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实验五时间—数字变换电路（TDC）

一、实验目的

1、掌握时间—数字变换电路的原理。

2、学习时间—数字变换电路的几个主要指标的测试方法。

二、实验器材

1、BJ1732A型直流稳压电源1台

2、MFS—70A型双脉冲发生器1台

3、TDS1012示波器1台

4、自动定标器BH12201台

5、EDM-82B数字万用表1个

6、实验电路板。

三、实验原理

时间—数字变换电路简称TDC，主要用于时间间隔的测量。如核物理实验

中激发态的寿命测量、粒子识别、飞行时间测量等，都需要使用时间测量装置。

时间—数字变换电路，就是将两个相关事件间的时间间隔线性地变换成一定

的数字脉冲，由快速计数器记录数字脉冲数的多少，确定所测事件间的时间间隔。

时间—数字变换的电路原理框图如图5—1所示。

起始脉冲

同步与双稳态/Q时钟

控制触发器振荡器

同步与门脉冲

停止脉冲控制Q计数器

图5—1TDC原理框图

图5-1中，TDC主要由输入同步与控制电路、双稳态触发器、时钟振荡器、

脉冲计数器五部分组成。

1、时钟振荡器

如图5-2，双输入4与非门74LS00的其中两个与非门A6A和A6B与电阻

R3、电容C3和10MHz晶振构成时钟晶体振荡器，由A6B的6脚输出10MHz脉

冲信号。

图5—2时钟振荡器、输入信号同步互锁与双稳态电路

2、双稳态触发器

A5A为D触发器，由它构成双稳态电路。

当双稳态电路Q端输出为低电平时，/Q输出为高电平，10MHz脉冲信号不

能进入计数器。此时，双稳态触发器的/Q送入起始信号输入同步与控制电路，

允许起始信号经过同步电路而触发双稳态；双稳态触发器的Q端送入停止信号

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输入同步与控制电路，禁止停止信号经过同步电路。

当双稳态电路Q端输出为高电平时，/Q输出为低电平，10MHz脉冲信号可

以进入计数器。此时，双稳态触发器的/Q送入起始信号输入同步与控制电路，

禁止起始信号经过同步电路；双稳态触发器的Q端送入停止信号输入同步与控

制电路，允许停止信号经过同步电路而复位双稳态。

3、输入同步与控制电路

由两个双单稳态74LS123，两个双D触发器74LS74组成。

单稳态电路对输入信号进行成形，输出固定宽度的正脉冲。

同步与控制D触发器的主要作用是：

（1）当TDC的双稳态电路Q端输出为高时，表示已经有起始信号输入，

TDC正在变换，此时，双稳态电路只接受停止信号，不接受起始信号；当TDC

的双稳态电路Q端输出为低时，表示无起始信号输入，TDC空闲，此时，双稳

态电路只接受起始信号，不接受停止信号。以上功能通过将双稳态触发器的输出

/Q端接至起始信号同步互锁电路A3A的D端（2脚），Q端接至停止信号同步

互锁电路A4A的D端（2脚）来实现。

（2）通过10MHz晶振信号同步，使输出至双稳态电路的脉冲宽度为100