數(shù)電實訓(xùn)報告

1、 實習(xí)(設(shè)計)報告姓 名 張子望 班 級 13電51 學(xué) 號 130285041 實習(xí)(設(shè)計)科目 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計實習(xí)實習(xí)(設(shè)計)地點 403D 實習(xí)(設(shè)計)時間 2015.12.28-2016.1.8 電氣工程及自動化學(xué)院School of Electrical Engineering & Automation實習(xí)(設(shè)計)科 目電子技術(shù)綜合課程設(shè)計實習(xí)實習(xí)設(shè)計指導(dǎo)教師姓 名職 務(wù)所 在 部 門劉麗君教師謝新剛教師黃玲琴教師姜行東教師實習(xí)設(shè)計小組成員張子望實習(xí)設(shè)計要求1：設(shè)計8位流水燈2：可以控制流水燈的開始與停止3：可以控制流水燈的變化方向?qū)嵙?xí) 設(shè)計任務(wù)設(shè)計流水燈電路說明：（1

2、）本日志用于記錄實習(xí)（設(shè)計）過程中的各項活動內(nèi)容，要求學(xué)生必須填寫具體、齊全、工整。 （2）實習(xí)（設(shè)計）結(jié)束后由專業(yè)科主任審查簽字。目錄第一篇 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計4一：設(shè)計題目4二：設(shè)計任務(wù)4三：原理框圖4四：設(shè)計電路原理分析54.1 總體電路圖54.2時鐘發(fā)生電路64.3 按鍵控制電路64.4 移位寄存器部分7五 芯片介紹85.1 555定時器85.2 移位寄存器194115.3 控制電路與非門12六 整體電路圖13七 仿真結(jié)果147.1 停止置數(shù)狀態(tài)147.2 正向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)147.3 反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)15第二篇 電子技術(shù)綜合課程實習(xí)16一 課程實習(xí)任務(wù)16二 電機轉(zhuǎn)速表功能介紹17三 電路原

3、理圖以及工作原理分析183.1轉(zhuǎn)速表的原理圖183.2轉(zhuǎn)速表原理分析18四 芯片介紹234.1 CD40106介紹234.2 CD40110介紹24第三篇 總結(jié)26一 心得體會26二 參考文獻27第一篇 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計一：設(shè)計題目設(shè)計一個循環(huán)彩燈控制電路二：設(shè)計任務(wù)1：設(shè)計制作一個八位循環(huán)彩燈，能夠控制彩燈循環(huán)的開始與結(jié)束，也可以改變彩燈循環(huán)的方向；2：了解主要芯片使用方法；3：掌握所學(xué)數(shù)電知識；三：原理框圖28四：設(shè)計電路原理分析4.1 總體電路圖圖1 流水燈電路總體電路圖本設(shè)計的流水燈為8位流水燈，能夠?qū)崿F(xiàn)8位循環(huán)移位。并且可以通過按鍵控制循環(huán)的方向。為了實現(xiàn)以上功能，本系統(tǒng)由時鐘發(fā)

4、生電路，按鍵控制電路，移位電路組成。4.2時鐘發(fā)生電路圖2 時鐘發(fā)生電路時鐘發(fā)生電路由555定時器電路組成。其震蕩周期為T=(2R2+R1)*C2*ln3;其占空比為R2/(R1+R2);若想改變其震蕩頻率，即改變流水燈變化時間，只需要改變R1或R2的大小就可以。圖三為時鐘電路仿真結(jié)果：圖3 時鐘發(fā)生電路仿真圖利用555定時器的輸出方波作為移位寄存器的時鐘，即可驅(qū)動移位寄存器工作。4.3 按鍵控制電路為了實現(xiàn)流水彩燈的控制，加入了按鍵控制電路。圖四為按鍵控制電路：圖4 按鍵控制電路按鍵控制電路可以實現(xiàn)流水燈的開始與結(jié)束，流水燈的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。下表為其輸出真值表：S1S2U4U5 0 0 110

5、11110101 101表1 開關(guān)控制電路的真值表當(dāng)S2打開后，U4，U5輸出都為1，則移位器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)。S1閉合后，移位器處于正常移位狀態(tài)，這時可以通過改變S2開關(guān)狀態(tài)來改變U4，U5的輸出，改變移位器的控制線的狀態(tài)，達到改變移位方向的目的。特別注意的是，U4與U5的輸出借到移位寄存器的S0，S1。只有這樣，我們才可以利用按鍵的輸出改變電路的狀態(tài)，達到控制電路的狀態(tài)的目的。4.4 移位寄存器部分為了實現(xiàn)流水燈，我們需要使用相應(yīng)的集成電路達到信號選擇的目的。移位可以使用三線-八線譯碼器，或者計數(shù)器完成，也可以使用移位器完成。方案1：使用三線-八線譯碼器。138是三線-八線譯碼器，可以通過對

6、三位輸入信號選通對應(yīng)的路。但是為了實現(xiàn)流水燈的正反轉(zhuǎn)還需要使用192加減計數(shù)器。相應(yīng)的電路較為復(fù)雜。方案2：使用移位寄存器。194是四位移位寄存器，本身帶有左移與右移功能，且控制簡單，對于本設(shè)計較為簡單。所以，選擇方案2；圖五為移位寄存器194的鏈接電路：圖5 194移位寄存器電路五 芯片介紹5.1 555定時器555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活，方便，所以555定時器在波形的產(chǎn)生與變換，測量與控制，家用電器，電子原件等許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。圖六是其內(nèi)部原理圖：圖6 555定時器內(nèi)部原理圖可以看到，在555定時

7、器內(nèi)部，有兩個集成運放C1，C2。C1同相輸入端接到了2/3 VCC，并且由5號引腳引出，作為可變參考電壓的輸入端。C2的反相輸入端接到了1/3 VCC。在5號引腳懸空時，555定時器內(nèi)部閥值電壓為1/3 VCC和2/3 VCC。表二為其功能表：輸入輸出RTHTRVOTd狀態(tài)0××低導(dǎo)通1>2/3 VCC>1/3 VCC低導(dǎo)通1<2/3 VCC>1/3 VCC不變不變1<2/3 VCC<1/3 VCC高截止1>2/3 VCC<1/3 VCC高截止表2 555定時器功能表利用555定時器可以很方便的連接多諧振蕩器，其連接方式如圖

8、二所示。結(jié)合555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，多諧振蕩器的電路原理如圖七：圖7 多諧振蕩器原理圖由原理圖可知，多諧振蕩器實際上是在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上更改而來。其電容C上的電壓在1/3 與 2/3 之間變動。設(shè)電容C的充電時間為T1，放電時間為T2，則其中， = 2/3, = 1/3；由此得，； ；又;；即可得到此多諧振蕩器的震蕩頻率；其中，其占空比為：圖八為電容C上的電壓與輸出電壓的波形圖：圖8 多諧振蕩器的波形5.2 移位寄存器194兩片194組成8位移位電路，U1為低位片，U2為高位片。U1的Q3接到U2的DSR,Q0接到U2的DSL；U2的Q3接到U1的DSR,Q0，接到DSL；這樣就將兩片194

9、接成可以左右移位的環(huán)形移位寄存器。下表為194的功能表：功能輸入輸出CPCRS1S0SRSLD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3清除×0××××××××0000送數(shù)111××abcdabcd右移101DR×××××DRQ0Q1Q2左移110×DL××××Q1Q2Q3DL保持100××××××Q0Q1Q2Q3保持1×

10、5;××××××Q0Q1Q2Q3表3 194功能表由194的功能表可知，當(dāng)S1=S2=1時，194處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，其輸出為預(yù)置數(shù)。當(dāng)S1=0，S0=1時，194在上升延進行右移。當(dāng)S1=1，S0=0時，194在上升延進行左移。當(dāng)S1=0，S0=0和下降延時，194保持。利用S1與S2狀態(tài)相反從而其移位方向的不同，可以順利的鏈接出雙向的移位控制電路；下圖為CC40194的引腳邏輯圖：圖9 CC40194引腳圖及邏輯圖5.3 控制電路與非門由于按鍵控制電路需要三個與非門來實現(xiàn)，所以選擇與非門芯片74LS00。其中有一路與非將兩個輸入端接到

11、一起用作非門。下圖為74LS00芯片引腳以及邏輯圖：圖9 74LS00引腳圖74LS00為74系列與非門，其上升時間為9ns,下降時間為10ns，功耗為9mW。是74系列高速，低功耗的與非門。其功能邏輯圖如下：ABY LLHLHHHLHHH L表4 與非門邏輯表利用與非門的配合，將控制電路的兩個輸出連接到兩個移位寄存器的控制端上，實現(xiàn)對流水燈的開始，停止，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)的控制。六 整體電路圖下圖為本設(shè)計的整體電路仿真圖圖10 仿真整體圖七 仿真結(jié)果7.1 停止置數(shù)狀態(tài)圖11 停止置數(shù)狀態(tài)7.2 正向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)圖12 正向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（1）圖13 正向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（2）如圖13（1）,13(2)所示，當(dāng)S1閉

12、合，S2打開，燈依次從上到下亮；7.3 反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)圖14 反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（1）圖15 反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（2）如圖14（1）,14(2)所示，當(dāng)S2閉合，S1打開，燈依次從下到上亮；第二篇 電子技術(shù)綜合課程實習(xí)一 課程實習(xí)任務(wù) 組裝一臺數(shù)字轉(zhuǎn)速表二 電機轉(zhuǎn)速表功能介紹當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時，我們?nèi)搜蹮o法統(tǒng)計電動機單位時間轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，即使電動機每秒鐘只轉(zhuǎn)過幾圈，我們也無法準確的數(shù)數(shù)來得到電動機每分鐘轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。本套件就可以測量電動機每秒轉(zhuǎn)動多少圈，最大測量范圍為每秒999圈，簡單的修改電路，還可以當(dāng)做電子計數(shù)器來使用。如果要顯示更大的數(shù)字，用戶可以自行增加CD40110和數(shù)碼管，按照原理圖的級聯(lián)的方法進行跟多

13、的級聯(lián)。每增加一級，計數(shù)可增加10倍再加上9。本制作采用CD40110和CD40106來實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速表功能，其中CD40110是加減計數(shù)，譯碼，驅(qū)動，鎖存專用芯片，可實現(xiàn)十進制加一，十進制減一，將計數(shù)值譯成10進制LED顯示碼，并驅(qū)動LED。其內(nèi)部計數(shù)器和顯示驅(qū)動是分開的，受計數(shù)允許（TE），清零復(fù)位（RST），顯示鎖存控制（LE），其中計數(shù)器還有獨立的加減輸入端（+-IN）和進（借）位輸出端（+-out）,本制作中，只需用到加計數(shù)，因此減計數(shù)對地短接，借位輸出留空。三 電路原理圖以及工作原理分析3.1轉(zhuǎn)速表的原理圖轉(zhuǎn)速表原理圖如下圖16 電子轉(zhuǎn)速表原理圖3.2轉(zhuǎn)速表原理分析3.2.1電機驅(qū)

14、動部分電機轉(zhuǎn)速表測量的電機的轉(zhuǎn)速，由于電機的電壓為模擬量，需要驅(qū)動電路進行驅(qū)動，下圖為直流電機的驅(qū)動電路：圖17 電機驅(qū)動電路如圖所示電機驅(qū)動電路實際為三極管放大電路驅(qū)動，三極管的為：;其中為滑動電阻，則三極管的輸入電壓可調(diào)，從而控制電機轉(zhuǎn)速；由于電機具有非線性，也為非線性。3.2.2測速部分電機的測速有許多的方法，有測電流法，有電壓法，有光電法。其中光電法最為簡單，本套件采用光電法。其基本原理是，在電機的軸上套有碼盤，利用碼盤上的光柵與發(fā)光二極管進行測速。下圖為其原理圖：圖18 光電測速U5為光電編碼器。光電編碼器由發(fā)光二極管，光電三極管組成。當(dāng)編碼盤的光柵鏤空部分轉(zhuǎn)過發(fā)光二極管，發(fā)光二極管

15、發(fā)出的光就照射到光電三極管，光電三極管由截止變?yōu)閷?dǎo)通，由高電平跳轉(zhuǎn)為低電平，當(dāng)光線被遮住，光電三極管則有導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗傻碗娖教鵀楦唠娖?。由此完成轉(zhuǎn)速的測量。輸出到CD40106的第一路反相器。3.2.3波形整定由于光電三極管不可能完全工作在飽和或者截止?fàn)顟B(tài)，另外由于測量噪聲的存在，輸出的波形不是標(biāo)準的方波，此信號不能直接作為編碼器CD40110的計數(shù)脈沖，所以需要進行波形的整定與變換。下圖為波形整定部分：圖19 波形整定波形整定是利用CD40106的第一路和第二路反相器組成滯回比較器，閥值電壓為2.3V和2.6V；此電壓完全可以做到波形的整定，使輸出給CD40110的A1為方波。3.2.4定

16、時與控制信號測速需要計算單位時間脈沖數(shù)，而這個計數(shù)時間即為測速周期。本套件的測速周期也由CD40106電路組成。圖20 測速周期與控制信號反相器5將反相器的矩形波變成一個毫秒級寬度（由C6、R25決定寬度）的正脈沖；反相器6在反相器5正脈沖的上升沿產(chǎn)生一個毫秒級寬度的負脈沖（由C7、R27決定寬度）作為CD40110讀取計數(shù)器值讓abcdefg顯示并鎖存，反相器6在反相器5正脈沖的下降沿產(chǎn)生一個毫秒級寬度的正脈沖（由C8、R26決定寬度）作為CD40110計數(shù)器清零的復(fù)位信號。3.2.5顯示部分本套件使用了LED8段數(shù)碼管，使用CD40110驅(qū)動，具體電路如下：圖21 顯示部分CD40110為

17、10進制譯碼，鎖存，驅(qū)動一體的芯片，可以級聯(lián)。四 芯片介紹4.1 CD40106介紹CD40106是低功耗寬電壓供電的COMS芯片是帶遲滯功能的6個反向器，本套件采用的是14腳DIP雙列直插封裝的芯片，每個反向器有具一個輸入端和一個輸出端，6反向器占用了12個引腳，剩下的14腳為電源正極，7腳為電源負極，工作電壓為3-12V，推薦工作電壓為5-6V。下圖為其引腳邏輯圖：圖22 CD40106引腳圖CD40106實際就是反相施密特觸發(fā)器。4.2 CD40110介紹CD40110是加減計數(shù)、譯碼、驅(qū)動、鎖存專用芯片，可以實現(xiàn)10進制加1、10進制減1、將計數(shù)值譯成10進制的LED顯示碼、驅(qū)動LED

18、，其內(nèi)部的計數(shù)器和顯示驅(qū)動是分開的，受計數(shù)允許（/TE）、清零復(fù)位（RST）、顯示鎖存控制（LE），其中計數(shù)器還具有獨立的加減輸入端（+-IN）和進（借）位輸出端（+-OUT），本制作中，只需要用到加計數(shù)，因此減輸入端(-IN)對地短路，減借位輸出端（-OUT）留空。寬電壓的CD40110，16腳為電源正極，8腳為電源負極，工作電壓為3-12V，推薦工作電壓為5-6V，其中abcdefg為7段LED數(shù)碼管的驅(qū)動輸出，輸出不能短路，接數(shù)碼管需要接限流電阻，限流電阻的大小一般為200歐到2000歐之間，電源電壓高，限流電阻可適當(dāng)取大；采用高亮LED數(shù)碼管，限流電阻可適當(dāng)取大；只有在電源電壓較低、采

19、用普通LED數(shù)碼管或者大尺寸的數(shù)碼管時，限流電阻可適當(dāng)取小。本套件采用1K歐的電阻為限流電阻。/TE腳為計數(shù)器低電平允許腳，如果該腳為高電平，計數(shù)器在有輸入信號時也會停止計數(shù)，本套件該腳接地，長為低電平，表示計數(shù)器一直處理計數(shù)狀態(tài)。RST腳為計數(shù)器清零腳。清零，表示從0開始計數(shù)，允許計數(shù)時，+IN輸入一個脈沖信號，在上升沿就會進行+1計數(shù)，如果逢9，+OUT還會輸出一個進位信號給高位計數(shù)器的+IN；如果-IN輸入一個脈沖信號，在上升沿就會進行-1計數(shù)，如果逢0，-OUT還會輸出一個進位信號給高位計數(shù)器的-IN；這樣就達到了多位數(shù)自動加減計數(shù)的效果。LE為顯示鎖存，平時該腳為低電平時，abcde

20、fg的輸出和計數(shù)器的值是相等，如果計數(shù)器這時是3，abcdefg輸出會讓LED顯示成3；如果計數(shù)器加減計數(shù)變化成5，abcdefg輸出就會讓LED顯示成5。當(dāng)LE腳為高電平時，這時，顯示的數(shù)字就會固定不變，不論計數(shù)器是加還是減還是清零，顯示的數(shù)字一律不變，就好象被“鎖”住了一樣。下圖為CD40110引腳邏輯圖：圖23 CD40110引腳圖第三篇 總結(jié)一 心得體會兩個星期的數(shù)電實習(xí)讓我了解了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的一般步奏和方法，掌握了一些常用的芯片功能和他的功能表，鞏固了數(shù)電理論知識，查找了平時學(xué)習(xí)的不足，為以后學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)。在一開始的設(shè)計階段，在設(shè)計的過程中，由于缺少經(jīng)驗，剛開始基本不知道怎么設(shè)計。在翻閱了理論書后，再結(jié)合自己