1. 数控机床工作原理图讲解
数控机床的主轴性能是在很宽范围内转速连续可调，恒功率范围宽。
当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，则需要对主轴进行进给控制和位置控制。此时，主轴驱动系统也可称为主轴伺服系统，主轴电动机装配有编码器或者在主轴上安装外置式的编码器，作为主轴位置检测。
主轴驱动变速目前主要有两种形式：
一是主轴电动机带齿轮换挡，目的在于降低主轴转速，增大传动比，以适应切削的需要；
二是主轴电动机通过同步齿形带或v带驱动主轴，该类主轴电动机又称宽域电动机或强切削电动机，具有恒功率宽的特点。由于无需机械变速，主轴箱内省却了齿轮和离合器，主轴箱实际上成为主轴支架，简化了主传动系统，从而提高了传动链的可靠性。
由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机无须维护，便于制造，不受恶劣环境影响，所以目前直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。初期是采用模拟式交流伺服系统，而现在伺服系统的主流是数字式交流伺服系统。交流伺服驱动系统走向数字化，驱动系统中的电流环、速度环的反馈控制已全部数字化，系统的控制模型和动态补偿均由高速微处理器实时处理，增强了系统自诊断能力，提高了系统的快速性和精度。
1、带有变速齿轮的主传动
大、中型数控机床采用这种变速方式。通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求
2、通过带传动的主传动
主要应用于转速较高、变速范围不大的机床。电动机本身的调速就能满足要求，可以避免齿轮传动引起的振动与噪音
3、用两个电机分别驱动主轴
上述两种方式的混合传动，高速时带轮直接驱动主轴，低速时另一个电机通过齿轮减速后驱动主轴
4、内装电动机主轴传动结构
大大简化主轴箱体与主轴的结构，有效提高主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴影响较大.
电气上模拟主轴由CNC给出0---+10V的模拟电压，去控制变频器无极调速。
伺服主轴由CNC发出转速指令去控制主轴驱动器，实现速度或位置控制。
不是无级调速的主轴，由CNC发出M代码控制主轴电机，和离合器或齿轮变档。
2. 数控机床的原理及组成
数控系统是数字控制系统的简称,根据计算机存储器中存储的控制程序,执行部分或全部数值控制功能,并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。计算机数控（CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。基本构成目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。 数控系统的基本原理和构成都是十分相似。 数控系统一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。 控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。 控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。 伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。 硬件结构：数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部分之间通过I/O接口互连。数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。数控装置的硬件结构按CNC装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块（小板）结构；按CNC装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。 （1）大板结构和功能模板结构 数控系统 1）大板结构 大板结构CNC系统的CNC装置由主电路板、位置控制板、PC板、图形控制板、附加I/O板和电源单元等组成。主电路板是大印制电路版，其它电路板是小板，插在大印制电路板上的插槽内。这种结构类似于微型计算机的结构。 2）功能模块结构 （2）单微处理器结构和多微处理器结构 1）单微处理器结构 在单微处理器结构中，只有一个微处理器，以集中控制、分时处理数控装置的各个任务。 2）多微处理器结构 随着数控系统功能的增加、数控机床的加工速度的提高，单微处理器数控系统已不能满足要求，因此，许多数控系统采用了多微处理器的结构。若在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理器，每个微处理器通过数据总线或通信方式进行连接，共享系统的公用存储器与I/O接口，每个微处理器分担系统的一部分工作，这就是多微处理器系统。 软件结构：CNC软件分为应用软件和系统软件。CNC系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件，也叫控制软件，存放在计算机EPROM内存中。各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构上和规模上差别很大，但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。 （1）输入数据处理程序：它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。有的系统还要进行补偿计算，或为插补运算和速度控制等进行预计算。通常，输入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。 （2）插补计算程序：CNC系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终点等进行运算。根据运算结果，分别向各坐标轴发出进给脉冲。这个过程称为插补运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。CNC系统是一边插补进行运算，一边进行加工，是一种典型的实时控制方式，所以，插补运算的快慢直接影响机床的进给速度，因此应该尽可能地缩短运算时间，这是编制插补运算程序的关键。 (3)速度控制程序：速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保预定的进给速度。在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱动系统失步。 (4)管理程序：管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。 (5)诊断程序 ：诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发生后，检查系统各主要部件（CPU、存储器、接口、开关、伺服系统等）的功能是否正常，并指出发生故障的部位。 基本分类运动轨迹分类： （1）点位控制数控系统 ： 数控系统控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置,而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中不作任何加工。这一类系统的设备有数控钻床、数控坐标镗床和数控冲床等。 （2）直线控制数控系统 ：不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的工具移动轨迹是一条直线，且在移动中工具能以给定的进给速度进行加工，其辅助功能要求也比点位控制数控系统多，如它可能被要求具有主轴转数控制、进给速度控制和刀具自动交换等功能。此类控制方式的设备主要有简易数控车床、数控镗铣床等。 （3）轮廓控制数控系统 ：这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个坐标的运动速度。各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加工中心、电加工机床和特种加工机床等。 伺服系统分类； 按照伺服系统的控制方式，可以把数控系统分为以下几类： （1）开环控制数控系统 ：这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件。CNC装置输出的指令进给脉冲经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构(齿轮箱，丝杠等)带动工作台移动。这种方式控制简单，价格比较低廉，被广泛应用于经济型数控系统中。 （2）半闭环控制数控系统 ：位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制，其控制框图如图4所示。由于闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如闭环控制数控系统，但其调试方便，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。 （3）全闭环控制数控系统 ：位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制。这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统稳定状态很难达到。 功能水平分类： （1）经济型数控系统 ：又称简易数控系统，通常仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，如：经济型数控线切割机床，数控钻床，数控车床，数控铣床及数控磨床等。 （2）普及型数控系统 ：通常称之为全功能数控系统，这类数控系统功能较多，但不追求过多，以实用为准。 （3）高档型数控系统 ：指加工复杂形状工件的多轴控制数控系统，且其工序集中、自动化程度高、功能强、具有高度柔性。用于具有5轴以上的数控铣床，大、中型数控机床、五面加工中心，车削中心和柔性加工单元等。 工作流程： 1、输入：零件程序及控制参数、补偿量等数据的输入，可采用光电阅读机、键盘、磁盘、连接上级计算机的DNC 接口、网络等多种形式。CNC装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。 2、译码：不论系统工作在MDI方式还是存储器方式，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工速度信息(F 代码)和其他辅助信息(M、S、T代码等)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误便立即报警。 3、刀具补偿：刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常CNC装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程，刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前在比较好的CNC装置中，刀具补偿的工件还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，这就是所谓的C刀具补偿。 4、进给速度处理： 编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标的分速度。在有些CNC装置中，对于机床允许的最低速度和最高速度的限制、软件的自动加减速等也在这里处理。 5、插补：插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“ 数据点的密化 ”。插补程序在每个插补周期运行一次，在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常，经过若干次插补周期后 ，插补加工完一个程序段轨迹，即完成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。 6、位置控制：位置控制处在伺服回路的位置环上， 这部分工作可以由软件实现， 也可以由硬件完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较， 用其差值去控制伺服电动机。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。 7、I/0 处理：I/O 处理主要处理CNC装置面板开关信号，机床电气信号的输入、输出和控制(如换刀、换挡、冷却等) 。 8、显示：CNC装置的显示主要为操作者提供方便，通常用于零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。有些CNC装置中还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。 9、诊断： 对系统中出现的不正常情况进行检查、定位，包括联机诊断和脱机诊断。 数控系统所控制的是位置、角度、速度等机械量和开关量。
3. 数控机床的基本原理
数控机床的工作原理为：数控装置内的计算机对通过输入装置以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，再通过伺服系统及可编程序控制器向机床主轴及进给等执行机构发出指令，机床主体则按照这些指令，并在检测反馈装置的配合下，对工件加工所需的各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和进给速度等项要求实现自动控制，从而完成工件的加工。
扩展资料
数控机床的加工精度一般可达0.05—0.1MM，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一脉冲信号，则机床移动部件移动一具脉冲当量（一般为0.001MM），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可由数控装置进行曲补偿，因此，数控机床定位精度比较高。
数控机床加工前是经调整好后，输入程序并启动，机床就能有自动连续地进行加工，直至加工结束。操作者要做的只是程序的输入、编辑、零件装卸、刀具准备、加工状态的观测、零件的检验等工作，劳动强度大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是结合起来，既清洁，又安全。
4. 数控机床工作原理图讲解图
数控机床加工零件前，首先编制零件的加工程序，即数控机床的工作指令，将加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床执行机构，按照设置的运动轨迹，使其按照给定的图样要求进行加工，从而加工出合格的零部件。
5. 数控机床工作原理简图
数控机床电器控制柜的原理：
1．数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机，CNC键盘（一般输入操作）、数控系统配备的硬盘及驱动装置（用于大量数据的存储保护）、PC计算机等。
2．数控系统教它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运行指令和各种机床功能的控制指令，直至运行和功能结束。
3．可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心，它将来自CNC的各种运行及功能指令进行逻辑排序，使其能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC．使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，实现对整个机床的控制。
6. 数控机床电路原理图
数控机床专业有数控加工、汽车制造、机器人、自动化技术等。专业课程有机械制造、数控原理、数控机床、故障诊断与维修、电气控制、编程技术、专业英语等，物理基础一定要好。
一般学习从认识、操作入门，然后学习维护、维修和简单编程，到复杂编程等全面知识，学习方面有明显的递进性，CAD/CAM软件都是基本的制造设计要学的知识，一般本科专科都会开设，还有手工、自动编程等技术，这方面的技术在模具行业很吃香。
7. 数控机床工作原理图讲解视频
S1000 回车键 主轴正转 T1 移动Z向 切削一点 按Z 在移动X向 切削一点 按X 在按 对刀键 输入 X 直径在按回车键 Z0 回车键 储存键 在按 操作键 就OK了!
8. 数控机床的工作原理图
分水器是将一路进水通过一个容器分为几路输出的设备，用于连接各管路的分配、汇集装置，是各水环路的分合部件，同时它还是金属部件与塑料管的连接转换处，以及系统排气。
它一方面将主干管的水按需要进行流量分配，保证各区域分支环路的流量满足负荷需要，同时还要将各分支回路的水流汇集，并且输入回水主干管中，实现循环运行。其回水再利用，可达到更节能的效果。
9. 数控机床构造原理图工作过程
(1)数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足cnc车床加工要求。
(2)精度高。为适应数控车床加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度。
(3)可靠性高。要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。精密五金加工
(4)耐用度高。数控车床加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。
(5)断屑及排屑性能好。cnc车床加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要求刀具具有较好的断屑和排屑性能。
10. 数控机床的工作原理框图
按计数增减分:加法计数器,减法计数器,加/减法计数器.
7.3.1异步计数器
一,异步二进制计数器
1,异步二进制加法计数器
分析图7.3.1由JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器.
分析方法:由逻辑图到波形图(所有JK触发器均构成为T/触发器的形式,且后一级触发器的时钟脉冲是前一级触发器的输出Q),再由波形图到状态表,进而分析出其逻辑功能.
2,异步二进制减法计数器
减法运算规则:0000-1时,可视为(1)0000-1=1111;1111-1=1110,其余类推.
注:74LS163的引脚排列和74LS161相同,不同之处是74LS163采用同步清零方式.
(2)CT74LS161的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照4位自然二进制码进行同步二进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
4,反馈置数法获得N进制计数器
方法如下:
·写出状态SN-1的二进制代码.
·求归零逻辑,即求置数控制端的逻辑表达式.
·画连线图.
(集成计数器中,清零,置数均采用同步方式的有74LS163;均采用异步方式的有74LS193,74LS197,74LS192;清零采用异步方式,置数采用同步方式的有74LS161,74LS160;有的只具有异步清零功能,如CC4520,74LS190,74LS191;74LS90则具有异步清零和异步置9功能.等等)
试用CT74LS161构成模小于16的N进制计数器
5,同步二进制加/减计数器
二,同步十进制加法计数器
8421BCD码同步十进制加法计数器电路分析
三,集成同计数器
1,集成十进制同步加法计数器CT74LS160
(1)CT74LS160的引脚排列和逻辑功能示意图
图7.3.3CT74LS160的引脚排列图和逻辑功能示意图
(2)CT74LS160的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照BCD码进行同步十进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
2.集成十进制同步加/减计数器CT74LS190
其逻辑功能示意图如教材图7.3.15所示.功能如教材表7.3.10所示.
集成计数器小结:
集成十进制同步加法计数器74160,74162的引脚排列图,逻辑功能示意图与74161,74163相同,不同的是,74160和74162是十进制同步加法计数器,而74161和74163是4位二进制(16进制)同步加法计数器.此外,74160和74162的区别是,74160采用的是异步清零方式,而74162采用的是同步清零方式.
74190是单时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74191相同.74192是双时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74193相同.
7.3.3利用计数器的级联获得大容量N进制计数器
计数器的级联是将多个计数器串接起来,以获得计数容量更大的N进制计数器.
1,异步计数器一般没有专门的进位信号输出端,通常可以用本级的高位输出信号驱动下一级计数器计数,即采用串行进位方式来扩展容量.
举例:74LS290
(1)100进制计数器
(2)64进制计数器
2,同步计数器有进位或借位输出端,可以选择合适的进位或借位输出信号来驱动下一级计数器计数.同步计数器级联的方式有两种,一种级间采用串行进位方式,即异步方式,这种方式是将低位计数器的进位输出直接作为高位计数器的时钟脉冲,异步方式的速度较慢.另一种级间采用并行进位方式,即同步方式,这种方式一般是把各计数器的CP端连在一起接统一的时钟脉冲,而低位计数器的进位输出送高位计数器的计数控制端.
举例:74161
(1)60进制
(2)12位二进制计数器(慢速计数方式)
12位二进制计数器(快速计数方式)
7.4寄存器和移位寄存器
寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的.一个触发器可以存储1位二进制代码,存放n位二进制代码的寄存器,需用n个触发器来构成.
按照功能的不同,可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类.基本寄存器只能并行送入数据,需要时也只能并行输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移,数据既可以并行输入,并行输出,也可以串行输入,串行输出,还可以并行输入,串行输出,串行输入,并行输出,十分灵活,用途也很广.
7.4.1基本寄存器
概念:在数字电路中,用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器.
1,单拍工作方式基本寄存器
无论寄存器中原来的内容是什么,只要送数控制时钟脉冲CP上升沿到来,加在并行数据输入端的数据D0～D3,就立即被送入进寄存器中,即有:
2.双拍工作方式基本寄存器
(1)清零.CR=0,异步清零.即有:
(2)送数.CR=1时,CP上升沿送数.即有:
(3)保持.在CR=1,CP上升沿以外时间,寄存器内容将保持不变.
7.4.2移位寄存器
1.单向移位寄存器
四位右移寄存器:
时钟方程:
驱动方程:
状态方程:
右移位寄存器的状态表:
输入
现态
次态
说明
DiCP
1↑
1↑
1↑
1↑
0000
1000
1100
1110
1000
1100
1110
1111
连续输入4个1
单向移位寄存器具有以下主要特点:
单向移位寄存器中的数码,在CP脉冲操作下,可以依次右移或左移.
n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码.n个CP脉冲即可完成串行输入工作,此后可从Q0～Qn-1端获得并行的n位二进制数码,再用n个CP脉冲又可实现串行输出操作.
若串行输入端状态为0,则n个CP脉冲后,寄存器便被清零.
2.双向移位寄存器
M=0时右移M=1时左移
3.集成双向移位寄存器74LS194
CT74LS194的引脚排列图和逻辑功能示意图:
CT74LS194的功能表:
工作状态
0×××
100×
101↑
110↑
111×
异步清零
保持
右移
左移
并行输入
7.4.3移位寄存器的应用
一,环形计数器
1,环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行输出端相连,构成一个闭合的环.
结构特点:,即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输入端D0.
工作原理:根据起始状态设置的不同,在输入计数脉冲CP的作用下,环形计数器的有效状态可以循环移位一个1,也可以循环移位一个0.即当连续输入CP脉冲时,环形计数器中各个触发器的Q端或端,将轮流地出现矩形脉冲.
实现环形计数器时,必须设置适当的初态,且输出Q3Q2Q1Q0端初始状态不能完全一致(即不能全为"1"或"0"),这样电路才能实现计数,环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n相等,即N=n
2,能自启动的4位环形计数器
状态图:
由74LS194构成的能自启动的4位环形计数器
时序图
二,扭环形计数器
1,扭环形计数器是将单向移位寄存器的串行输入端和串行反相输出端相连,构成一个闭合的环.
实现扭环形计数器时,不必设置初态.扭环形计数器的进制数
N与移位寄存器内的触发器个数n满足N=2n的关系
结构特点为:,即将FFn-1的输出接到FF0的输入端D0.
状态图:
2,能自启动的4位扭环形计数器
7.4.4顺序脉冲发生器
在数字电路中,能按一定时间,一定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为顺序脉冲发生器.
顺序脉冲发生器也称脉冲分配器或节拍脉冲发生器,一般由计数器(包括移位寄存器型计数器)和译码器组成.作为时间基准的计数脉冲由计数器的输入端送入,译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲,使输出端上的状态按一定时间,一定顺序轮流为1,或者轮流为0.前面介绍过的环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路即可直接作为顺序脉冲发生器.
一,计数器型顺序脉冲发生器
计数器型顺序脉冲发生器一般用按自然态序计数的二进制计数器和译码器构成.
举例:用集成计数器74LS163和集成3线-8线译码器74LS138构成的8输出顺序脉冲发生器.
二,移位型顺序脉冲发生器
◎移位型顺序脉冲发生器由移位寄存器型计数器加译码电路构成.其中环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路就可直接作为顺序脉冲发生器.
◎时序图:
◎由CT74LS194构成的顺序脉冲发生器
见教材P233的图7.4.6和图7.4.7
7.5同步时序电路的设计(略)
7.6数字系统一般故障的检查和排除(略)
本章小结
计数器是一种应用十分广泛的时序电路,除用于计数,分频外,还广泛用于数字测量,运算和控制,从小型数字仪表,到大型数字电子计算机,几乎无所不在,是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分.
计数器可利用触发器和门电路构成.但在实际工作中,主要是利用集成计数器来构成.在用集成计数器构成N进制计数器时,需要利用清零端或置数控制端,让电路跳过某些状态来获得N进制计数器.
寄存器是用来存放二进制数据或代码的电路,是一种基本时序电路.任何现代数字系统都必须把需要处理的数据和代码先寄存起来,以便随时取用.
寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类.基本寄存器的数据只能并行输入,并行输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移,数据可以并行输入,并行输出,串行输入,串行输出,并行输入,串行输出,串行输入,并行输出.
寄存器的应用很广,特别是移位寄存器,不仅可将串行数码转换成并行数码,或将并行数码转换成串行数码,还可以很方便地构成移位寄存器型计数器和顺序脉冲发生器等电路.
在数控装置和数字计算机中,往往需要机器按照人们事先规定的顺序进行运算或操作,这就要求机器的控制部分不仅能正确地发出各种控制信号,而且要求这些控制信号在时间上有一定的先后顺序.通常采取的方法是,用一个顺序脉冲发生器来产生时间上有先后顺序的脉冲,以控制系统各部分协调地工作.
顺序脉冲发生器分计数型和移位型两类.计数型顺序脉冲发生器状态利用率高,但由于每次CP信号到来时,可能有两个或两个以上的触发器翻转,因此会产生竞争冒险,需要采取措施消除.移位型顺序脉冲发生器没有竞争冒险问题,但状态利用率低.
由JK触发器组成的4位异步二进制减法计数器的工作情况分析略.
二,异步十进制加法计数器
由JK触发器组成的异步十进制加法计数器的由来:在4位异步二进制加法计数器的基础上经过适当修改获得.
有效状态:0000——1001十个状态;无效状态:1010～1111六个状态.
三,集成异步计数器CT74LS290
为了达到多功能的目的,中规模异步计数器往往采用组合式的结构,即由两个独立的计数来构成整个的计数器芯片.如:
74LS90(290):由模2和模5的计数器组成;
74LS92:由模2和模6的计数器组成;
74LS93:由模2和模8的计数器组成.
1.CT74LS290的情况如下.
(1)电路结构框图和逻辑功能示意图
(2)逻辑功能
如下表7.3.1所示.
注:5421码十进制计数时,从高位到低位的输出为.
2,利用反馈归零法获得N(任意正整数)进制计数器
方法如下:
(1)写出状态SN的二进制代码.
(2)求归零逻辑(写出反馈归零函数),即求异步清零端(或置数控制端)信号的逻辑表达式.
(3)画连线图.
举例:试用CT74LS290构成模小于十的N进制计数器.
CT74LS290则具有异步清零和异步置9功能.讲解教材P215的[例7.3.1].
注:CT74LS90的功能与CT74LS290基本相同.
7.3.2同步计数器
一,同步二进制计数器
1.同步二进制加法计数器
2,同步二进制减法计数器
3,集成同步二进制计数器CT74LS161
(1)CT74LS161的引脚排列和逻辑功能示意图
注:74LS163的引脚排列和74LS161相同,不同之处是74LS163采用同步清零方式.
(2)CT74LS161的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照4位自然二进制码进行同步二进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
4,反馈置数法获得N进制计数器
方法如下:
·写出状态SN-1的二进制代码.
·求归零逻辑,即求置数控制端的逻辑表达式.
·画连线图.
(集成计数器中,清零,置数均采用同步方式的有74LS163;均采用异步方式的有74LS193,74LS197,74LS192;清零采用异步方式,置数采用同步方式的有74LS161,74LS160;有的只具有异步清零功能,如CC4520,74LS190,74LS191;74LS90则具有异步清零和异步置9功能.等等)
试用CT74LS161构成模小于16的N进制计数器
5,同步二进制加/减计数器
二,同步十进制加法计数器
8421BCD码同步十进制加法计数器电路分析
三,集成同计数器
1,集成十进制同步加法计数器CT74LS160
(1)CT74LS160的引脚排列和逻辑功能示意图
图7.3.3CT74LS160的引脚排列图和逻辑功能示意图
(2)CT74LS160的逻辑功能
①=0时异步清零.C0=0
②=1,=0时同步并行置数.
③==1且CPT=CPP=1时,按照BCD码进行同步十进制计数.
④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.
2.集成十进制同步加/减计数器CT74LS190
其逻辑功能示意图如教材图7.3.15所示.功能如教材表7.3.10所示.
集成计数器小结:
集成十进制同步加法计数器74160,74162的引脚排列图,逻辑功能示意图与74161,74163相同,不同的是,74160和74162是十进制同步加法计数器,而74161和74163是4位二进制(16进制)同步加法计数器.此外,74160和74162的区别是,74160采用的是异步清零方式,而74162采用的是同步清零方式.
74190是单时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74191相同.74192是双时钟集成十进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能示意图与74193相同.
7.3.3利用计数器的级联获得大容量N进制计数器
计数器的级联是将多个计数器串接起来,以获得计数容量更大的N进制计数器.
1,异步计数器一般没有专门的进位信号输出端,通常可以用本级的高位输出信号驱动下一级计数器计数,即采用串行进位方式来扩展容量.
举例:74LS290
(1)100进制计数器
(2)64进制计数器
2,同步计数器有进位或借位输出端,可以选择合适的进位或借位输出信号来驱动下一级计数器计数.同步计数器级联的方式有两种,一种级间采用串行进位方式,即异步方式,这种方式是将低位计数器的进位输出直接作为高位计数器的时钟脉冲,异步方式的速度较慢.另一种级间采用并行进位方式,即同步方式,这种方式一般是把各计数器的CP端连在一起接统一的时钟脉冲,而低位计数器的进位输出送高位计数器的计数控制端.