电子电路课程设计实验报告.doc

目录第1章 技术指标 21.1系统功能要求 2 1.2 系统结构要求 21.3电气指标 21.4设计条件 2 1.5 元器件介绍 31.5.1 数码管 31.5.2 发光二极管 31.5.3 排阻 41.5.4 4511译码器 41.5.5 八位拨号开关 41.5.6 74174芯片 51.5.7 74283芯片 5第2章 整体方案设计 62.1 算法设计 62.2 整体方案 7 2.2.1 预期效果 7 2.2.2 设计内容 7 2.2.3 整体布局 92.3整体方案图及原理 10第3章 单元电路设计 113.1 十进制显示电路设计 113.2 8421BCD码控制电路设计 11 3.3 二进制显示电路设计 12 3.4 整体电路图 14 3.5 实验实物图 14 3.6 整机元件清单 15第4章 测试与调整 164.1 十进制显示电路调测 164.2 8421BCD码控制电路调测 164.3 二进制显示电路调测 174.4 整体指标测试 174.5 测试数据 18 第5章 设计小结 19 5.1 设计任务完成情况 19 5.2 问题及解决 19 5.3 心得体会 20 附录1：参考文献 22 附录2：预习报告 附录3：设计图第1章 技术指标1.1 系统功能要求人们在向计算机输送数据时，首先把十进制数变成二十进制码，即 BCD 码， 运算器将接收到的二一十进制码转换成二进制数后才能进行运算。这种把十进制数转换成二进制数的过程称为“十翻二”运算。1.2 系统结构要求 系统结构方框图如下：十翻二运算电路RESET二进制数显示十进制数显示 系统复位 十进制数输入（0-9共10个数）1.3 电气指标 （1）具有十翻二功能。 （2）实现三位十进制数到二进制数的转换。（3）能自动显示十进制数及对应的二进制数。（4）具有手动清零功能。1.4 设计条件 （1）电源条件：直流稳压电源提供+5V电压。 （2）实验仪器：名 称备 注稳压电源实验室配备万用表一个面包板1块剪刀一把镊子一把导线若干 1.5 元器件介绍 1.5.1 数码管 规定用 1 表示数码管ag线段中的点亮状态，用 0 表示ag线段中的熄灭状态。 1.5.2发光二极管 发光二极管，就是在半导体p-n结通正向电流时，能发射可见或非可见辐射的半导体发光器件。 发光二极管是一种电流型器件，容易损坏，在实际使用中要串接限流电阻。发光二极管正负极的判断：一般新买来的发光二极管，管脚较长的一个是正极。若用万用表测试，在发光状态下，黑表笔所在一极为正极。1.5.3 排阻排阻，就是若干个参数完全相同的电阻，它们的一个引脚都连到一起，作为公共引脚，其余引脚正常引出。所以如果一个排阻是由n个电阻构成的，那么它就有n+1只引脚，一般来说，最左边的那个是公共引脚，一般用一个色点作为标记。我们在实验中使用A102G排阻，每个电阻1K欧姆。1.5.4 4511译码器4511是一个用于驱动七段共阴极数码管显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐、锁存控制、七段译码等功能，可直接驱动数码显示。4511引脚图1.5.5八位拨码开关 八位拨码开关，每个部分都是一个独立的开关电路，拨向ON的一方，开关导通，否则就是断开。在此电路中拨码开关的作用是控制BCD码的输入以及清零和置数。1.5.6 74174芯片 74174芯片是一种触发器，是一种可以在两种状态下运行的数字逻辑电路。它一直保持它的状态，直到收到输入脉冲（也称作触发），当收到输入脉冲时，它会根据规则改变状态，并一直保持状态直到收到另一脉冲。 74174引脚图1.5.7 74283芯片74283是四位二进制全加器，它是为了提高运算速度，在电路结构中通过逻辑电路事先得出每一位全加器的进位输入信号，而无需再从最低位开始向高位逐位传递进位信号的多位加法器。74283是本实验设计的关键。 74283引脚图 第2章 整体方案设计2.1 算法设计在本实验中，我们要实现三位十进制数与二进制之间的转换，需要涉及十位二进制，b0b9的算法如下：(8Q23+4Q22+2Q21+Q20)*100+(8Q13+4Q12+2Q11+Q10)*10+8Q03+4Q02=800Q23+400Q22+200Q21+100Q20+80Q13+40Q12+20Q11+10Q10+8Q03+4Q02+2Q01+Q00=(512+256+32)Q23+(256+128+16)Q22+(128+64+8)Q21+(64+32+4)Q20+(64+16)Q13+(32+8)Q12+(16+4)Q11+(8+2)Q10+8Q03+4Q02+2Q01+Q00=(29+28+25)Q23+(28+27+24)Q22+(27+26+23)Q21+(26+25+22)Q20+(26+24)Q13+(25+23)Q12+(24+22)Q11+(23+21)Q10+23Q03+22Q02+21Q01+20Q00=29Q23+28(Q23+Q22)+27(Q22+Q21)+26(Q21+Q20+Q13)+25(Q23+Q20+Q12)+24(Q22+Q13+Q11)+23(Q21+Q12+Q10+Q03)+22(Q20+Q11+Q02)+21(Q10+Q01)+20Q00由以上算法，可以求得（在不考虑进位的情况下）：b0=Q00b1=Q01+Q10b2=Q02+Q11+Q20b3=Q03+Q10+Q12+Q21b4=Q11+Q13+Q22b5=Q12+Q20+Q23b6=Q13+Q20+Q21b7=D21+D22b8=D22+D23b9=D232.2 整体方案2.2.1 预期效果 接入+5V高电位后，经过公共端置1，此时在拨码开关上从低位到高位拨0-9之间的数，经过4511译码器在数码管上显示十进制数；并经过5位全加器74283，实现十进制到二进制的转换，在发光二极管上显示。2.2.2 设计内容用74283全加器实现BCD码至二进制数的转换是将BCD码字中各个为“1”的位所代表的权值的等值二进制数相加，即可获得该BCD码的等值二进制数。我们以十进制数87为例来熟悉74283全加器的工作原理，其BCD码10000111，其中为“1”的位从高到低的权值依次为80、4、2、1. 80 101000 4 000100 2 000010+ 1 000001 87 101111 实际进行加法运算时，最低位不必进行。最低位可以直接以BCD码字的最低二进制输出。至于最低位以外的二进制位，也只需要将相同位置的“1”及相邻低位来的进位相加（次低位无最低位来的进位），而对于“0”则不必去将其相加。相同位置的“1”的个数越少，所需要的加法次数也就越少，需要的加法器越少，实现的电路也越简单。假设以一片74283构成的BCD码实现6位二进制数变换电路：b0=Q00b1=Q01+Q10b2=Q02+Q11+C1b3=Q03+Q10+C2b4=Q11+C3b5=C4实现电路图如下：对于本实验中的b0b9，如果我们考虑进位的话，其值应该为：b0=Q00b1=Q01+Q10b2=Q02+Q11+Q20+C1b3=Q03+Q10+Q12+Q21+C20+C21b4=Q11+Q13+Q22+C30 +C31+C32b5=Q12+Q20+Q23+C40+C41b6=Q13+Q20+Q21+C50+C51b7=D21+D22+C60+C61+C62b8=D22+D23+C70+C71b9=D23+C80我们考虑用74174、数码管和开关实现十进制数的显示，用74283、开关和发光二极管实现二进制数的显示，具体的细节在单元电路设计中给出相关介绍。 2.2.3 整体布局整体的布局是很重要的，本着美观、便于调试与检查的原则，布局及布线应该遵循：集成电路缺口方向保持一致。元件布局疏密程度、位置合理电路结构合理，按模块（单元电路）布局单点接地与多点接地布局应方便布线导线颜色（布局的好坏一般与导线无关，但是会影响视觉效果）电源正红色线，地线用黑色（建议）导线尽量横平竖直不架“天桥”，不走“地沟”长线最好不要分成一段一段（原因：故障率高）。2.3 整体原理及方案图原理：这个实验包含了十进制数的显示、二进制数的显示、十进制与二进制之间的转换等部分，但是关键之处是码制的转换，我们用74283来实现。其思想是将BCD码字中各个为“1”的位所代表的权值的等值二进制数相加，即可获得该BCD码的等值二进制数。我们在试验中会牵扯到三种数制：十进制、二进制及8421BCD码，分别会采用数码管、发光二极管及拨号开关来实现显示整体方案图：十进制显示器译码器D触发器 8位拨号开关十进制 8421BCD二进制显示器码制转换 清零控制第3章 单元电路设计3.1 十进制显示电路设计 简单的十进制显示电路部分使用到数码管（3个）、120欧姆电阻（3个）、4511译码器（3片），我们通过4511的D、C、B、A四个引脚（实验中共有12个引脚）来控制数码管的三位十进制数，而电阻的作用是保护数码管的。十进制数显示的电路图如下：3.2 8421BCD码控制电路设计8421BCD码控制电路部分使用到74174触发器（3片）、1K排阻（2片）、8位拨号开关（2片），74174主要负责清零和置数的控制，拨号开关的作用是通过控制8421BCD码继而控制数码管的十进制显示控制电路图如下：3.3 二进制显示电路设计二进制显示电路部分使用到74283（5片）、发光二极管（10个）、300欧姆电阻（10个），74283是实验的最重要部分，负责码制的转换，二进制数则是通过十个发光二极管来表示出来，此时电阻的作用是控制和调节整个电路中的电压。若考虑发光二极管，即二进制数的清零，则不是从开关送数，而是从74174（或者4511）来送数，实现电路如下图：3.4 整体电路图3.5 实验实物图3.6 整机元件清单型号名称及功能数量74174451174283C392LED8位拨号开关1K排阻1203006D触发器译码器四位二进制全加器七段共阴极数码管发光二极管拨号开关排阻电阻电阻2片3片5片3只10只2只2片3只10只第4章 测试与调整4.1 十进制显示电路调测这部分的主要功能是十进制数的显示，我们要做的测试是：当我们分别给3片4511芯片的A、B、C、D引脚二进制值（0或1）时，数码管能否显示其对应的十进制数，例如：对于百位的数码管，我们给控制其的4511中的A、B、C、D分别赋予1001，观察数码管是否显示数字9，如果是，可以再挑其他的试一下，以此验证这部分的功能。当然，在此之前我们最好先进行对数码管本身的检查，我们可以利用4511中的LT（灯光测试），当LT为0时，观察数码管是不是全亮，也就是显示8，如果是，则证明数码管本身是好的。如果想设计得更好，比如考虑到节约用电的因素，可以使用4511的消隐功能，也就是利用EL引脚。4.2 8421BCD码控制电路调测这部分的测试最好结合十进制数的显示一起，我们需要做的测试工作是：3个数码管的显示是否会由对应的12位拨号开关来控制的。拨号开关断开为1，闭合为0，表示的是8421BCD码，每四位控制一个数码管。在十进制数电路调测正确的情况下，如果数码管显示由对应的12位拨号开关来控制的，则证明此部分正确实现了，如果测试中出现问题，先检查连接的电路，确保连线正确后再考虑芯片是否坏、电路是否出现接触不良的现象，在这些过程中，万用表起到很重要的角色，要擅于使用万用表去解决一些问题。4.3 二进制显示电路调测这部分电路设计师整个电路的关键，在调测过程中也会出现各种各样的问题，首先要知道我们要怎么去测试这部分是否正确，测试工作是：我们用开关给出一个数，可以是数十、也可以是数百，以此来观察9个发光二极管的显示情况，把发光二极管对应的二进制自己换算成BCD码与开关上的数进行比较，或者可以与数码管上显示的十进制数比较，建议最好多试一些数。如果此处出现问题，但是前两部分的调测是正确的，千万记住不要再去想是不是前面出了问题（除了有可能接触不良），一定是后半部分出现了问题，与之前一样，先检查连线，再去考虑芯片的问题，如果全都没有问题，而发光二极管的显示又不正确，应该考虑一下设计的思想问题了，会不会本身就是设计出了问题，或者进位出了问题呢？这些都是必须要考虑的。4.4 整体指标测试我们想要的最终效果就是：拨号开关上可以实现数码管和发光二极管的清零、置数，也就是说当我们在拨号开关上用三部分的8421BCD码设置一个数时，上下拨一次置数开关，可以在数码管上显示三位十进制数，在发光二极管上表示出该数的二进制形式，此时，如果我们闭合清零开关，那么3个数码管都应该显示零，而发光二极管应全部处于熄灭状态。如果我们的测试能够证明这些在电路上都可以正确显示，可以说实验就成功了。4.5测试数据数码管显示（十进制数）拨号开关表示（8421BCD码）发光二极管显示（二进制数）680000011010000001000100173000101110011001010110126600100110011001000010103210011001000010101000001416010000010110011010000055101010101000110001001116740110011101001010100010797011110010111110001110180910000000100111001010019891001100010011111011101第5章 设计小结5.1 设计任务完成情况（1）预习情况：在实验之前，进行算法设计、资料搜集，画好了实验设计图，搜集了实验中用到的各芯片（4511、74174、74283等）的引脚图。（2）电路设计的正确性：经过调测和修改，能够严格按照要求正确无误地实现要求内的所有功能。（3）版图布线：遵循布局的原则，做到了版图美观清洁、布线清晰明了。5.2 问题及改进 问题一：在测试到第2个发光二极管时，数码管显示不正确。原因：发光二极管把十进制显示电路中的电压拉低了，使得数码管电压不足而显示出错。解决方法：在最低位上的发光二极管上串联一个300欧姆电阻。在电路连接完毕，整体检测的时候，同样也出现了数码管的显示不正确。原因和解决方案是一样的，添加电阻。我在实验中加了10个电阻，也就是每个发光二极管都串联了一个电阻，有的同学只需要一个就足够了，主要是芯片的物理特性不同导致的。问题二：整体测试时，992999范围内的十进制数的二进制形式（即发光二极管的状态）不正确。原因：设计中进位的设计出现了问题。解决方法：在原先设计电路的基础上进行了优化改进，充分正确地设计了进位。5.3 心得体会这次电子电路课程设计的课题是十翻二运算电路。在我看来，每一次实验，不管是简单也好，困难也罢，收获都是非常大的。这两周的课程设计期间，我的体会如下：首先，巩固了我之前学习的电子电路的基础知识。当时，数字电路学得还是挺不错的，但是在这次实验的一开始，也就是设计阶段，对于与7448功能极其相似的4511还是有点生疏的，还是通过课本回顾了一下其内部结构和引脚功能。感触一：学过