電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

2012-2013學(xué)年第一學(xué)期電子11301班《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》（實(shí)訓(xùn)）指導(dǎo)書—、本課程設(shè)計(jì)的地位和作用數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，它使學(xué)生自己通過設(shè)計(jì)和搭建一個(gè)實(shí)用電子產(chǎn)品雛形，鞏固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)中的基本技能，訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時(shí)的動手能力。通過該課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合任務(wù)要求的電路，掌握通用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，訓(xùn)練并提高學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力，同時(shí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開發(fā)打下一定的基礎(chǔ)。二、 課程設(shè)計(jì)的目的和要求能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。能合理、靈活地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（SSI、MSI.LSI等）器件實(shí)現(xiàn)規(guī)定的數(shù)字系統(tǒng)。3?培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立準(zhǔn)備資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力。4?學(xué)會使用multisim軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。培養(yǎng)書寫綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。三、 課程設(shè)計(jì)的基本要求根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，從選擇設(shè)計(jì)方案開始，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；選擇合適的器件，畫出設(shè)計(jì)電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能。對電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗(yàn)收合格后，寫出完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。四、 課程設(shè)計(jì)的具體步驟電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟是：分析設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)，選擇總體方案，設(shè)計(jì)單元電路，選擇器件，計(jì)算參數(shù)，畫總體電路圖。進(jìn)行仿真試驗(yàn)和性能測試。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中往往反復(fù)進(jìn)行以上各步驟， 才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要靈活掌握。仁總體方案選擇設(shè)計(jì)電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據(jù)提出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求及性能指標(biāo)，用具有一定功能的若干單元電路組成一個(gè)整體，來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)提出的各項(xiàng)要求和技術(shù)指標(biāo)。設(shè)計(jì)過程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從中選優(yōu)。單元電路的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)單元電路的一般方法和步驟根據(jù)設(shè)計(jì)要求和選定的總體方案原理圖，確定對各單元電路的設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)應(yīng)詳細(xì)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。擬定出各單元電路的要求后，對它們進(jìn)行設(shè)計(jì)。單元電路設(shè)計(jì)應(yīng)采用符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。2.2元器件的選擇針對數(shù)字電路的課程設(shè)計(jì)，在搭建單元電路時(shí)，對于特定功能單元選擇主要集成塊的余地較小。比如時(shí)鐘電路選555,轉(zhuǎn)換電路選0809,譯碼及顯示驅(qū)動電路也都相對固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還需要通過選擇參數(shù)來確定集成塊型號。一個(gè)電路設(shè)計(jì)，單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的， 往往同時(shí)摻有線性電路元件和集成塊，因此還需對相應(yīng)內(nèi)容熟悉，比如運(yùn)算放大器的種類和基本用法，集成比較器和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法?？傊瑯?gòu)建單元電路時(shí)，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電流特性很重要。普通的門電路、時(shí)序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計(jì)成本。單元電路設(shè)計(jì)過程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類繁多，性能各異。優(yōu)選的電阻和電容輔助于數(shù)字電路的設(shè)計(jì)可以使其功能多樣化、完整化。單元電路調(diào)整與連調(diào)數(shù)字電路設(shè)計(jì)以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們之間的正確傳遞決定了設(shè)計(jì)內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個(gè)單元電路都須經(jīng)過調(diào)整，有條件情況下可應(yīng)用邏輯分析儀進(jìn)行測試， 確保單元正確。各單元之間的匹配連接是設(shè)計(jì)的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅(qū)動電流匹配。它也是整個(gè)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵一步。衡量設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)工作穩(wěn)定可靠；能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?；電路簡單，成本低，功耗低；器件?shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護(hù)。課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：0 00 00 00 0對設(shè)計(jì)課題進(jìn)行簡要闡述。設(shè)計(jì)任務(wù)及其具體要求?？傮w設(shè)計(jì)方案方框圖及各部分電路設(shè)計(jì)（含各部分電路功能、輸入信號、輸出信號、電路設(shè)計(jì)原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）。整機(jī)電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號繪制，電路圖中應(yīng)標(biāo)明接線引出端名稱、元件編號等）。器件清單。調(diào)試結(jié)果并記錄7?總結(jié)與體會課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)詳實(shí)。五、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料計(jì)算機(jī)、MdtisimO.O電子仿真軟件、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)臺、集成電路元件六、 具體課程設(shè)計(jì)課題（1）數(shù)值比較器兩個(gè)4位數(shù)M和N的大小比較，三種情況:M>N、MvN、M=NO如以Y=1表示M>N；Y2=1表示M<N；Y3=1表示M=N；且“0”表示燈不亮，“1”表示燈亮。試設(shè)計(jì)電路，并用multisim仿真測試，完成表1O（參考圖）74LS94O2.5V0X22.5V表1:M N Y(M>N) Y2(M<N) Y3(M=N)11011提供參考芯片：74ls04、74ls02、74ls08(-)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加的全加器1、進(jìn)行邏輯抽象分析：考慮的來自低位的進(jìn)位將兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)相加，稱為全加。設(shè)A、B是兩個(gè)加數(shù)，C「力來之低位的進(jìn)位，S是它們的和，Ci是向高位的進(jìn)位。則根據(jù)二進(jìn)制數(shù)相加的規(guī)律,寫出它們的真值表2O(參考圖)XWG1XWG1U1AU1AooOX二二三二三二三74LS86D74LS86DXLA1U7AE>074LS3D74LS3D74LS32D圭C進(jìn)制數(shù)相加的規(guī)律,寫出它們的真值表2O(參考圖)XWG1XWG1U1AU1AooOX二二三二三二三74LS86D74LS86DXLA1U7AE>074LS3D74LS3D74LS32D圭C二—厶.輸入輸 出ABC.1S 6000001010011100*1=74LS08D51 1 01 1 12、 寫出全加器的S和Ci的邏輯表達(dá)表。3、 根據(jù)全加器的邏輯表達(dá)表畫出電路圖。4、 根據(jù)電路圖選取集成電路，并在軟件上仿真電路。5、 利用字發(fā)生器、邏輯分析儀進(jìn)行驗(yàn)證。1314131413141314提供參考芯片：74LS86、74LS08、74LS32。（三）譯碼器1S74LS138用TTL與非門組成的3線?8線譯碼器,AY015YA2AAmAY015YA2AAmY1140100Y213Y312A2Y4Y511Y101AAY69110Y77A2Y2AA210A5 2AY A7由上式可以看出，丫。~丫7同A、時(shí)又是 2A2A1mA m02A13A m40A1A0m s2A1A m6o2AA m7A、1這三個(gè)變量的全部最小項(xiàng)的00譯碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項(xiàng)譯碼器。74LS138有3個(gè)附加的控制端3、S和S°當(dāng)g、S+S=0時(shí)，譯碼器2 3 2 3處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，這 3個(gè)控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多片連接起來以擴(kuò)展譯碼器的功能; 利用multis#］凹岀紡真電路:打開仿真幵總驗(yàn)步驟，設(shè)置和按下2譯碌位置,OOOOO工作原理按表3懐求，自擬實(shí)74LS13中，驗(yàn)證線譯碼器74LS就真值表是否與理論相一考圖）5VVCCXO X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7GND74LS138D輸入輸出G1G2AG九 ABCX） 丫1丫2 Y3Y；丫5Y6丫70XXXXX1XXX10000100011001010011101001010110110101112、常用譯碼器為“BCD七段顯示譯碼器7448（7447）下圖是它的邏輯圖，其中…3輸入BCD代碼輸出7位二進(jìn)制代瓦可直接驅(qū)動七段蒜器顯示相應(yīng)的在間藪季。另外還有幾個(gè)附加控制端,LT為燈測試輸入；RBI為滅零輸入；BI/RBO為滅燈輸入/滅零輸出。饑~￡與A~A之間的邏輯關(guān)系如下式所示-BURBO7447N=++_=++_YAAAA-BURBO7447N=++_=++_YAAAAAAa_AA20<Y3 2=1o+5-a-12A廿b10二a/T牛AA31210—AA/VfAA+c32210YAAAAAAd—20210210YAAAe210YAAAAAAAf320211oAAAAAA利用multism仿真，四出實(shí)驗(yàn)電路：分別按動各單刀雙擲開關(guān)，使輸入4位二進(jìn)制碼“DCBA”分別為0000-1001,這時(shí)對應(yīng)輸入的每個(gè)二進(jìn)制碼，經(jīng)譯碼器7447譯碼后直接推動共陽LED數(shù)碼顯示出十進(jìn)制數(shù)0?9,同時(shí)也可從接在輸入端的4盞紅色指示燈知道輸入的二進(jìn)制碼。（參考圖）5VVCCX1X2X4X3ooooQA小Qce561DC1211CO10C€9CF15CG14'LT'RBI'B.WSO將實(shí)驗(yàn)結(jié)果龍莓表4中。表4：輸入輸DCBA 0/\OBOCODOEOF0G 數(shù)碼管顯力啲數(shù)字00000001-t-0■Q-O-1~Vu~10001~0T0-110GND7447N011110000.01HF0tP1tP2(a)電路工作波形接通VCC后，VCC經(jīng)和R2疏電。當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí)，uo=0,T導(dǎo)通，C通過R2和T放電,ucR2和T放電,uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時(shí),uo又由0孌T截止,VCC又經(jīng)和R2軌電。如此重復(fù)上述過程，在輸端產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈藤1,即uc從VCC/3充電上升到2VCC/3所需的時(shí)間tp1U0.7(R1+R2)C第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈廉2,即uc從2VCC/3放電下降到VCC/3所需的時(shí)間tp2U0.7R2C振蕩周期:T=tp1+tp2- 0.7(R1+2R2)C2、仿真電路參考圖：XSC15V3555TIMERRATEDR1-口IIU2C210nF10nFBUZZER200HzR2RSTOISTHROUTTRICONXFC1利用示波器觀察輸入和輸出之間的關(guān)系，試修改電路參數(shù)，輸出信號的周期為2秒。（五）電子密鎖設(shè)置一個(gè)為1010的參考電路.每把鎖都有規(guī)腿設(shè)置一個(gè)為1010的參考電路.每把鎖都有規(guī)腿4位數(shù)字代碼，如果輸入代碼符合改鎖代碼，且有開鎖信號時(shí)，鎖才能打開，若不符合，冊鎖電路發(fā)出報(bào)警，試設(shè)計(jì)該電路，要求用最的與陽（六）四路搶答器搶答器是競賽I搶答器是競賽I可答中一種常用的鉛叢,從原理上講，它是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)應(yīng)路。1、設(shè)計(jì)要求:而對隨之后來的其他數(shù)據(jù)信號不轉(zhuǎn)則I從 LED指示燈看出。具體要求如而對隨之后來的其他數(shù)據(jù)信號不轉(zhuǎn)則I從 LED指示燈看出。具體要求如下:（1）設(shè)計(jì)一個(gè)可俸選手參加比賽的4路數(shù)字顯示搶答器。他們的編號分該電路能黯出4個(gè)數(shù)據(jù)中的第1個(gè)到來者,輸和作出響應(yīng)。至于哪一位數(shù)據(jù)最先到來,別為“1；7、災(zāi)4”各用一個(gè)搶答按鈕，編號與參賽者的號碼一一對應(yīng)。（2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存的數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出搶答成功者的號碼。（3）搶答器對搶答選手動作的先后有很強(qiáng)的分辨能力，即俺們的動作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后來。即不顯示后動作的選手編號。（4）主持人具有手動控制開關(guān)，可以手動清零復(fù)位，為下一輪搶答俶備2、工作原理搶答器的一般組成框圖如下圖所。它主要由開關(guān)陣列電路、觸發(fā)鎖存電路、編碼器、7段顯示譯碼器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成。下壷紹搶答器的組成框圖開關(guān)陣列電路該電路由多路開關(guān)所組成，每一競賽者與一組開關(guān)相對應(yīng)。觸發(fā)鎖存電路當(dāng)某一開關(guān)首先按下時(shí)，觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的選手編號，同時(shí)為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過來將觸發(fā)電路鎖定。編碼顯不電路（D編碼器的作用是將某一開關(guān)信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的 8421BCD碼，以提供數(shù)字顯不電路所需要的編碼輸入。⑵7段顯示譯碼器譯碼驅(qū)動電路將編碼器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。⑶數(shù)碼顯示器數(shù)碼管通常用發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)提供的為LED數(shù)碼管。將三者結(jié)合起來，直接用帶有譯碼的數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。提供參考集成器件：74LS74D觸發(fā)器、四路D觸發(fā)器74LS仃5D、555定時(shí)器、部分電阻、電容等。（參考圖）CR SCR S11X6V8XSC174L374DKUC?g24U6A74LSXOVCCU111W5.1M?輯出敎無業(yè)鋸輸入XFC1(M)屮行輸人右件屮H輸出122＜b＞中仃鎮(zhèn)人左移普行輯潸5?敎脳愉人比R實(shí)驗(yàn)＜c)并行怡人沖行締小 利用移位寄存器，只需要改變左、右移的控制信號便可實(shí)現(xiàn)雙向移位要求。散制MUM移位寄存器的備種I/O方式?＞井行?人井ih輸出根據(jù)移位寄存器存取信息的方式不同分為：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四種形式｝如圖.10ISM13 12 11 10 9VccQQQQ CP SSVssCP CR1 2 3 4 5選用的4位雙向通用移位寄存器，型號為74LS194,功能表如下:功能說明1nDQn1cQS&SLSRLRLKcc0XX XX X000)扌M1c1<o)QnQnQc1tc1<1IAnQ8nQHQcup1tA10) XnQAnQ8nQ01T木10X8nQcnQDnQ1I80土X XA Innun―d?—丿n并f XX移位寄存器應(yīng)用很廣，累加器；可用作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，行數(shù)據(jù)等。3、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：可構(gòu)成移位寄存器型計(jì)數(shù)器；順序脈沖發(fā)生器；串行即把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，或并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串(1)邏輯功能驗(yàn)證：并行輸入：打開仿真開關(guān)，根據(jù)74LS194功能表，用E實(shí)現(xiàn)“異步清(T功能；再根據(jù)“并行輸入”功能要求，將5、S。使能端置于“1、1”狀態(tài)，A、B、C、D數(shù)輸出端指示燈變化情動根據(jù)7并填表6輸出端指示燈變化情動根據(jù)7并填表6O:態(tài)保指ALS194:喪5::.?力能表刁G1自觀察單脈沖作用時(shí)輸出端變化情況,表6:未加脈沖加單脈沖脈沖QAQb未加脈沖加單脈沖數(shù)數(shù)“00用’，然后根據(jù)74LS194功能表時(shí)輸出端指示燈變化情況，并填寫表74LS194功能表“左移”功能要求，左移功能:將74LS194的Q端與S.端相連。在打開仿真開關(guān)的情況下，先給Q,Q送A D“左移”功能要求，觀察當(dāng)CP脈沖作用7；再給Q?Q送數(shù)“1100”，然后根據(jù)A D觀察當(dāng)CP脈沖作用時(shí)輸出端指示燈變化.情況.并埴寫表8。表7歸沖CLK表8:QAQb】C QD01230d ■15脈沖CLKQAQbGD0112310045右移功能:將74LS194的Q端與張端相連。仿照左移功能步驟觀察當(dāng) CP脈沖作用時(shí)D輸繃指翊變化情況，并填寫表QaQdQc輸繃指翊變化情況，并填寫表QaQdQc_9環(huán)Qd1-聯(lián)沖CLKI4A?QjtQbQcQd00123450011110（2） 利用一片74ls94設(shè)計(jì)左移循環(huán)彩燈（3） 利用一片74ls94設(shè)計(jì)右移循環(huán)彩燈（4） 利用兩片74IS94設(shè)計(jì)具有延時(shí)兩秒的彩燈電路（參考圖略）（A）電子鐘1、設(shè)計(jì)原理圖披育之通箱是數(shù)用腦的人不用手.不