数字电路555定时电路及其应用.docx

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数字电路555定时电路及其应用

实验六555定时电路及其应用

一、实验目的

1、熟悉555型集成定时电路结构、工作原理及其特点

2、掌握555型集成定时电路的基本应用

二、实验原理

集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。

它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。

其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。

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7556，二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。

双极型的电源电压VCC＝+5V～+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3～+18V。

555电路的内部电路方框图如图6－1所示。

它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成的分压器提供。

它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。

A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。

是复位端（4脚），当＝0，555输出低电平。

平时端开路或接VCC。

图6－1555定时器内部框图及引脚排列

VC是控制电压端（5脚），平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。

555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。

这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。

三、实验设备与器件

1、现代数字电路系统实验箱2、直流数字万用表

3、74ls555电位器、电阻、电容若干

四、实验内容

1、设计由555构成施密特触发器

图6－2施密特触发器

2、设计由555构成多谐振荡器

图6－3占空比固定的多谐振荡器

图6－3占空比可调的多谐振荡器

五、实验预习要求

1、复习有关555定时器的工作原理及其应用。

2、拟定实验中所需的数据、表格等。

3、如何用示波器测定施密特触发器的电压传输特性曲线？

六、实验报告

1、绘出施密特触发器的传输特性曲线，定量绘出观测到的波形

2、分析、总结实验结果

EDA实验一、QuartusII工具软件介绍及逻辑门电路实验

Quartus软件概述

QuartusII软件是Altera公司最新版本的EDA开发软件，支持APEX系列、Cyclone系列、Stratix系列和Excalibur系列等新型系列器件的开发。

含有工作组计算、集成逻辑分析仪、EDA工具集成、多过程支持、增强重编译和IP集成等特性。

支持百万门级的设计，支持高速I/O设计，具有更强的设计能力和更快的编译速度。

QuartusII开发软件为可编程片上系统（SOPC）设计提供了一个完整的设计环境。

无论是使用个人电脑、NUIX或Linux工作站，QuartusII都提供了方便设计、快速编译处理以及编程功能。

为了保证QuartusII软件能正常运行，首次运行QuartusII必须设置license.dat文件。

否则仿真和下载等功能将被禁用。

具体操作是启动QuartusII在弹出界面中选择specifyvalidlicensefile,点击ok后出现对话框点击“...”按钮，在出现的对话框中选择License.dat文件或在C盘下找到license.dat文件（例如c:

\alter\quartus50\license.dat）。

就可以进行项目设计的一系列工作了。

QuartusII输入的设计过程可分为创建工程、输入文件、项目编译、项目校验和编程下载等几个步骤。

原理图输入的设计过程

原理图是设计人员最为熟悉的电路描述方法，QuartusII提供了图形编辑器，通过图形编辑器可以编辑图形和图表模块，画出熟悉的原理图，产生原理图文件（.bdf）。

原理图文件产生后，需要进行设计编译处理、波形仿真、器件编程。

为简化原理图的设计过程，QuartusII建立了常用的符号库，在库中提供了各种逻辑功能的符号，包括宏功能（Macrofunction）符号和图元（Primitive）等，供设计人员直接调用。

现通过一个简单设计实例说明原理图输入的设计过程。

例1：

用原理图设计一个2输入与非门

设计放d:

\nand2_lab1目录下，工程文件名为nand2_lab1。

先打开“我的电脑”，在D盘新建名为“nand2_lab1”文件夹。

1、创建工程文件

利用QuartusII软件创建工程向导（NewProjectWizard）创建一个新工程。

步骤如下：

1）打开QuartusII5.0软件界面，在“文件”菜单下选择“NewProjectWizard”，后弹出如图1.1对话框

图1.1NewProjectWizard对话框第一页

点选第一行右侧的“…”选择工程目录为“d:

\nand2_lab1”，在第二行输入项目名称：

nand2_lab1，第三行默认把项目名设为顶层文件名，点击“next”

2）新建项目向导第二页，如图1.2，该窗口可为项目添加已经编辑好的程序文件，默认为空，点击“next”，

图1.2NewProjectWizard对话框第二页

3）新建项目向导第三页，如图1.3，该窗口可以选择FPGA硬件信息，在Family下拉框内选择“MAX7000S，在Avaliabledevices窗口选择芯片型号为：

EPM7128SLC84-15其它选项默认。

点击“next”

图1.3NewProjectWizard对话框第三页

4）新建项目向导第四页，如图1.4，该窗口用来添加第三方EDA工具软件参与综合、仿真、时序分析等工作，本实验默认不选，点击“next”

图1.4NewProjectWizard对话框第四页

5）新建项目向导第五页，如图1.5，

图1.5NewProjectWizard对话框第五页

该窗口为建立的项目信息，点击“Finish”项目建立完毕。

建立工程后，可以使用Assignments菜单下的settings对话框对工程设置进行修改。

2、输入原理图文件

1）建立原理图文件选择菜单File\New…，在出现的对话框中选择DesignFiles\BlockDiagram\SchematicFile，则打开图形编辑器，出现空白的原理图文件，如图1.6所示。

图1.6QuartusII原理图编辑器窗口

原理图编辑器窗口左侧和上方有若干工具条按钮，当把鼠标移工具条某个按钮上，在窗口的下面可看到该工具按钮的功能提示，使用工具条按钮，可方便软件的操作。

2.1、编辑原理图文件

编辑逻辑电路图的主要工作有：

调用元器件、连接元器件、定义输入输出等。

使用模块符号库调用元器件

在图形编辑器窗口下，选择菜单Edit\InsertSymbol…或点击工具栏中模块符号图标，也可以直接在编辑器空白处双击鼠标左键，出现Symbol对话框。

在对话框下，可以选择各种逻辑电路符号，方便绘制原理图时使用。

双击others库名，则在SymbolFiles区显示该库中的所有符号，移动滚动条，找到7400后将其选中，或在name文字框中键入7400，单击OK按钮，在图形编辑器中点击鼠标左键，插入模块符号7400，将它放在合适的位置，如图1.7。

图1.7选择符号对话框

双击的primitves库名，在SymbolFiles区找到Vcc或gnd后将其选中，单击OK，这时窗口出现Vcc或gndnand2，将它放在合适的位置。

在调用符号时，如果已经知道符号名，也可直接在Name文字框中键入符号名，单击OK即可。

Symbol对话框左下角的三个复选框表示输入符号的不同方式：

连续输入符号（Repeat-insertMode）、以图表模块形式输入符号（InsertSymbolAsBlock）、打开宏模块导航MegaWizardPlug-InManager（LaunchMegaWizardPlug-In）。

QuartusII已经预先存放了设计中常用的电路模块符号，在进行原理图设计输入时可以随时调用。

QuartusII在安装目录c:

\Altera/50/quartus/libraries/下，设有三个子目录分别存放了三个库。

（1）megafunctions（宏功能模块）

宏功能模块是参数化的模块，模块的各个参数由设计者为满足设计要求自行定制，只要修改模块参数，就可以得到满足需要的特定模块。

宏功能模块设有：

算术运算模块arithmetic、门单元模块gates、I/O模块IO和存储器模块storage。

（2）others（其它模块）

这是一个与maxplux2兼容的模块库，包含74系列的器件符号和各种组合电路模块符号，在模块编辑器中可以查看符号内部的电路结构。

例如，输入二选一数据选择器符号21mux，在模块编辑器中双击该符号，就会出现21mux的内部电路结构和说明。

（3）primitves（图元）

图元主要包括以下几种功能模块：

buffer（缓冲器）、logic（基本逻辑符号）、pin（引脚符号）、storage（触发器）和other（其它功能模块）。

其中最重要的就是pin目录下的输入引脚input和输出引脚output，这两个引脚是任何原理图文件都要用到的引脚符号。

（4）自己创建模块符号

设计过程中，创建符号是经常用到的功能之一。

读者可以为设计项目创建专门为自己使用的模块符号，方便在原理图编辑中多次调用。

上一节我们创建了模块符号nand2-lab1。

单击某个逻辑符号，则该逻辑符号的边框变成蓝色，这个过程称之为激活符号，符号激活后可以进行移动、拖动、旋转、复制、删除等操作。

双击某个逻辑符号，可打开该符号的底层文件，了解逻辑符号的功能。

符号连接

在QuartusII的模块编辑器中有“智能”连接工具（节点、总线和管道工具）可用于连接模块和符号。

管道用于连接图表模块，代表进出模块的一个或多个I/O端口信号的总线组。

逻辑符号引脚之间的连接有2种方法——直接画线法和命名法。

将鼠标移到逻辑符号的一个引脚上，这时鼠标自动变成“+”，单击鼠标左键并拖至另一逻辑符号引脚处松开左键，则完成一根连线，这就是直接画线法。

对逻辑符号引脚的引出线进行命名也可以实现逻辑符号之间的连接，这时原理图上没有真正物理上的连接，通过逻辑符号引脚的引出线名称相同实现实际的连接，这就是命名法。

采用命名法，图形简洁、清晰、易读，是广泛使用的方法。

具体操作为单击某根连线，使连线呈红色即激活连线，然后填写名称，实现对该连线的命名。

或右键单击该连接线，选择Properties，在NodeProperties对话框General中输入连线名，点击确定按钮。

右键单击该连接线，有节点nodeline、总线busline或管道conduitline三种连接方式可供修改。

定义输入输出引脚

这个