核心，但是对于最后的结果起了关键作用的观点。个人力量虽然微弱，但是集体是由个人组成，个人综合素质水平的高低也直接影响集体素质的好坏，聚集众人微小力量，可以做大事。引用疫情期间，投身抗疫战斗奉献者的先进事例，点明如果每个人无论在何岗位上，都做好自己的工作，发挥团队协作精神，何愁国家不兴！5.教学创新（1）教学中使用理虚结合的模式，提高了学生的学习和动手兴趣，帮助解决了教学重难点。（2）通过启发、讨论、分享等多种方式融入思政元素，强调学生辩证性思维。主题鲜明，案例思政内容贴近时事，围绕“个人与集体”的关系，着力提高学生的团队协作精神和爱国情怀。七、案例成效与教学反思：1.案例成效（1）信息技术手段更容易激发学生的学习热情，令课堂活跃，学生理解深入。课前网络搜索查阅，利用雨课堂贯穿课前课后，有助于教师和学生的沟通和反馈，方便教师发布任务，学生获取资料，提高课堂效率。借助虚拟仿真帮助学生记忆枯燥艰涩的理论公式，深入解决教学重难点，提高学习效率。同学们理解了结论，更容易联系本案例的思政主题。（2）以任务为驱动，问题为导向，将教学知识点和思政内容融入一起，通过教师启发、小组讨论、小组分享等多种形式，形成以学生为活动中心的课堂。—-6-—2.教学反思（1）存在问题：本案例实施对于教师课前备课和课堂组织提出了较高要求，对于思政元素的把握以及课堂融入方法，学生讨论的引导方面还需要进一步加强。（2）改进思路：教师任务设计时，引导的问题不要太复杂，思政元素的主题要鲜明，结合当前热点时事，播放相关视频，更有助于引起学生共鸣。

第八章 脉冲波形的产生与整形

在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。

本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。

8.1 集成555定时器

555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、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。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。

目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。

一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。

一． 555定时器的电路结构与工作原理

1．555定时器内部结构：

（1）由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器；

（2）两个电压比较器C1和C2：

v+＞v－，vo=1；

v+＜v－，vo=0。

（3）基本RS触发器；

（4）放电三极管T及缓冲器G。

2．工作原理。

当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为ccV32和ccV31。

（1）当vI1>ccV32，vI2>ccV31时，比较器 C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平。

《数字电子技术》课程教学大纲

课程名称： 数字电子技术 英文名称： Digital Electronic Technology

课程代码: 课程类别: 必修专业基础

学 分: 2 学 时: 32

开课单位: 计算机科学与信息工程学院 适用专业: 物联网工程

制 订 人： 谭晓东 审 核 人： 黄华升

审 定 人: 陶程仁

一、课程的性质和目的

（一）课程性质

本课程是计算机与技术、物联网工程等本科专业的必修专业基础课。且为主干课程。

本课程主要讲述数字逻辑的基本概念、基本定律和基本分析方法，数字逻辑电路的特性、功能，分析方法及应用。

（二）课程目的

课程教学所要达到的目的是：

1．能正确理解本课程的基本概念、基本理论；

2．掌握数字电路的工作原理、性能和特点；

3．掌握数字电路的基本分析方法和设计方法；

4．能独立的应用所学的知识去分析和求解从工程中抽象出的逻辑问题以及与专业有关的某些数字电路的实际问题，并具有工程计算和分析能力，为后续专业课程的学习打下基础。

二、与相关课程的联系与分工

要求学生具备高等数学、大学物理、电路理论、半导体器件等方面的知识，才能进入该课程的学习，该课程为后续电子计算机及接口技术等方面的课程及专业课程中的电子电路实际应用奠定基础。

三、教学内容及要求

第一章 数制与代码

本章是学习数字逻辑电路及其工作原理的基础，应掌握各种数制、代码的特点及相互之间的转换规律。

1.1 进位计数制

1.1.1进位计数制的基本概念

1.1.2 常用进位计数制

1.2 数制转化

1.2.1 非十进制转化成十进制数

1.2.2 十进制数转化成其它进制数 1.2.3 二进制数转化成八进制数或十六进制数

1.2.4 八进制数或十六进制数转化成二进制数

1.3 常用代码

1.3.1 二—十进制码（BCD码）

1.3.2 可靠性编码