1、1电工电子基础实验电工电子基础实验A第第5次课次课实验内容实验内容计数与分频电路计数与分频电路 P194 1 P194 2 P194 3连续时间系统的模拟连续时间系统的模拟21P194-1v74LS161是同步置数，异步清零十六进制是同步置数，异步清零十六进制（M=16），其管脚图和功能表见后或参见），其管脚图和功能表见后或参见电电工电子实验手册工电子实验手册P91v用模用模N的计数器构成模的计数器构成模M的计数器的计数器(NM)，一般，一般采用同步置数的方法。可采用置最小数法、置采用同步置数的方法。可采用置最小数法、置“0”法和置最大数法。基本思想是使计数器从法和置最大数法。基本思想是使计数
2、器从预置状态开始计数，当计到满足模值为预置状态开始计数，当计到满足模值为M的终的终止状态时产生置数控制信号，下一止状态时产生置数控制信号，下一CP周期进行周期进行置数，重复计数过程，从而实现模置数，重复计数过程，从而实现模M的计数。的计数。用用74LS161设计设计M7的计数器，测试并的计数器，测试并记录记录CP、QA、QB、QC、QD各点波形。各点波形。1-1、设计思路、设计思路3传统逻辑符号传统逻辑符号74LS161管脚图管脚图474161功能表 时钟清零预置预置使能使能预置数据输入预置数据输入574161 时序图时序图 CrLDABCDCPPTQAQBQCQD12131415012清除置
3、数计数保持OC清零预置时钟使能进位6v置最小数法：置最小数法：同步预置最小数，最小数同步预置最小数，最小数=NM。本例中最小数本例中最小数=16-7=9，即计数器从，即计数器从“1001”计计到到“1111”时，下一时，下一CP脉冲置数（利用脉冲置数（利用QCC反相反相后置数）。后置数）。v置置“0”法：法：同步预置数为全同步预置数为全“0”。反馈状态为。反馈状态为（M1），本例中反馈状态为），本例中反馈状态为71=6，即计数，即计数器从器从“000”计到计到“0110”时，下一时，下一CP脉冲置数脉冲置数（利用（利用QC、QB与非后置数）。与非后置数）。v置最大数法：置最大数法：预置数为计数
4、器工作循环中的最预置数为计数器工作循环中的最大数，最大数大数，最大数=N。反馈状态为（。反馈状态为（M2），本），本例中反馈状态为例中反馈状态为72=5，即计数器从，即计数器从“1111”计计到到“0101”时，下一时，下一CP脉冲置数利用脉冲置数利用QC、QA与与非后置数）。非后置数）。7v双踪示波器观测波形按如下顺序双踪示波器观测波形按如下顺序先观测先观测CP和和QD，且用，且用QD通道的信号作内通道的信号作内触发信号（因上升沿最少），判读触发信号（因上升沿最少），判读CP和和QD的关系是否正确。确认的关系是否正确。确认QD波形一周期波形一周期的头和尾的位置。的头和尾的位置。保持观测保持观
5、测QD，原观测，原观测CP的通道依次改为的通道依次改为观测观测QC、QB、QA。判读。判读QD 和其它波形和其它波形的关系是否正确，并确认的关系是否正确，并确认QC、QB、QA波形一周期的头和尾的位置（与波形一周期的头和尾的位置（与QD波形波形一周期的头和尾的位置一致）。一周期的头和尾的位置一致）。1-2 调测调测8v通常需画出通常需画出CP波形，波形，CP波形的周期数为输波形的周期数为输出序列模长再加出序列模长再加2个个CP周期。周期。v核对输出序列与核对输出序列与CP波形的时间关系（波形宽波形的时间关系（波形宽度、输出翻转对应度、输出翻转对应CP的上升沿的上升沿）。）。v输出序列信号波形与
6、输出序列信号波形与CP波形等长。标注符号。波形等长。标注符号。1-3 画多路波形图的注意事项画多路波形图的注意事项CPQAQBT92、P194-2设计一个分频比设计一个分频比N=5的整数分频电路，观察并记的整数分频电路，观察并记录时钟和输出波形录时钟和输出波形2-1、设计思路、设计思路v可考虑使用可考虑使用74LS161构成一个构成一个M=5的计数器，从的计数器，从M=5计数器的最高位获得计数器的最高位获得N=5分频后的输出波分频后的输出波形。此波形的占空比是非对称的。如下图：形。此波形的占空比是非对称的。如下图：FinFout10v为了获得对称占空比的为了获得对称占空比的N=奇整数奇整数分频
7、波形（分频波形（N=5），），可先设计一个可先设计一个M=|N/2|(取整取整)的计数器，再添加一个异的计数器，再添加一个异或门和一个或门和一个D触发器。电路及波形如下：触发器。电路及波形如下：FinF(N/2)Fout113P194-3v本题未规定使用的集成电路型号，考虑到本章节是本题未规定使用的集成电路型号，考虑到本章节是计数器的内容，一般理解为使用计数器外加其它集计数器的内容，一般理解为使用计数器外加其它集成电路，设计方法很多。成电路，设计方法很多。v方案一：此设计序列码的模长方案一：此设计序列码的模长M=5。分析。分析74161（或（或74160）计数器在计数状态的输出端信号，其）计数
8、器在计数状态的输出端信号，其最低位最低位QA的输出为的输出为“01010”，将其反相，即可得所，将其反相，即可得所需序列信号。需序列信号。v方案二：考虑使用方案二：考虑使用74LS161加加74LS151和少量门电路和少量门电路组成。组成。74LS161组成模组成模M=5（000101）的计数器，）的计数器，为为74LS151提供地址信号。提供地址信号。74LS151的数据输入端的数据输入端Dn(n=0,4)预置序列码的电平值。预置序列码的电平值。设计一个设计一个10101的序列信号发生器，观察并记的序列信号发生器，观察并记录时钟和输出波形。录时钟和输出波形。12一、连续时间系统的模拟一、连续
9、时间系统的模拟求解系统响应的问题，实际上就是求解微分方程的求解系统响应的问题，实际上就是求解微分方程的问题。一些实际系统的微分方程可能是高阶方程或问题。一些实际系统的微分方程可能是高阶方程或是一微分方程组。在电学中，系统的模拟就是用由是一微分方程组。在电学中，系统的模拟就是用由基本运算单元电路组成的模拟装置来模拟实际系统。基本运算单元电路组成的模拟装置来模拟实际系统。实际系统可以是电的或非电的物理系统，其激励和实际系统可以是电的或非电的物理系统，其激励和响应不一定是电物理量。模拟装置可以与实际系统响应不一定是电物理量。模拟装置可以与实际系统的内容完全不同，其激励和响应是电物理量。但是的内容完全
10、不同，其激励和响应是电物理量。但是两者的微分方程完全相同，输入输出关系即两者的微分方程完全相同，输入输出关系即传输函传输函数也完全相同数也完全相同。所以，可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统。所以，可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统。对于那些用数学手段较难处理的高阶系统来说，系对于那些用数学手段较难处理的高阶系统来说，系统模拟就更为有效。统模拟就更为有效。1、基本概念13v在在Multisim 2001软件中，运用其控制器软件中，运用其控制器件库所提供的加法器、积分器、比例放件库所提供的加法器、积分器、比例放大器等模块可简便、有效地用于构成系大器等模块可简便、有效地用于构成系统模拟电路，
11、实现系统仿真分析。使得统模拟电路，实现系统仿真分析。使得这种仿真过程变的更为简便，有效。这种仿真过程变的更为简便，有效。v本次实验要求运用本次实验要求运用Multisim 2001仿真软仿真软件对电工电子实验技术下册件对电工电子实验技术下册P147的图的图9-9和图和图9-10电路的电路的传输特性传输特性（幅频特性、（幅频特性、相频特性）分别作相频特性）分别作时域求解时域求解和和复频域复频域（系统模拟）求解（系统模拟）求解并并比较结果。比较结果。14时域求解时域求解图图9-9电路的电路的传输特性传输特性启动启动Multisim 2001讲解时域求解讲解时域求解 （电工电子实验技术下册（电工电子
12、实验技术下册P147图图9-9）2、仿真软件运用（时域求解时域求解）15(一）将时域电路转换成复频域等效电路并求传递函数一）将时域电路转换成复频域等效电路并求传递函数 时域电路：时域电路：复频域电路：复频域电路：时域复频域RR 3、仿真软件运用（系统模拟系统模拟）V2C1F1kC1F1k V1(S)10001000 V2(S)610S610S962621111()/()111()/()1 01 03 0 0 01RS CS CS CHSRRRS CS CS CSSSC1SC1LSL16（二）（二）把传输函数化成把传输函数化成Multisim所需的标准形式所需的标准形式(A)真分式真分式：算子：
13、算子S 在分子的幂次在分子的幂次不高于分母的幂不高于分母的幂次。次。(B)因需用积分器因需用积分器仿真，算子仿真，算子S 应应化成化成S-n 形式。形式。(C)分母的分母的常数项常数项化成化成1。2111211122111212()11111S1111SSSHSRRR C SSRLSRRR CRSL SR CR CR CL C例如：例如：17（三）在（三）在Multisim下构建系统模拟电路下构建系统模拟电路应遵循以下几个原则应遵循以下几个原则:(1)系统模拟电路输入端必用加法器模块对系统模拟电路输入端必用加法器模块对输入信号输入信号和反馈信号求和和反馈信号求和，加法器输出送积分器模块。，加法
14、器输出送积分器模块。(2)根据根据S 的最高幂次的最高幂次n，取出，取出n个积分器模块串接个积分器模块串接。(3)每个算子每个算子S的的系数使用比例放大器系数使用比例放大器模块。模块。(4)传输函数传输函数H(S)的分子是输出项，的分子是输出项，分子分子中各项比例中各项比例放大器模块的放大器模块的输出输出用加法器求和后成为系统输出用加法器求和后成为系统输出（只有一项时不用加法器）。（只有一项时不用加法器）。分母是负反馈项分母是负反馈项，其，其系数（比例放大器的输出）系数（比例放大器的输出）正、负异号正、负异号后送输入端后送输入端加法器。加法器。(5)分母中为分母中为1的常数项不用任何运算模块的常数项不用任何运算模块启动启动Multisim 2001演示系统模拟演示系统模拟 18（四）教材（四）教材*P147图图9-10 二阶带通电路二阶带通电路时域电路：时域电路：复频域电路：复频域电路：LRV1V20.1F5.6mH20R20 V1(S)V2(S)710S35.610S21 011291()()1()3 5 7 1.41.7 8 5 71 03 5 7 1.41VSRHSVSS LRS CSSS19谢谢 谢！谢！投影到此结束
