电子技术课程设计指导书

2012-2013学年第一学期电子11301班《电子技术课程设计》（实训）指导书—、本课程设计的地位和作用数字电子技术课程设计是电子技术基础教学中的一个实践环节，它使学生自己通过设计和搭建一个实用电子产品雏形，巩固和加深在数字电子技术课程中的理论基础和实验中的基本技能，训练电子产品制作时的动手能力。通过该课程设计，设计出符合任务要求的电路，掌握通用电子电路的一般设计方法和步骤，训练并提高学生在文献检索、资料利用、方案比较和元器件选择等方面的综合能力，同时为毕业设计和毕业以后从事电子技术方面的科研和开发打下一定的基础。二、 课程设计的目的和要求能够较全面地巩固和应用“数字电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法。能合理、灵活地应用各种标准集成电路（SSI、MSI.LSI等）器件实现规定的数字系统。3•培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。4•学会使用multisim软件进行电路设计。培养独立进行实验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力。培养书写综合设计实验报告的能力。三、 课程设计的基本要求根据设计任务，从选择设计方案开始，进行电路设计；选择合适的器件，画出设计电路图；通过安装、调试，直至实现任务要求的全部功能。对电路要求布局合理，走线清晰，工作可靠，经验收合格后，写出完整的课程设计报告。四、 课程设计的具体步骤电子电路的一般设计方法和步骤是：分析设计任务和性能指标，选择总体方案，设计单元电路，选择器件，计算参数，画总体电路图。进行仿真试验和性能测试。实际设计过程中往往反复进行以上各步骤， 才能达到设计要求，需要灵活掌握。仁总体方案选择设计电路的第一步就是选择总体方案，就是根据提出的设计任务要求及性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现设计任务提出的各项要求和技术指标。设计过程中，往往有多种方案可以选择，应针对任务要求，查阅资料，权衡各方案的优缺点，从中选优。单元电路的设计2.1设计单元电路的一般方法和步骤根据设计要求和选定的总体方案原理图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。拟定出各单元电路的要求后，对它们进行设计。单元电路设计应采用符合的电平标准。2.2元器件的选择针对数字电路的课程设计，在搭建单元电路时，对于特定功能单元选择主要集成块的余地较小。比如时钟电路选555,转换电路选0809,译码及显示驱动电路也都相对固定。但由于电路参数要求不同，还需要通过选择参数来确定集成块型号。一个电路设计，单用数字电路课程内容是不够的， 往往同时掺有线性电路元件和集成块，因此还需对相应内容熟悉，比如运算放大器的种类和基本用法，集成比较器和集成稳压电路的特性和用法。总之，构建单元电路时，选择器件的电平标准和电流特性很重要。普通的门电路、时序逻辑电路、组合逻辑电路、脉冲产生电路、数模和模数转换电路、采样和存储电路等，参数选择恰当可以发挥其性能并节约设计成本。单元电路设计过程中，阻容元件的选择也很关键。它们的种类繁多，性能各异。优选的电阻和电容辅助于数字电路的设计可以使其功能多样化、完整化。单元电路调整与连调数字电路设计以逻辑关系为主体，因此各单元电路的输入输出逻辑关系与它们之间的正确传递决定了设计内容的成败。具体步骤要求每一个单元电路都须经过调整，有条件情况下可应用逻辑分析仪进行测试， 确保单元正确。各单元之间的匹配连接是设计的最后步骤，主要包含两方面，分别是电平匹配和驱动电流匹配。它也是整个设计成功的关键一步。衡量设计的标准工作稳定可靠；能达到预定的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成本低，功耗低；器件数目少，集成体积小，便于生产和维护。课程设计报告要求课程设计报告应包括以下内容：0 00 00 00 0对设计课题进行简要阐述。设计任务及其具体要求。总体设计方案方框图及各部分电路设计（含各部分电路功能、输入信号、输出信号、电路设计原理图及其功能阐述、所选用的集成电路器件等）。整机电路图（电路图应用标准逻辑符号绘制，电路图中应标明接线引出端名称、元件编号等）。器件清单。调试结果并记录7•总结与体会课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐、数据详实。五、 实验设备及材料计算机、MdtisimO.O电子仿真软件、数字电路实验箱、数字电路实验台、集成电路元件六、 具体课程设计课题（1）数值比较器两个4位数M和N的大小比较，三种情况: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”表示灯不亮，“1”表示灯亮。试设计电路，并用multisim仿真测试，完成表1O（参考图）74LS94O2.5V0X22.5V表1:M N Y(M>N) Y2(M<N) Y3(M=N)11011提供参考芯片：74ls04、74ls02、74ls08(-)两个一位二进制数相加的全加器1、进行逻辑抽象分析：考虑的来自低位的进位将两个1位二进制数相加，称为全加。设A、B是两个加数，C「力来之低位的进位，S是它们的和，Ci是向高位的进位。则根据二进制数相加的规律,写出它们的真值表2O(参考图)XWG1XWG1U1AU1AooOX二二三二三二三74LS86D74LS86DXLA1U7AE>074LS3D74LS3D74LS32D圭C进制数相加的规律,写出它们的真值表2O(参考图)XWG1XWG1U1AU1AooOX二二三二三二三74LS86D74LS86DXLA1U7AE>074LS3D74LS3D74LS32D圭C二—厶.输入输 出ABC.1S 6000001010011100*1=74LS08D51 1 01 1 12、 写出全加器的S和Ci的逻辑表达表。3、 根据全加器的逻辑表达表画出电路图。4、 根据电路图选取集成电路，并在软件上仿真电路。5、 利用字发生器、逻辑分析仪进行验证。1314131413141314提供参考芯片：74LS86、74LS08、74LS32。（三）译码器1S74LS138用TTL与非门组成的3线・8线译码器,AY015YA2AAmAY015YA2AAmY1140100Y213Y312A2Y4Y511Y101AAY69110Y77A2Y2AA210A5 2AY A7由上式可以看出，丫。~丫7同A、时又是 2A2A1mA m02A13A m40A1A0m s2A1A m6o2AA m7A、1这三个变量的全部最小项的00译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。74LS138有3个附加的控制端3、S和S°当g、S+S=0时，译码器2 3 2 3处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，这 3个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器的功能; 利用multis#］凹岀紡真电路:打开仿真幵总验步骤，设置和按下2译碌位置,OOOOO工作原理按表3懐求，自拟实74LS13中，验证线译码器74LS就真值表是否与理论相一考图）5VVCCXO X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7GND74LS138D输入输出G1G2AG九 ABCX） 丫1丫2 Y3Y；丫5Y6丫70XXXXX1XXX10000100011001010011101001010110110101112、常用译码器为“BCD七段显示译码器7448（7447）下图是它的逻辑图，其中…3输入BCD代码输出7位二进制代瓦可直接驱动七段蒜器显示相应的在间薮季。另外还有几个附加控制端,LT为灯测试输入；RBI为灭零输入；BI/RBO为灭灯输入/灭零输出。饥~£与A~A之间的逻辑关系如下式所示-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，四出实验电路：分别按动各单刀双掷开关，使输入4位二进制码“DCBA”分别为0000-1001,这时对应输入的每个二进制码，经译码器7447译码后直接推动共阳LED数码显示出十进制数0〜9,同时也可从接在输入端的4盏红色指示灯知道输入的二进制码。（参考图）5VVCCX1X2X4X3ooooQA小Qce561DC1211CO10C€9CF15CG14'LT'RBI'B.WSO将实验结果龙莓表4中。表4：输入输DCBA 0/\OBOCODOEOF0G 数码管显力啲数字00000001-t-0■Q-O-1~Vu~10001~0T0-110GND7447N011110000.01HF0tP1tP2(a)电路工作波形接通VCC后，VCC经和R2疏电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0,T导通，C通过R2和T放电,ucR2和T放电,uc下降。当uc下降到VCC/3时,uo又由0娈T截止,VCC又经和R2轨电。如此重复上述过程，在输端产生了连续的矩形脉第一个暂稳态的脉藤1,即uc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间tp1U0.7(R1+R2)C第二个暂稳态的脉廉2,即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间tp2U0.7R2C振荡周期:T=tp1+tp2- 0.7(R1+2R2)C2、仿真电路参考图：XSC15V3555TIMERRATEDR1-口IIU2C210nF10nFBUZZER200HzR2RSTOISTHROUTTRICONXFC1利用示波器观察输入和输出之间的关系，试修改电路参数，输出信号的周期为2秒。（五）电子密锁设置一个为1010的参考电路.每把锁都有规腿设置一个为1010的参考电路.每把锁都有规腿4位数字代码，如果输入代码符合改锁代码，且有开锁信号时，锁才能打开，若不符合，冊锁电路发出报警，试设计该电路，要求用最的与阳（六）四路抢答器抢答器是竞赛I抢答器是竞赛I可答中一种常用的鉛叢,从原理上讲，它是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时应路。1、设计要求:而对随之后来的其他数据信号不轉则I从 LED指示灯看出。具体要求如而对随之后来的其他数据信号不轉则I从 LED指示灯看出。具体要求如下:（1）设计一个可俸选手参加比赛的4路数字显示抢答器。他们的编号分该电路能黯出4个数据中的第1个到来者,输和作出响应。至于哪一位数据最先到来,别为“1；7、災4”各用一个抢答按钮，编号与参赛者的号码一一对应。（2）抢答器具有数据锁存功能，并将锁存的数据用LED数码管显示出抢答成功者的号码。（3）抢答器对抢答选手动作的先后有很强的分辨能力，即俺们的动作仅相差几毫秒，也能分辨出抢答者的先后来。即不显示后动作的选手编号。（4）主持人具有手动控制开关，可以手动清零复位，为下一轮抢答俶备2、工作原理抢答器的一般组成框图如下图所。它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、编码器、7段显示译码器、数码显示器等几部分组成。下壷紹抢答器的组成框图开关阵列电路该电路由多路开关所组成，每一竞赛者与一组开关相对应。触发锁存电路当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，在输出端产生相应的选手编号，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。编码显不电路（D编码器的作用是将某一开关信息转化为相应的 8421BCD码，以提供数字显不电路所需要的编码输入。⑵7段显示译码器译码驱动电路将编码器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。⑶数码显示器数码管通常用发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管。本设计提供的为LED数码管。将三者结合起来，直接用带有译码的数码显示管进行显示。提供参考集成器件：74LS74D触发器、四路D触发器74LS仃5D、555定时器、部分电阻、电容等。（参考图）CR SCR S11X6V8XSC174L374DKUC•g24U6A74LSXOVCCU111W5.1M?辑出敎無业锯输入XFC1(M)屮行输人右件屮H输出122＜b＞中仃镇人左移普行辑潸5™敎脳愉人比R实验＜c)并行怡人冲行締小 利用移位寄存器，只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。散制MUM移位寄存器的备种I/O方式«＞井行•人井ih输出根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式｝如图.10ISM13 12 11 10 9VccQQQQ CP SSVssCP CR1 2 3 4 5选用的4位双向通用移位寄存器，型号为74LS194,功能表如下:功能说明1nDQn1cQS&SLSRLRLKcc0XX XX X000)扌M1c1<o)QnQnQc1tc1<1IAnQ8nQHQcup1tA10) XnQAnQ8nQ01T木10X8nQcnQDnQ1I80土X XA Innun―d・—丿n并f XX移位寄存器应用很广，累加器；可用作数据转换，行数据等。3、计算机仿真实验内容：可构成移位寄存器型计数器；顺序脉冲发生器；串行即把串行数据转换为并行数据，或并行数据转换为串(1)逻辑功能验证：并行输入：打开仿真开关，根据74LS194功能表，用E实现“异步清(T功能；再根据“并行输入”功能要求，将5、S。使能端置于“1、1”状态，A、B、C、D数输出端指示灯变化情动根据7并填表6输出端指示灯变化情动根据7并填表6O:态保指ALS194:丧5::.•力能表刁G1自观察单脉冲作用时输出端变化情况,表6:未加脉冲加单脉冲脉冲QAQb未加脉冲加单脉冲数数“00用’，然后根据74LS194功能表时输出端指示灯变化情况，并填写表74LS194功能表“左移”功能要求，左移功能:将74LS194的Q端与S.端相连。在打开仿真开关的情况下，先给Q,Q送A D“左移”功能要求，观察当CP脉冲作用7；再给Q〜Q送数“1100”，然后根据A D观察当CP脉冲作用时输出端指示灯变化.情况.并埴写表8。表7歸沖CLK表8:QAQb】C QD01230d ■15脉冲CLKQAQbGD0112310045右移功能:将74LS194的Q端与张端相连。仿照左移功能步骤观察当 CP脉冲作用时D输繃指翊变化情况，并填写表QaQdQc输繃指翊变化情况，并填写表QaQdQc_9环Qd1-聯冲CLKI4A•QjtQbQcQd00123450011110（2） 利用一片74ls94设计左移循环彩灯（3） 利用一片74ls94设计右移循环彩灯（4） 利用两片74IS94设计具有延时两秒的彩灯电路（参考图略）（A）电子钟1、设计原理图披育之通箱是数用脑的人不用手.不