電子線路課程設計分析

1、1. 數(shù)字鐘電路的設計設計內(nèi)容：用74ls160設計兩個60進制電路進行“分”和“秒”的計數(shù)，一個24進制進行“時”的計數(shù);用十六進制顯示數(shù)碼管顯示計數(shù)。選用器件：（1）.14ls160 （20.函數(shù)信號發(fā)生器 （3）.十六進制數(shù)碼顯示管分析： 1. 數(shù)字鐘的“秒”“分”信號電路都由六十進制計數(shù)器構成，“時”信號產(chǎn)生電路為二十四進制計數(shù)器。利用74ls160芯片的置數(shù)功能。74ls160內(nèi)含一個四位二進制異步清除計數(shù)器，所以用2片160構成六十進制. a、b、c、d接低電平，個位與十位的qa、qb、qc、qd同接入同步置零端，用與非門設定個位進位為1001，十位為0101。再使兩輸出端接十六進

2、制顯示器?！皶r”的進制與顯示相同。當計數(shù)器輸出“0101”、“1001”和“0010”、“0011”時，同過們電路形成置零脈沖，是計數(shù)器置零。圖1.1為秒、分計數(shù)器。74ls160結構六十進制接線圖2.秒脈沖信號函數(shù)信號發(fā)生器接clk端，函數(shù)信號發(fā)生器的中間接地。74ls160的ep、et、clr端全部接高點平。 秒脈沖發(fā)生器3.秒向分、分向時進位時，由門電路的進位輸出端通過非門形成上升沿脈沖信號使下一級計數(shù)器開始工作。完整電路圖仿真結果：電路最終能夠正常進行計時。仿真中的問題： 在這次電路試驗中，對于最終電路設計和運行存在兩個問題： 1.最初按照數(shù)電書中整體置數(shù)接法對于電路未能成功，后對電路

3、做出多次修改方能正常運行。 2.脈沖信號頻率加至ghz電路不能正常計數(shù)。2.病人呼叫大夫的電路設計一：課程設計的目的通過本課程設計，能夠綜合運用所學理論知識，拓寬知識面，系統(tǒng)地進行電子電路的工程實踐訓練，培養(yǎng)工程師的基本技能，提高分析問題和解決問題的能力。二：課程設計要求本課程設計分為實際設計與虛擬仿真兩個環(huán)節(jié)。實際設計應使學生學會電子系統(tǒng)設計的基本設計方法，包括：方案的選擇、框圖的繪制、單元電路的設計、元器件的選擇等方面。虛擬仿真環(huán)節(jié)應使學生學會使用電路仿真分析軟件（multisim）在計算機上進行電路設計與分析的方法。要求學生所選課題必須在計算機上通過虛擬設計確定設計方案，通過虛擬仿真建立

4、系統(tǒng)，完成設計要求。三：課程設計內(nèi)容1. 設計題目：病房呼叫系統(tǒng)2. 要求： 設置撥碼開關呼叫開關。 用led指示燈顯示病房的呼叫。 當多個病房同時呼叫時，護士值班室中顯示優(yōu)先級別最高的病房號且蜂鳴器sp使計算機上的揚聲器發(fā)聲。四：實現(xiàn)方案、工作原理 由于病房呼叫擁有優(yōu)先級的限制，所以呼叫時應區(qū)分呼叫優(yōu)先級，這時就會用到優(yōu)先編碼器對呼叫進行優(yōu)先級的編碼，確保多個病房同時呼叫時，優(yōu)先級最高的病房首先得到相應。 其次，當病房發(fā)出呼叫請求時，為了方便醫(yī)護人員及時對病人進行救治，電路應該擁有顯示病房號的功能，這就需要用到數(shù)字顯示器對相應的病房呼叫做出顯示輸出。 再次，為了提高呼叫響應成功率，電路還應擁

5、有音頻提示功能，即當有呼叫請求發(fā)出時，原理圖：呼叫信號燈led和蜂鳴器由a、b、c、d輸出端反向相“或”后再與脈沖發(fā)生器輸出相“與”得到的信號控制。當k1k8中任意一個或幾個開關閉合時，led燈、蜂鳴器獲得脈沖信號，實現(xiàn)燈閃蜂鳴的效果。五：設計過程1.用撥碼開關模擬8個病房的呼叫輸入信號，8號優(yōu)先級最高；18優(yōu)先級依次升高；2.用一個數(shù)碼管顯示呼叫信號的號碼；沒信號時顯示0；有多個信號呼叫時，顯示優(yōu)先級最高的呼叫號；3.凡有呼叫時，led燈亮；4. 為了準確識別呼叫病房，使用數(shù)字顯示器顯示呼叫病房號，并使用蜂鳴器模擬揚聲器發(fā)聲。六：元器件選擇依據(jù)(1): 由于電路要實現(xiàn)至少八個病房的呼叫系統(tǒng)，

6、所以選擇的優(yōu)先編碼器應至少具有8個輸出接口，本電路選擇74ls147d優(yōu)先編碼器。此編碼器擁有9個輸入接口、4個輸出接口，能夠實現(xiàn)9種不同優(yōu)先級信號的同時輸入。同時，此芯片工作電壓較低，功耗較低，應用環(huán)境廣泛，具有較高的實用價值。(2): 對于病房號的顯示輸出，本電路中選用dcd_hex數(shù)字顯示器。此顯示器能夠顯示19的9種阿拉伯數(shù)字，完全能夠滿足8個病房號的顯示要求。同時由于它又具有4位輸入端，與74ls147的4位輸出端完全匹配。不過由于74ls147的輸入、輸出端均為低電平有效，所以使用時應注意點位的轉換。(3) : 由于要使用蜂鳴器作為音頻輸出，所以要選用一個同蜂鳴器同一頻率的脈沖發(fā)生

7、器發(fā)出脈沖。本電路選用5v電壓，200hz的。七：仿真設計對于顯示器的顯示規(guī)律，可是有下表來說明：d1d2d3d4d5d6d7d8d9abcdhcdxxxxxxx010111xxxxxx0111000xxxxx01111001xxxx011111010xxx0111111011xx01111111100x01111111110101111111111101111111111111注：“1”代表開關斷開，“0”代表開關閉合，“x”代表開關狀態(tài)任意。撥碼開關k1k8分別代表七個病房，5v的vcc電源代表高電平，即邏輯“1”。1000的電阻作為保護電阻，用來在開關接通時保護電源，防止電源短路。將k1

8、k8分別與74ls147d的d1d7輸入端連接。d9輸入端接高電平“1”。此時a、b、c、d及數(shù)字顯示器輸出情況如上表所示：八：心得體會 此次課程設計經(jīng)歷了一周時間，在這一周的課程設計中我發(fā)現(xiàn)自己的許多不足之處，理論知識很缺乏，實踐能力更是需要提高。剛開始時本想自己僅有的一點知識來完成，可是在設計中遇到了很多困難，有許多不理解的地方，這才發(fā)現(xiàn)靠自己一人的力量是不夠的，于是通過查資料，跟同學積極討論，在討論過程中不斷的完善自己的知識漏洞，同時也不斷的學習同學們的長處。在這過程中，我們一起流汗，一起歡笑，特別是看到我們共同設計的電路運行成功時，別提有多高興了！對于我而言，這一周的學習真是收獲不菲，

9、不但學到了新知識，而且體會到了合作的樂趣，培養(yǎng)了自己的實踐能力。3. 加法電路的設計3.3.1 設計內(nèi)容及要求（1）2個無符號4位二進制數(shù)相加，其和不大于15；（2） 要求加數(shù)及和均以十六進制數(shù)的形式顯示；（3） 通過2個撥碼開關控制改變2個加數(shù)的大小；（4） 當和大于15時，說明有進位，用邏輯探針點亮進行指示。3.3.2 設計原理及思路分析二進制與十六進制的轉化關系如表1：二進制十六進制000000001100102001130100401015011060111710008100191010a1011b1100c1101d1110e1111f表1要實現(xiàn)2個無符號4位二進制數(shù)的相加，可使用7

10、4ls283作為加法芯片，74ls283的管腳圖如圖1.1所示：2個四位二進制數(shù)分別從a4a1和b4b1輸入，其和從sum_4sum_1輸出，因為輸出也是一個二進制數(shù)，因此輸出的最大值為15，當2個輸入二進制數(shù)之和大于15時，將從c4輸出一個進位信號。用撥碼開關產(chǎn)生2個4位二進制數(shù)進，分別接入到 圖1.1 74ls283管腳圖73ls283 的兩個輸入端，邏輯探針與芯片的c4口連接，當有進位輸出時，邏輯探針將點亮。輸入信號和輸出信號同時與十六進制顯示芯片連接，顯示成十六進制形式。3.3.3 電路圖及仿真結果加法電路的電路圖如圖1.2所示：3.3.4 遇到困難及解決方法困難就是對芯片功能的不了解

11、導致不知該如何設計電路解決方法你搜一下74ls283的芯片功能4. 用74ls90實現(xiàn)十進制計數(shù)器的設計與顯示1. 以0，1，2，.，9為計數(shù)順序；2. 以0，2，4，6，8，1，3，5，7，9為計數(shù)順序。分析：本次電子線路課程設計第四題要求用74ls90芯片實現(xiàn)十進制計數(shù)功能。下面先分析一下74ls90芯片的功能。一、原理說明：74ls90是異步二五十進制加法計數(shù)器，它既可以作二進制加法計數(shù)器，又可以作五進制和十進制加法計數(shù)器。 通過不同的連接方式，74ls90可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助r0(1)、r0(2)對計數(shù)器清零，借助s9(1)、s9(2)將計數(shù)器置9。其具體功能詳述如

12、下： (1)計數(shù)脈沖從cp1輸入，qa作為輸出端，為二進制計數(shù)器。 (2)計數(shù)脈沖從cp2輸入，qdqcqb作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。 (3)若將cp2和qa相連，計數(shù)脈沖由cp1輸入，qd、qc、qb、qa作為輸出端，則構成異步8421碼十進制加法計數(shù)器。 (4)若將cp1與qd相連，計數(shù)脈沖由cp2輸入，qa、qd、qc、qb作為輸出端，則構成異步5421碼十進制加法計數(shù)器。 (5)清零、置9功能。 a) 異步清零 當r0(1)、r0(2)均為“1”；s9(1)、s9(2)中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即qdqcqbqa0000。 b) 置9功能 當s9(1)、s9(2)均為“

13、1”；r0(1)、r0(2)中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即qdqcqbqa1001。 74ls90引腳圖如下：十進制8421bcd碼計數(shù)5421bcd碼計數(shù)q3q2q1q0q0q3q2q1000000000100010001200100010300110011401000100501011000601101001701111010810001011910011100二、課程設計思路通過對74ls90芯片的學習，可以知道它具有十進制計數(shù)器的功能。按照表格中兩種不同的計數(shù)方式接電路，即可得到題目所要求的計數(shù)方式。第一問將cp2和qa相連，計數(shù)脈沖由cp1輸入，qd、qc、qb、qa作為輸出端，則構

14、成異步8421碼十進制加法計數(shù)器，計數(shù)器按照0,1,2,3,49計數(shù)；第二問將cp1與qd相連，計數(shù)脈沖由cp2輸入，qa、qd、qc、qb作為輸出端，則構成異步5421碼十進制加法計數(shù)器，把q0作為最低位，q3作為最高位接線即可按照0,2,4,6,8,1,3,5,7,9規(guī)律計數(shù)。三、課程設計過程：當然我們的課程設計并不是那么一帆風順的，而是困難重重。剛開始我在mutlsim軟件中插入了74ls90芯片但竟然沒有接地端，也沒有接高電位的管腳，甚是疑惑，糾結了一天，究其原因還是因為不了解芯片的功能，經(jīng)上網(wǎng)和查閱資料了解了芯片十進制計數(shù)功能，在同學的幫助下，自己一步步探索下，正確繪出了電路圖，而且

15、仿真結果和題目要求相同。不過剛開始計數(shù)會出現(xiàn)亂碼，不懂為什么會出現(xiàn)這種情況，忽然想起數(shù)電老師講過接一個sr觸發(fā)器可以改善這種情況，于是就接了sr觸發(fā)器在電路中，在答疑問老師電路是否正確，老師說74ls90芯片本身就有十進制計數(shù)功能，所以不需要接sr觸發(fā)器。經(jīng)不斷調(diào)整電路，終于繪制出了最終的美觀正確的電路。四、電路圖如下：第一問第二問：5.數(shù)碼管顯示控制電路設計一、 設計任務與要求（1） 數(shù)碼管能自動循環(huán)顯示數(shù)字0,1,2,3,4,1,3,0,2,4二、 設計原理1、 數(shù)碼管顯示控制電路原理框圖數(shù)碼管顯示7段譯碼電路組合邏輯電路十進制計數(shù)器脈沖產(chǎn)生電路數(shù)碼管顯示控制電路原理框圖如下：2、 十進制

16、計數(shù)器部分采用8421bcd碼計數(shù)，利用74ls90（二-五-十進制計數(shù)器）產(chǎn)生09的十個8421bcd碼。74ls90引腳圖如下：74ls90是異步二五十進制加法計數(shù)器，它既可以作二進制加法計數(shù)器，又可以作五進制和十進制加法計數(shù)器。通過不同的連接方式，74ls90可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助r0(1)、r0(2)對計數(shù)器清零，借助s9(1)、s9(2)將計數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：(1)計數(shù)脈沖從cp1輸入，qa作為輸出端，為二進制計數(shù)器。(2)計數(shù)脈沖從cp2輸入，qdqcqb作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。(3)若將cp2和qa相連，計數(shù)脈沖由cp1輸入，qd、qc、

17、qb、qa作為輸出端，則構成異步8421碼十進制加法計數(shù)器。(4)若將cp1與qd相連，計數(shù)脈沖由cp2輸入，qa、qd、qc、qb作為輸出端，則構成異步5421碼十進制加法計數(shù)器。(5)清零、置9功能。a) 異步清零 當r0(1)、r0(2)均為“1”；s9(1)、s9(2)中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即qdqcqbqa0000。b) 置9功能當s9(1)、s9(2)均為“1”；r0(1)、r0(2)中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即qdqcqbqa1001。 表17-1 輸 入輸 出功 能清 0置 9時 鐘qd qc qb qar0(1)、r0(2)s9(1)、s9(2)cp1 cp211

18、00 0000清 00011 1001置 90 00 0 1qa 輸 出二進制計數(shù)1 qdqcqb輸出五進制計數(shù) qaqdqcqbqa輸出8421bcd碼十進制計數(shù)qd qaqdqcqb輸出5421bcd碼十進制計數(shù)1 1不 變保 持00000000000100010010001000110011010001000101000101100011011100001000001010010100 3、 組合邏輯電路對計數(shù)器的輸出進行譯碼，將計數(shù)器輸出的09的8421bcd碼通過74ls00（二輸入與非門）和74ls20（四輸入與非門）構成的組合邏輯電路分別譯成0,1,2,3,4,1,3,0,2,4

19、的8421bcd碼，再通過七段譯碼器74ls47再譯成七段碼，再接上七段碼顯示器，就可以循環(huán)顯示數(shù)字。三、實驗內(nèi)容1.十進制計數(shù)器部分采用5421bcd碼輸出。把74ls90連接成5421bcd碼輸出的計數(shù)器，組合電路對5421bcd碼輸出進行譯碼，真值表如下:對應卡諾圖如下：011001010000001000010011000110a:b:c: 由卡諾圖可以得到邏輯表達式為： d=0: c=(q2q1q0)(q3q0) b=(q3q0)(q1q0)(q2q1) a=(q3q2q0)(q2q1q0)(q2q1q0)再根據(jù)邏輯表達式以及題目所要求的器件做出試驗原理圖，以便于在multiisim

20、10中進行線路連接。四、電路仿真：1、利用multisim10對其電路進行仿真。 將設計好的線路原理圖在multisim10中連接起來，然后進行仿真。連接好的線路原理圖如下： 仿真結果：仿真分析：對連接好的電路進行電路仿真，實現(xiàn)了題目所要求的功能，即循環(huán)顯示0,1,2,3,4,1,3,0,2,4這十個數(shù)字。達到了設計所要求的目的。在設計過程中遇到了一些問題，在第一次仿真的時候，沒有得到設計所要求的結果，經(jīng)過反復檢查，仔細分析，最后請教老師，最終解決了問題。6.燈控開關的設計用兩個開關a和b控制四盞燈l1、l2、l3和l4。要求ab=00時燈全滅；ab=01時燈左移；ab=10時燈右移；ab=1

21、1時燈全亮。分析： 本題共有四種模數(shù)式，分別是ab=00（全滅），ab=01（左移），ab=10（右移）和ab=11（全亮），以及四盞燈的亮或滅狀態(tài)。1. 燈的狀態(tài)控制 根據(jù)題意，要使燈能夠左右移，就要求四盞燈依次點亮，而我們只有兩個開關，要同時控制四盞燈的狀態(tài)和四種點亮模數(shù)式，就要求我們使用74ls138這個譯碼器。使用74ls138作為燈的控制器時，要得到四種狀態(tài)，只要輸入兩個變量來控制四盞燈的狀態(tài)，第三個接地置零。 2. led燈 led燈的接法，根據(jù)74ls138d的功能表，我們采取共陽接法。74ls138功能表燈的狀態(tài)控制圖3. 信號的產(chǎn)生 74ls138的輸入端要接入000，001

22、,010,011四種控制信號，最高位我們可以接地，次高位這是一個占空比為50%的模數(shù)為四的方波信號，最低位則是需要占空比為50%的模數(shù)為二的方波信號。我們就通過74ls161十六進制計數(shù)器產(chǎn)生，74ls161的信號則由函數(shù)信號發(fā)生器來產(chǎn)生。 根據(jù)74ls161的功能表，我們不難發(fā)現(xiàn)q0是模數(shù)為二的方波信號，q1則是模數(shù)為四的方波信號，所以我們既可以將q0/q1作為74ls138的輸入信號。74ls161的enp、ent、load和clr全部接高電平，函數(shù)信號發(fā)生器接clk端，函數(shù)信號發(fā)生器的中間接地。 函數(shù)信號發(fā)生器的參數(shù)設定以及產(chǎn)生輸入74ls138的信號4. 74ls138的使能端控制 根

23、據(jù)74ls138的功能表，我們將a、b與使能端的關系列下表。abg1g2ag2b00000011001010011111根據(jù)分析我們選定a與b連接g2a、g2b，a或b連接g1，控制74ls138的使能端。5. 左、右移時，由于左移可以自動實現(xiàn)，對于右移我們就需要對輸入的數(shù)據(jù)進行取反，針對ab=01、ab=10,我們將輸入數(shù)據(jù)與a異或，達到取反的目的。6. 最后我們要得到ab=11時全亮，所以就得對最后的輸出進行電路的修改，我們經(jīng)過認真分析，得到表達式 仿真成功結果最終電路原理圖ab=11時 全亮當ab=01時 左移當ab=10時 右移當ab=00時 全滅存在的問題 在這次實驗電路設計中，對于

24、最終的輸出數(shù)據(jù)電路設計存在兩點問題：1. 剛開始的時候，未能全面的考慮到74ls138的輸出情況，考慮不全面，使得最后從74ls138輸出的數(shù)據(jù)處理表達式，未能達到功能需求。2. 用單個的與門74ls08n未能實現(xiàn)功能，而用集成的74ls09n（四輸入與門），卻能達到功能需求。7直流穩(wěn)壓源的電路設計3.7.1設計要求輸出直流電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)1012v3.7.2設計思路1.穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路所組成，如圖所示，各部分功能如圖1：圖1 穩(wěn)壓電源框圖電源變壓器：由于各種電子設備要求直流穩(wěn)壓電源提供不同的幅值的直流電壓，而市電提供的交流220v，

25、因此需要利用變壓器先將市電的電壓變換成所需要的交流電壓，再將變換后的交流電壓整流、濾波和穩(wěn)壓，最后獲得所需要的直流電壓；整流電路：整流電路是利用具有單向導電性的整流器件（如整流二極管、晶閘管），將大小、方向變化的正弦交流電變換成單向脈動的直流電。這種單向脈動直流電壓含有很大的紋波成分，一般不能使用；濾波電路：濾波電路的主要任務是將整流后的單向脈動直流電壓中的紋波成分盡可能濾除掉，使其變成平滑的直流電。濾波電路通常由電容、電感等儲能組件組成；穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的作用是采取某些措施，使直流穩(wěn)壓電源輸出的直流電壓在市電電壓或負載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。2.電源的結構本設計電源的主要參數(shù)：輸出電壓：1

26、012v用電位器來調(diào)節(jié)；輸出電流：500ma（在輸出電壓12v ）根據(jù)電源設計原理和要求此直流電源電路表示為圖2：圖2 可變電壓電源電路由于該電路的負載電流最大到500ma，所以將射極跟隨器部分進行如圖連接，這是由于用小的基極電流可控制大的負載電流的緣故。將輸出電壓進行反饋的電阻使用可變電阻，就能對輸出電壓進行調(diào)節(jié)。2.1 選擇輸出晶體管對于射極跟隨器部分的晶體管tr1，由于流過500ma 的負載電流及交流整流后的電壓為19v（后述），所以選擇具有ic500ma，vcbo19v最大額定值的晶體管。選擇低功率放大晶體管2sd1406。還有，輸出電壓是12v、500ma 的集電極電流流動時的tr1

27、 的集電極發(fā)射極間電壓為7v（=19v-12v），可以算出發(fā)生3.5w（=500ma7v）的熱損耗。在實際電路中，圖a 點的電壓為脈沖電壓（峰值為19v），所以tr1 的熱損耗為1.5w 左右。因此，在tr1 上有必要安裝1.5w 的散熱器。在該電路中，tr1 用的散熱器是mc24l20。在輸出電壓設定在3v 時，為了抑制tr1 的熱損耗在1.5w 以下，輸出電流必須限制在100ma 以下。也就是，如果安裝散熱量為7w 的散熱器，即使輸出電壓為10v，電路也能取出500ma 的電流。2.2 誤差放大器的設計對于tr2，最大0.1ma 的基極電流是必需的（500ma/60/70，即最大輸出電流被tr1 與tr2 的hfe 的最低值除）。該電流是有共發(fā)射極放大器（tr2）的負載電阻r1 提供給tr2 的基極的，所以，r1 的值太大_則不能給tr2 提供基極電流。在輸出電壓為15v 時，r1 的壓降為5.8w（5.8w=19v-12v-1.2v）。為了流過0.1ma 以上的電流，r1=2.2k（設定的太小，電流就浪費了），vr1 的滑動頭位置放在最上端時（a）圖，輸出電壓為最小值，這個值為d5 的壓降v2 加上tr3vbe 的值。(a)最小輸出電壓(b)最大輸出電壓圖3 電位器滑動頭的位置與輸出電壓的關系最小輸出電壓由