數(shù)字電路555定時(shí)電路及其應(yīng)用

試驗(yàn)六555定時(shí)電路及其應(yīng)用一、試驗(yàn)?zāi)康?5552555二、試驗(yàn)原理集成定時(shí)器或555電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用格外廣泛。它是一種產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的電路，由于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5K555CMOS555或556CMOS產(chǎn)品型號(hào)最終四位數(shù)碼都是7555或7556，二者的規(guī)律功能和引腳排列完全一樣，易于互換。55575555567556V＝CC+5V～+15V，200mA，CMOS+3～+18V。5556－1RST，比較器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構(gòu)成的分壓器供給A1A22/3VCC

。A1A2的輸出端掌握RSCC當(dāng)輸入信號(hào)自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3VCC

時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555321/3VCC555的3R4腳，D當(dāng)RD＝0，555輸出低電平。尋常RD 端開路或接V。CC6－1555V是掌握電壓端〔5腳，尋常輸出2/3VC

A15接一個(gè)輸入電壓，即轉(zhuǎn)變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種掌握，在不0.01μf以確保參考電平的穩(wěn)定。TT7放電通路。555定時(shí)器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個(gè)比較器來檢測(cè)電容器上的電壓，以確定輸出電平的凹凸和放電開關(guān)管的通斷。這就很便利地構(gòu)成從微秒到數(shù)格外鐘的延時(shí)電路，可便利地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。三、試驗(yàn)設(shè)備與器件1、現(xiàn)代數(shù)字電路系統(tǒng)試驗(yàn)箱 2、直流數(shù)字萬用表3、74ls555電位器、電阻、電容假設(shè)干四、試驗(yàn)內(nèi)容6－2施密特觸發(fā)器16－2施密特觸發(fā)器25556－3占空比固定的多諧振蕩器6－3占空比可調(diào)的多諧振蕩器五、試驗(yàn)預(yù)習(xí)要求15552、擬定試驗(yàn)中所需的數(shù)據(jù)、表格等。3、如何用示波器測(cè)定施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線？六、試驗(yàn)報(bào)告1、繪出施密特觸發(fā)器的傳輸特性曲線，定量繪出觀測(cè)到的波形2、分析、總結(jié)試驗(yàn)結(jié)果EDA試驗(yàn)一、QuartusII工具軟件介紹及規(guī)律門電路試驗(yàn)QuartusII軟件概述QuartusII軟件是Altera公司最版本的EDAAPEXCyclone系列、Stratix系列和Excalibur系列等型系列器件的開發(fā)。含有工作組計(jì)算、集成規(guī)律、EDA工具集成、多過程支持、增加重編譯和IP集成等特性。支持百萬I/OQuartusII開發(fā)軟件為可編程片上系統(tǒng)〔SOPC〕設(shè)計(jì)供給了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)環(huán)境。無論是使用個(gè)人電腦、NUIXLinuxQuartusII程功能。為了保證QuartusIIQuartusII必需設(shè)置license.datQuartusIIspecifyvalidlicensefile,ok對(duì)話框中選擇License.dat文件或在C盤下找到license.dat文件〔c:\alter\quartus50\license.dat。就可以進(jìn)展工程設(shè)計(jì)的一系列工作了。QuartusII輸入的設(shè)計(jì)過程可分為創(chuàng)立工程、輸入文件、工程編譯、工程校驗(yàn)和編程下載等幾個(gè)步驟。原理圖輸入的設(shè)計(jì)過程原理圖是設(shè)計(jì)人員最為生疏的電路描述方法，QuartusII供給了圖形編輯器，通.bdf原理圖文件產(chǎn)生后，需要進(jìn)展設(shè)計(jì)編譯處理、波形仿真、器件編程。為簡(jiǎn)化原理圖的設(shè)計(jì)過程，QuartusII建立了常用的符號(hào)庫，在庫中供給了各種規(guī)律功能的符號(hào)，包括宏功能〔Macrofunction〕符號(hào)和圖元〔Primitive〕等，供設(shè)計(jì)人員直接調(diào)用。現(xiàn)通過一個(gè)簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)實(shí)例說明原理圖輸入的設(shè)計(jì)過程。1：2d:\nand2_lab1nand2_lab1。D“nand2_lab1”文件夾。1QuartusII〔NewProjectWizard〕創(chuàng)立一個(gè)工程。步驟如下：1〕翻開QuartusII5.0軟件界面，在“文件”菜單下選擇“NewProjectWizard”，1.11.1NewProjectWizard點(diǎn)選第一行右側(cè)的“?”選擇工程名目為“d:\nand2_lab1”，在其次行輸入工程名稱：nand2_lab1，第三行默認(rèn)把工程名設(shè)為頂層文件名，點(diǎn)擊“next”建工程向?qū)浯雾?，如圖1.2，該窗口可為工程添加已經(jīng)編輯好的程序文件，默認(rèn)為空，點(diǎn)擊“next”，1.2NewProjectWizard1.3，F(xiàn)PGAFamily下拉框內(nèi)選擇“MAX7000SAvaliabledevices窗口選擇芯片型號(hào)為：EPM7128SLC84-15“next”1.3NewProjectWizard1.4，EDA合、仿真、時(shí)序分析等工作，本試驗(yàn)?zāi)J(rèn)不選，點(diǎn)擊“next”1.4NewProjectWizard建工程向?qū)У谖屙摚鐖D1.5，1.5NewProjectWizard該窗口為建立的工程信息，點(diǎn)擊“Finish”工程建立完畢。建立工程后，可以使Assignmentssettings2建立原理圖文件 選擇菜單File\New?，在消滅的對(duì)話框中選擇DesignFiles\BlockDiagram\SchematicFile，則翻開圖形編輯器，消滅空白的原理圖文件，如圖1.6所示。1.6QuartusII原理圖編輯器窗口左側(cè)和上方有假設(shè)干工具條按鈕，當(dāng)把鼠標(biāo)移工具條某個(gè)按鈕上，在窗口的下面可看到該工具按鈕的功能提示，使用工具條按鈕，可便利軟件的操作。編輯規(guī)律電路圖的主要工作有：調(diào)用元器件、連接元器件、定義輸入輸出等。1使用模塊符號(hào)庫調(diào)用元器件在圖形編輯器窗口下，選擇菜單Edit\InsertSymbol?或點(diǎn)擊工具欄中模塊符號(hào)圖標(biāo)，也可以直接在編輯器空白處雙擊鼠標(biāo)左鍵，消滅Symbol以選擇各種規(guī)律電路符號(hào)，便利繪制原理圖時(shí)使用。othersSymbolFiles7400name7400，OK7400，1.7。1.7選擇符號(hào)對(duì)話框primitvesSymbolFilesVccgndOK，這時(shí)窗Vccgndnand2，將它放在適宜的位置。在調(diào)用符號(hào)時(shí)，假設(shè)已經(jīng)知道符號(hào)名，也可直接在Name文字框中鍵入符號(hào)名，OKSymbol對(duì)話框左下角的三個(gè)復(fù)選框表示輸入符號(hào)的不同方式：連續(xù)輸入符號(hào)〔Repeat-insertMode、以圖表模塊形式輸入符號(hào)〔InsertSymbolAsBlock宏模塊導(dǎo)航MegaWizardPlug-InManager〔LaunchMegaWizardPlug-In。QuartusII已經(jīng)預(yù)先存放了設(shè)計(jì)中常用的電路模塊符號(hào)，在進(jìn)展原理圖設(shè)計(jì)輸入時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用。QuartusII在安裝名目c:\Altera/50/quartus/libraries/下，設(shè)有三個(gè)子名目分別存放了三個(gè)庫。megafunctions〔宏功能模塊〕宏功能模塊是參數(shù)化的模塊，模塊的各個(gè)參數(shù)由設(shè)計(jì)者為滿足設(shè)計(jì)要求自行定制，只要修改模arithmetic、門單元模gates、I/OIOstorage。others〔其它模塊〕這是一個(gè)與maxplux2兼容的模塊庫，包含74系列的器件符號(hào)和各種組合電路模塊符號(hào)，在模塊編輯器中可以查看符號(hào)內(nèi)部的電路構(gòu)造。例如，輸入二選一數(shù)據(jù)選擇器符號(hào)21mux，在模塊編輯21muxprimitves〔圖元〕緩沖器根本規(guī)律符號(hào)引腳符號(hào)storage〔觸發(fā)器〕other〔其它功能模塊pininputoutput，這兩個(gè)引腳是任何原理圖文件都要用到的引腳符號(hào)。自己創(chuàng)立模塊符號(hào)nand2-lab1。單擊某個(gè)規(guī)律符號(hào)，則該規(guī)律符號(hào)的邊框變成藍(lán)色，這個(gè)過程稱之為激活符號(hào)，符號(hào)激活后可以進(jìn)展移動(dòng)、拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制、刪除等操作。雙擊某個(gè)規(guī)律符號(hào)，可翻開該符號(hào)的底層文件，了解規(guī)律符號(hào)的功能。2符號(hào)連接在QuartusII的模塊編輯器中有“智能”連接工具〔節(jié)點(diǎn)、總線和管道工具〕可用于連接模塊和符號(hào)。管道用于連接圖表模塊，代表進(jìn)出模塊的一個(gè)或多個(gè)I/O信號(hào)的總線組。規(guī)律符號(hào)引腳之間的連接有2種方法——直接畫線法和命名法。將鼠標(biāo)移到規(guī)律符號(hào)的一個(gè)引腳上，這時(shí)鼠標(biāo)自動(dòng)變成“+”，單擊鼠標(biāo)左鍵并拖至另一規(guī)律符號(hào)引腳處松開左鍵，則完成一根連線，這就是直接畫線法。上沒有真正物理上的連接，通過規(guī)律符號(hào)引腳的引出線名稱一樣實(shí)現(xiàn)實(shí)際的連接，這就是命名法。承受命名法，圖形簡(jiǎn)潔、清楚、易讀，是廣泛使用的方法。具體操作為單擊某根連線，使連線呈紅色即激活連線，然后填寫名稱，實(shí)現(xiàn)對(duì)該連線的命名?；騊ropertiesNodeProperties對(duì)話框General線名，點(diǎn)擊確定按鈕。nodelinebuslineconduitline種連接方式可供修改。3定義輸入輸出引腳這個(gè)過程包括調(diào)用輸入輸出符號(hào)和對(duì)它們命名兩個(gè)過程。原理圖的輸入輸出必需連接相應(yīng)的引腳，并對(duì)引腳進(jìn)展命名才能使用。輸入輸出引腳包括bidir〔雙向引腳、input〔輸入引腳、output〔輸入引腳〕三種類型，可以利用調(diào)用符號(hào)的方法在符號(hào)庫中調(diào)用。調(diào)出的輸入輸出引腳要與相應(yīng)的輸入輸出連接，即對(duì)引腳進(jìn)展命名。鼠標(biāo)右鍵單擊引腳符號(hào)，翻開Properties屬性對(duì)話框，在General欄的Pinname(s)中填寫自定義的引腳名稱?；蛘哂檬髽?biāo)指向引腳符號(hào)的pin_name，雙擊鼠標(biāo)，使其襯底變黑，鍵入引腳名稱，按回車鍵，自動(dòng)指向下一個(gè)引腳的pin_name處，按同樣方法命名其它輸入輸出符號(hào)。、保存文件

1.8完整的與非門規(guī)律電路圖選擇fileSaved:\nand2_lab1nand2_lab13、工程編譯保存原理圖文件后，執(zhí)行菜單命令project/setastop-levelentity，將當(dāng)前編輯的文件設(shè)為頂層實(shí)體文件，就可以對(duì)其進(jìn)展編譯、仿真和其它操作。1.9將當(dāng)前文件設(shè)置為頂層文件翻開“Processing”“StartCompilation”1.9，編譯器將運(yùn)行預(yù)先指定的各個(gè)模塊的功能，運(yùn)行挨次依次為：編譯網(wǎng)表提取、數(shù)據(jù)庫建立、規(guī)律綜合、規(guī)律適配、定時(shí)模擬網(wǎng)表文件的提取、裝配。1.9設(shè)計(jì)工程編譯編譯成功后，編譯器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出文件。假設(shè)有錯(cuò)誤，編譯器停頓編譯，并給出錯(cuò)誤信息，雙擊錯(cuò)誤信息條，一般可給出錯(cuò)誤之處，依據(jù)“Messages”消息欄給出的錯(cuò)誤提示修改程序，保存后再次編譯，直至全部錯(cuò)誤均改正后，系統(tǒng)會(huì)彈出編譯完畢窗口，顯示零錯(cuò)誤零警告〔一般警告信息可以無視〕，單擊“確定”按鈕，消滅編譯狀態(tài)顯示窗口，如圖1.10，編譯報(bào)告給出全部編譯結(jié)果，包括硬件信息、資源占用率等信息。4、設(shè)計(jì)工程波形仿真

1.10編譯狀態(tài)顯示窗口波形仿真是在波形編輯器中將設(shè)計(jì)的規(guī)律功能用波形圖的形式顯示，通過查看波形圖，檢查設(shè)計(jì)的規(guī)律功能是否符合設(shè)計(jì)要求。波形仿真的目的是進(jìn)一步檢驗(yàn)設(shè)計(jì)文件描述的規(guī)律功能能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。波形仿真分析是驗(yàn)證規(guī)律功能正確性必不行少的環(huán)節(jié)。波形仿真的步驟包括建波形文件、設(shè)置波形仿真器、插入仿真節(jié)點(diǎn)、編輯輸入波形、運(yùn)行仿真器、檢查輸出波形是否符合設(shè)計(jì)要求。建立波形圖文件關(guān)閉編譯報(bào)告窗口后，在“文件”菜單下選擇“New”，選中“otherfiles”標(biāo)簽頁，在彈出的窗口點(diǎn)擊“VectorWaveformFile”點(diǎn)擊“OK”翻開波形編輯窗口，1.11。1.11建波形圖編輯窗口定義仿真觀測(cè)的輸入輸出節(jié)點(diǎn)在波形編輯窗口左側(cè)欄的 Name欄目下單擊鼠標(biāo)右鍵，消滅浮動(dòng)菜單，選擇“Insert\InsertNoteorBus?”消滅“InsertNoteorBus?”對(duì)話框，點(diǎn)擊“NodeFinder?”按鍵，消滅“NodeFinder”對(duì)話框，如圖1.12，查找節(jié)點(diǎn)信息，插入節(jié)點(diǎn)。在圖中“Filter：”選項(xiàng)下選擇管腳類型為“Pins：all”List可在左下側(cè)區(qū)域看到設(shè)計(jì)工程中的輸入輸出信號(hào)，單擊按鈕“》”，將這些信號(hào)選擇到“SelectedNodes”區(qū)，表示對(duì)這些信號(hào)進(jìn)展觀測(cè)。1.12“InsertNoteorBus?”插入節(jié)點(diǎn)對(duì)話框OK，1.13。1.13波形編輯窗口保存波形文件，文件名為nand2_lab1.vwf〔注：擴(kuò)展名默認(rèn)不填，文件名與工程名同名〕為輸入信號(hào)賦值波形編輯器窗口左側(cè)為信號(hào)賦值工具條，依據(jù)實(shí)際要求點(diǎn)選工具按鈕對(duì)輸入信號(hào)賦值。為便利賦值，先掃瞄一下與此有關(guān)的工具條按鈕和菜單。1為輸入信號(hào)a，b賦值：選中、b，。2設(shè)置仿真時(shí)間EditEndTime?EndTimetime100us。1.14仿真時(shí)間設(shè)置窗口再次保存波形文件，窗口如圖1.151.15定義了輸入信號(hào)的波形仿真窗口時(shí)序仿真ProcessingStartSimulation口會(huì)顯示出仿真進(jìn)程，仿真完畢后，仿真結(jié)果已傳遞給波形文件。單擊OpenSCF按鈕，可翻開波形文件，如圖1.16所示。觀看輸出的波形，即考察在輸入信號(hào)的鼓勵(lì)下，電路的響應(yīng)是否正確。圖中的窄脈沖是競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)所致。5、編程下載

1.16器件編程就是編譯和波形仿真正確后，QuartusII.pof.sofFPGAFPGA執(zhí)行設(shè)計(jì)文件描述的功能。器件編程步驟：編程硬件連接、編程文件的產(chǎn)生、運(yùn)行編程操作。器件編程操作FPGA編程硬件連接在進(jìn)展編程操作之前，首先將下載電纜的一端與PC機(jī)對(duì)應(yīng)的端口進(jìn)展相連，下載電纜的另一端與編程器件相連，下載電纜連接好后才能進(jìn)展編程器的操作。編程電PCEDAByteBlasterByteBlaster10BTGY-EDA試驗(yàn)箱的陽極頭插座，接通電源。指定目標(biāo)器件Settings對(duì)話框CagegoryDevice1.171.17FamilyMAX7000S；AvailableDeviceEPM7128SLC84-15。Showin‘Availabledevices’list別；管腳安排Assignments\PinsAssignmentEditor1.18由于設(shè)計(jì)工程已經(jīng)進(jìn)展過編譯，因此在節(jié)點(diǎn)列表區(qū)會(huì)自動(dòng)列出全部信號(hào)的名稱，在需要鎖定的節(jié)點(diǎn)名處，雙擊引腳鎖定區(qū)Location，在列出的引腳號(hào)中進(jìn)展選擇。例如，a121.18BTGY-EDAEDAa，bsLEDnand2_lab1信號(hào)名對(duì)應(yīng)器件名物理引腳號(hào)a〔輸入〕S1〔數(shù)據(jù)開關(guān)〕12b〔輸入〕S2〔數(shù)據(jù)開關(guān)〕18C〔輸出〕L17〔LED〕24選擇了器件和安排了管腳后，肯定要重運(yùn)行編譯器方能使之生效。！重編譯后的規(guī)律電路圖上消滅已安排的管腳號(hào)?？勺鲿r(shí)序仿真再次觀看仿真結(jié)果正確與否，然后進(jìn)展下一步：器件編程\配置。編程下載〔即硬件驗(yàn)證〕將下載用的十針扁平電纜一端插入計(jì)算機(jī)并行口，另一端插入EDA試驗(yàn)箱的電纜插口，接通試驗(yàn)箱電源。翻開tools菜單，選擇Programmer翻開下載窗口。彈出窗口如下圖，HardwareSetup按鈕右側(cè)顯示“NoHardwar的下載硬件，需要配置下載電纜設(shè)置。HardwareSetupHardwareSetup對(duì)話框，再點(diǎn)擊AddHardwareAddHardwareHardwaretype下拉菜單中選擇ByteBlasterMVorByteBlasterIIPortLPT1，點(diǎn)擊OKclose，即完成編程電纜的添加。過程如以下圖所示：Program/Configure選項(xiàng)，點(diǎn)擊Start，把程序下載到FPGA。此時(shí)，F(xiàn)PGA內(nèi)部已經(jīng)完成一個(gè)與非門電路設(shè)計(jì)，依據(jù)管腳安排表內(nèi)對(duì)應(yīng)的器件2到目前為止，我們已經(jīng)在Quartus下實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的設(shè)計(jì)工程。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，一些工具條和快捷按鈕的使用請(qǐng)閱讀窗口中的提示，并不斷摸索以求嫻熟把握，提高設(shè)計(jì)速度。EDA試驗(yàn)二、異步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)試驗(yàn)2：74160〔十進(jìn)制計(jì)數(shù)器〕248421BCDd:\textcount24?！瞕text〕1、創(chuàng)立工程文件利用QuartusII軟件創(chuàng)立工程向?qū)А睳ewProjectWizard〕“d:\text”count24nand2_lab12、輸入原理圖文件建立原理圖文件File\New?DesignFiles\BlockDiagram\SchematicFile2.12.1QuartusII編輯原理圖文件編輯規(guī)律電路圖的主要工作有：調(diào)用元器件、連接元器件、定義輸入輸出等。1 使用模塊符號(hào)庫調(diào)用元器件othersSymbolFiles74160name74160，OK741602.2。2.2選擇符號(hào)對(duì)話框primitvesSymbolFilesnand2OK，這時(shí)窗nand2Vcc、gnd2符號(hào)連接重復(fù)上節(jié)符號(hào)調(diào)用、符號(hào)連接、符號(hào)命名的過程，畫出count24規(guī)律電路圖，如2.33定義輸入輸出引腳count24input，輸出引腳output2分別命名為en、clk，作為計(jì)數(shù)器使能輸入、時(shí)鐘輸入；復(fù)制8個(gè)輸出符號(hào)，分別命q0、q1、q2、q3q4、q5、q6q7，分別作為計(jì)數(shù)器的個(gè)位、十位8421BCD2.4所示。一個(gè)完整的規(guī)律電路圖輸入完畢，電路如圖2.5。2.3count242.42.5count24保存文件fileSave項(xiàng)，文件放在d:\text名目下，文件名count24。3、工程編譯保存原理圖文件后，執(zhí)行菜單命令project/setastop-levelentity，將當(dāng)前編輯的文件設(shè)為頂層實(shí)體文件，就可以對(duì)其進(jìn)展編譯。翻開“Processing”菜單，點(diǎn)擊“StartCompilation”執(zhí)行完全編譯4、工程仿真建立波形圖文件在“文件”菜單下選擇“New”，選中“otherfiles”標(biāo)簽頁，在彈出的窗口點(diǎn)擊“VectorWaveformFile”點(diǎn)擊“OK”翻開波形編輯窗口。定義仿真觀測(cè)的輸入輸出節(jié)點(diǎn)在波形編輯窗口左側(cè)欄的 Name欄目下單擊鼠標(biāo)右鍵，消滅浮動(dòng)菜單，選擇“Insert\InsertNoteorBus?”消滅“InsertNoteorBus?”對(duì)話框，點(diǎn)擊“NodeFinder?”按鍵，消滅“NodeFinder”對(duì)話框，查找節(jié)點(diǎn)信息，插入節(jié)點(diǎn)。count24插入節(jié)點(diǎn)對(duì)話框如圖2.6所示。2.6count24單擊OK，消滅波形編輯器窗口。保存波形文件，文件名為count24.vwf〔注：擴(kuò)展名默認(rèn)不填，文件名與工程名同名〕為輸入信號(hào)賦值波形編輯器窗口左側(cè)為信號(hào)賦值工具條，依據(jù)實(shí)際要求點(diǎn)選工具按鈕對(duì)輸入信號(hào)賦值。1〕為時(shí)鐘信號(hào)clk賦值：?jiǎn)螕鬰lk，使其呈藍(lán)色即選中了clk，單擊為時(shí)鐘信號(hào)賦值工具按鈕，彈出Clock2.7，Period40nsOK。2.7clkenen，1en1。保存已包含輸入鼓勵(lì)信號(hào)波形文件。保存波形文件，如圖2.8。2.8時(shí)序仿真：ProcessingBeginSimulationcount242.92.9count24為便利觀測(cè)，可將q3、q2、q1、q0定義成一組總線。具體方法如下：Nameq3、q2、q1、q0選擇GroupGroup2.10GroupNameq[3..0HEX〔16OK，q[3..0]。q7、q6、q5、q4q[7..4]，方法同上。2.10定義總線的對(duì)話框現(xiàn)在