《电子线路课程设计分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子线路课程设计分析.doc（27页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1. 数字钟电路的设计设计内容：用74LS160设计两个60进制电路进行“分”和“秒”的计数，一个24进制进行“时”的计数;用十六进制显示数码管显示计数。选用器件：（1）.14LS160 （20.函数信号发生器 （3）.十六进制数码显示管分析： 1. 数字钟的“秒”“分”信号电路都由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路为二十四进制计数器。利用74LS160芯片的置数功能。74LS160内含一个四位二进制异步清除计数器，所以用2片160构成六十进制. A、B、C、D接低电平，个位与十位的QA、QB、QC、QD同接入同步置零端，用与非门设定个位进位为1001，十位为0101。再使两输出端接十六进
2、制显示器。“时”的进制与显示相同。当计数器输出“0101”、“1001”和“0010”、“0011”时，同过们电路形成置零脉冲，是计数器置零。图1.1为秒、分计数器。74LS160结构六十进制接线图2.秒脉冲信号函数信号发生器接CLK端，函数信号发生器的中间接地。74LS160的EP、ET、CLR端全部接高点平。 秒脉冲发生器3.秒向分、分向时进位时，由门电路的进位输出端通过非门形成上升沿脉冲信号使下一级计数器开始工作。完整电路图仿真结果：电路最终能够正常进行计时。仿真中的问题： 在这次电路试验中，对于最终电路设计和运行存在两个问题： 1.最初按照数电书中整体置数接法对于电路未能成功，后对电路
3、做出多次修改方能正常运行。 2.脉冲信号频率加至GHZ电路不能正常计数。2.病人呼叫大夫的电路设计一：课程设计的目的通过本课程设计，能够综合运用所学理论知识，拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。二：课程设计要求本课程设计分为实际设计与虚拟仿真两个环节。实际设计应使学生学会电子系统设计的基本设计方法，包括：方案的选择、框图的绘制、单元电路的设计、元器件的选择等方面。虚拟仿真环节应使学生学会使用电路仿真分析软件（Multisim）在计算机上进行电路设计与分析的方法。要求学生所选课题必须在计算机上通过虚拟设计确定设计方案，通过虚拟仿真建立
4、系统，完成设计要求。三：课程设计内容1. 设计题目：病房呼叫系统2. 要求： 设置拨码开关呼叫开关。 用LED指示灯显示病房的呼叫。 当多个病房同时呼叫时，护士值班室中显示优先级别最高的病房号且蜂鸣器SP使计算机上的扬声器发声。四：实现方案、工作原理 由于病房呼叫拥有优先级的限制，所以呼叫时应区分呼叫优先级，这时就会用到优先编码器对呼叫进行优先级的编码，确保多个病房同时呼叫时，优先级最高的病房首先得到相应。 其次，当病房发出呼叫请求时，为了方便医护人员及时对病人进行救治，电路应该拥有显示病房号的功能，这就需要用到数字显示器对相应的病房呼叫做出显示输出。 再次，为了提高呼叫响应成功率，电路还应拥
5、有音频提示功能，即当有呼叫请求发出时，原理图：呼叫信号灯LED和蜂鸣器由A、B、C、D输出端反向相“或”后再与脉冲发生器输出相“与”得到的信号控制。当K1K8中任意一个或几个开关闭合时，LED灯、蜂鸣器获得脉冲信号，实现灯闪蜂鸣的效果。五：设计过程1.用拨码开关模拟8个病房的呼叫输入信号，8号优先级最高；18优先级依次升高；2.用一个数码管显示呼叫信号的号码；没信号时显示0；有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号；3.凡有呼叫时，LED灯亮；4. 为了准确识别呼叫病房，使用数字显示器显示呼叫病房号，并使用蜂鸣器模拟扬声器发声。六：元器件选择依据(1): 由于电路要实现至少八个病房的呼叫系统，
6、所以选择的优先编码器应至少具有8个输出接口，本电路选择74LS147D优先编码器。此编码器拥有9个输入接口、4个输出接口，能够实现9种不同优先级信号的同时输入。同时，此芯片工作电压较低，功耗较低，应用环境广泛，具有较高的实用价值。(2): 对于病房号的显示输出，本电路中选用DCD_HEX数字显示器。此显示器能够显示19的9种阿拉伯数字，完全能够满足8个病房号的显示要求。同时由于它又具有4位输入端，与74LS147的4位输出端完全匹配。不过由于74LS147的输入、输出端均为低电平有效，所以使用时应注意点位的转换。(3) : 由于要使用蜂鸣器作为音频输出，所以要选用一个同蜂鸣器同一频率的脉冲发生
7、器发出脉冲。本电路选用5V电压，200Hz的。七：仿真设计对于显示器的显示规律，可是有下表来说明：D1D2D3D4D5D6D7D8D9ABCDHCDXXXXXXX010111XXXXXX0111000XXXXX01111001XXXX011111010XXX0111111011XX01111111100X01111111110101111111111101111111111111注：“1”代表开关断开，“0”代表开关闭合，“X”代表开关状态任意。拨码开关K1K8分别代表七个病房，5V的VCC电源代表高电平，即逻辑“1”。1000的电阻作为保护电阻，用来在开关接通时保护电源，防止电源短路。将K1
8、K8分别与74LS147D的D1D7输入端连接。D9输入端接高电平“1”。此时A、B、C、D及数字显示器输出情况如上表所示：八：心得体会 此次课程设计经历了一周时间，在这一周的课程设计中我发现自己的许多不足之处，理论知识很缺乏，实践能力更是需要提高。刚开始时本想自己仅有的一点知识来完成，可是在设计中遇到了很多困难，有许多不理解的地方，这才发现靠自己一人的力量是不够的，于是通过查资料，跟同学积极讨论，在讨论过程中不断的完善自己的知识漏洞，同时也不断的学习同学们的长处。在这过程中，我们一起流汗，一起欢笑，特别是看到我们共同设计的电路运行成功时，别提有多高兴了！对于我而言，这一周的学习真是收获不菲，
9、不但学到了新知识，而且体会到了合作的乐趣，培养了自己的实践能力。3. 加法电路的设计3.3.1 设计内容及要求（1）2个无符号4位二进制数相加，其和不大于15；（2） 要求加数及和均以十六进制数的形式显示；（3） 通过2个拨码开关控制改变2个加数的大小；（4） 当和大于15时，说明有进位，用逻辑探针点亮进行指示。3.3.2 设计原理及思路分析二进制与十六进制的转化关系如表1：二进制十六进制000000001100102001130100401015011060111710008100191010A1011B1100C1101D1110E1111F表1要实现2个无符号4位二进制数的相加，可使用7
10、4LS283作为加法芯片，74LS283的管脚图如图1.1所示：2个四位二进制数分别从A4A1和B4B1输入，其和从SUM_4SUM_1输出，因为输出也是一个二进制数，因此输出的最大值为15，当2个输入二进制数之和大于15时，将从C4输出一个进位信号。用拨码开关产生2个4位二进制数进，分别接入到 图1.1 74LS283管脚图73LS283 的两个输入端，逻辑探针与芯片的C4口连接，当有进位输出时，逻辑探针将点亮。输入信号和输出信号同时与十六进制显示芯片连接，显示成十六进制形式。3.3.3 电路图及仿真结果加法电路的电路图如图1.2所示：3.3.4 遇到困难及解决方法困难就是对芯片功能的不了解
11、导致不知该如何设计电路解决方法你搜一下74LS283的芯片功能4. 用74LS90实现十进制计数器的设计与显示1. 以0，1，2，.，9为计数顺序；2. 以0，2，4，6，8，1，3，5，7，9为计数顺序。分析：本次电子线路课程设计第四题要求用74LS90芯片实现十进制计数功能。下面先分析一下74LS90芯片的功能。一、原理说明：74LS90是异步二五十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。 通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如
12、下： (1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。 (2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。 (3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。 (4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。 (5)清零、置9功能。 a) 异步清零 当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA0000。 b) 置9功能 当S9(1)、S9(2)均为“
13、1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA1001。 74LS90引脚图如下：十进制8421BCD码计数5421BCD码计数Q3Q2Q1Q0Q0Q3Q2Q1000000000100010001200100010300110011401000100501011000601101001701111010810001011910011100二、课程设计思路通过对74LS90芯片的学习，可以知道它具有十进制计数器的功能。按照表格中两种不同的计数方式接电路，即可得到题目所要求的计数方式。第一问将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构
14、成异步8421码十进制加法计数器，计数器按照0,1,2,3,49计数；第二问将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器，把Q0作为最低位，Q3作为最高位接线即可按照0,2,4,6,8,1,3,5,7,9规律计数。三、课程设计过程：当然我们的课程设计并不是那么一帆风顺的，而是困难重重。刚开始我在mutlsim软件中插入了74LS90芯片但竟然没有接地端，也没有接高电位的管脚，甚是疑惑，纠结了一天，究其原因还是因为不了解芯片的功能，经上网和查阅资料了解了芯片十进制计数功能，在同学的帮助下，自己一步步探索下，正确绘出了电路图，而且
15、仿真结果和题目要求相同。不过刚开始计数会出现乱码，不懂为什么会出现这种情况，忽然想起数电老师讲过接一个SR触发器可以改善这种情况，于是就接了SR触发器在电路中，在答疑问老师电路是否正确，老师说74LS90芯片本身就有十进制计数功能，所以不需要接SR触发器。经不断调整电路，终于绘制出了最终的美观正确的电路。四、电路图如下：第一问第二问：5.数码管显示控制电路设计一、 设计任务与要求（1） 数码管能自动循环显示数字0,1,2,3,4,1,3,0,2,4二、 设计原理1、 数码管显示控制电路原理框图数码管显示7段译码电路组合逻辑电路十进制计数器脉冲产生电路数码管显示控制电路原理框图如下：2、 十进制
16、计数器部分采用8421BCD码计数，利用74LS90（二-五-十进制计数器）产生09的十个8421BCD码。74LS90引脚图如下：74LS90是异步二五十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、
17、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。(4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。(5)清零、置9功能。a) 异步清零 当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA0000。b) 置9功能当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA1001。 表17-1 输 入输 出功 能清 0置 9时 钟QD QC QB QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP211
18、00 0000清 00011 1001置 90 00 0 1QA 输 出二进制计数1 QDQCQB输出五进制计数 QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数1 1不 变保 持00000000000100010010001000110011010001000101000101100011011100001000001010010100 3、 组合逻辑电路对计数器的输出进行译码，将计数器输出的09的8421BCD码通过74LS00（二输入与非门）和74LS20（四输入与非门）构成的组合逻辑电路分别译成0,1,2,3,4,1,3,0,2,4
19、的8421BCD码，再通过七段译码器74LS47再译成七段码，再接上七段码显示器，就可以循环显示数字。三、实验内容1.十进制计数器部分采用5421BCD码输出。把74LS90连接成5421BCD码输出的计数器，组合电路对5421BCD码输出进行译码，真值表如下:对应卡诺图如下：011001010000001000010011000110A:B:C: 由卡诺图可以得到逻辑表达式为： D=0: C=(Q2Q1Q0)(Q3Q0) B=(Q3Q0)(Q1Q0)(Q2Q1) A=(Q3Q2Q0)(Q2Q1Q0)(Q2Q1Q0)再根据逻辑表达式以及题目所要求的器件做出试验原理图，以便于在multiisim
20、10中进行线路连接。四、电路仿真：1、利用multisim10对其电路进行仿真。 将设计好的线路原理图在multisim10中连接起来，然后进行仿真。连接好的线路原理图如下： 仿真结果：仿真分析：对连接好的电路进行电路仿真，实现了题目所要求的功能，即循环显示0,1,2,3,4,1,3,0,2,4这十个数字。达到了设计所要求的目的。在设计过程中遇到了一些问题，在第一次仿真的时候，没有得到设计所要求的结果，经过反复检查，仔细分析，最后请教老师，最终解决了问题。6.灯控开关的设计用两个开关A和B控制四盏灯L1、L2、L3和L4。要求AB=00时灯全灭；AB=01时灯左移；AB=10时灯右移；AB=1
21、1时灯全亮。分析： 本题共有四种模数式，分别是AB=00（全灭），AB=01（左移），AB=10（右移）和AB=11（全亮），以及四盏灯的亮或灭状态。1. 灯的状态控制 根据题意，要使灯能够左右移，就要求四盏灯依次点亮，而我们只有两个开关，要同时控制四盏灯的状态和四种点亮模数式，就要求我们使用74LS138这个译码器。使用74LS138作为灯的控制器时，要得到四种状态，只要输入两个变量来控制四盏灯的状态，第三个接地置零。 2. LED灯 LED灯的接法，根据74LS138D的功能表，我们采取共阳接法。74LS138功能表灯的状态控制图3. 信号的产生 74LS138的输入端要接入000，001
22、,010,011四种控制信号，最高位我们可以接地，次高位这是一个占空比为50%的模数为四的方波信号，最低位则是需要占空比为50%的模数为二的方波信号。我们就通过74LS161十六进制计数器产生，74LS161的信号则由函数信号发生器来产生。 根据74LS161的功能表，我们不难发现Q0是模数为二的方波信号，Q1则是模数为四的方波信号，所以我们既可以将Q0/Q1作为74LS138的输入信号。74LS161的ENP、ENT、LOAD和CLR全部接高电平，函数信号发生器接CLK端，函数信号发生器的中间接地。 函数信号发生器的参数设定以及产生输入74LS138的信号4. 74LS138的使能端控制 根
23、据74LS138的功能表，我们将A、B与使能端的关系列下表。ABG1G2AG2B00000011001010011111根据分析我们选定A与B连接G2A、G2B，A或B连接G1，控制74LS138的使能端。5. 左、右移时，由于左移可以自动实现，对于右移我们就需要对输入的数据进行取反，针对AB=01、AB=10,我们将输入数据与A异或，达到取反的目的。6. 最后我们要得到AB=11时全亮，所以就得对最后的输出进行电路的修改，我们经过认真分析，得到表达式 仿真成功结果最终电路原理图AB=11时 全亮当AB=01时 左移当AB=10时 右移当AB=00时 全灭存在的问题 在这次实验电路设计中，对于
24、最终的输出数据电路设计存在两点问题：1. 刚开始的时候，未能全面的考虑到74LS138的输出情况，考虑不全面，使得最后从74LS138输出的数据处理表达式，未能达到功能需求。2. 用单个的与门74LS08N未能实现功能，而用集成的74LS09N（四输入与门），却能达到功能需求。7直流稳压源的电路设计3.7.1设计要求输出直流电压在一定范围内可调1012V3.7.2设计思路1.稳压电源的组成直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路所组成，如图所示，各部分功能如图1：图1 稳压电源框图电源变压器：由于各种电子设备要求直流稳压电源提供不同的幅值的直流电压，而市电提供的交流220V，
25、因此需要利用变压器先将市电的电压变换成所需要的交流电压，再将变换后的交流电压整流、滤波和稳压，最后获得所需要的直流电压；整流电路：整流电路是利用具有单向导电性的整流器件（如整流二极管、晶闸管），将大小、方向变化的正弦交流电变换成单向脉动的直流电。这种单向脉动直流电压含有很大的纹波成分，一般不能使用；滤波电路：滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波成分尽可能滤除掉，使其变成平滑的直流电。滤波电路通常由电容、电感等储能组件组成；稳压电路：稳压电路的作用是采取某些措施，使直流稳压电源输出的直流电压在市电电压或负载电流发生变化时保持稳定。2.电源的结构本设计电源的主要参数：输出电压：1
26、012V用电位器来调节；输出电流：500mA（在输出电压12V ）根据电源设计原理和要求此直流电源电路表示为图2：图2 可变电压电源电路由于该电路的负载电流最大到500mA，所以将射极跟随器部分进行如图连接，这是由于用小的基极电流可控制大的负载电流的缘故。将输出电压进行反馈的电阻使用可变电阻，就能对输出电压进行调节。2.1 选择输出晶体管对于射极跟随器部分的晶体管Tr1，由于流过500mA 的负载电流及交流整流后的电压为19V（后述），所以选择具有IC500mA，VCBO19V最大额定值的晶体管。选择低功率放大晶体管2SD1406。还有，输出电压是12V、500mA 的集电极电流流动时的Tr1
27、 的集电极发射极间电压为7V（=19V-12V），可以算出发生3.5W（=500mA7V）的热损耗。在实际电路中，图A 点的电压为脉冲电压（峰值为19V），所以Tr1 的热损耗为1.5W 左右。因此，在Tr1 上有必要安装1.5W 的散热器。在该电路中，Tr1 用的散热器是MC24L20。在输出电压设定在3V 时，为了抑制Tr1 的热损耗在1.5W 以下，输出电流必须限制在100mA 以下。也就是，如果安装散热量为7W 的散热器，即使输出电压为10V，电路也能取出500mA 的电流。2.2 误差放大器的设计对于Tr2，最大0.1mA 的基极电流是必需的（500mA/60/70，即最大输出电流被
28、Tr1 与Tr2 的hFE 的最低值除）。该电流是有共发射极放大器（Tr2）的负载电阻R1 提供给Tr2 的基极的，所以，R1 的值太大_则不能给Tr2 提供基极电流。在输出电压为15V 时，R1 的压降为5.8W（5.8W=19V-12V-1.2V）。为了流过0.1mA 以上的电流，R1=2.2K（设定的太小，电流就浪费了），VR1 的滑动头位置放在最上端时（a）图，输出电压为最小值，这个值为D5 的压降V2 加上Tr3VBE 的值。(a)最小输出电压(b)最大输出电压图3 电位器滑动头的位置与输出电压的关系最小输出电压由设计规格可知必须为3V，所以对于D5，使用齐纳电压为2V 的齐纳二极管
29、HZ2BLL。还有，也可以用三个串联连接的硅二极管代替齐纳二极管，进而，如图4（b）所示，去掉齐纳二极管，仅用Tr3 的VBE 作基准电压也能工作。但是，这两种电路的输出电压的温度稳定性和负载电流引起的电压下降率等性能都会变差。VR1 是改变反馈到误差放大器的电压，进而调整输出电压的可变电阻。但是，该电阻值取得过大，则不能提供Tr3 的基极电流；如果过小，则无用电流变大。这里，取VR1=10K。如图4（b）所示，R2 的作用是当VR1 的滑动头位置在最下端时，使得输出电压不要过大。为了使最大输出电压为15V 以上，R2 必须小于2.8K（12V=（10K+R2）/R22.6V），因此R2=2.
30、8K（a） （b）图4 齐纳二极管的代用品2.3 稳压工作用的电容器C2 是减少输出端与Tr3 之间的交流阻抗（将VR1交流地短路）、稳定地加负反馈使用的电容器。C2 的值如果在几微法以上，则不管多大都可以。不过，过大也是浪费的。在这里，取C2=10uF。即使没有C2，电路也工作，但是为了保证稳定度和性能，这是个绝对必要的电容器。C3 是为了减少输出端的交流输出阻抗而使用的电容器。由于电源电路加上负反馈而使输出阻抗下降，所以C3 本来是不必要的，但是没有充分加反馈的高频范围，为了降低输出阻抗，也接上110uF 左右的电容器。在该电路中，取C3=10uF。2.4 整流电路的设计在电源电路中，虽然进行电压稳定化的部分早已经消失，但是从交流（AC）得到直流（DC）电压的整流电路是非常重要的。首先，在Tr1 的集电极（A 点）必要的电压为13.5V。这是输出电压的最大值12V加上Tr1 与Tr2 的VBE（0.6V）和Tr2 的基极电流流过R1 所产生的压降的值（13.5V12V+0.6V2+2.2K0.1mA）。但是，该值不是波纹的最大值，而是表示A 点波纹的最低值，必须在13.5V以上。在整流电路中，设定波纹的最大值是一件简单的事情（最大值为输入交流电压的峰值减去二极管的压降），波纹的最小值则由输入的交流电压、滤波电容器的值、变压器的线圈带内阻以及负载电流等多种因素来决定。