俊杰數(shù)電報(bào)告

1、 華東交通大學(xué)微電子實(shí)習(xí)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)控制汽車(chē)六個(gè)尾燈的電路，用六個(gè)指示燈模擬六個(gè)尾燈（汽車(chē)每側(cè)三個(gè)燈），并用兩個(gè)撥動(dòng)式（乒乓）開(kāi)關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號(hào)源；一個(gè)兵乓開(kāi)關(guān)用于指示右轉(zhuǎn)彎，一個(gè)乒乓開(kāi)關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，如果兩個(gè)乒乓開(kāi)關(guān)都被接通，說(shuō)明駕駛員是一個(gè)外行，緊急閃爍器起作用。右轉(zhuǎn)彎時(shí)三個(gè)右邊的燈應(yīng)動(dòng)作，左邊的燈則全滅，右邊的燈周期性明亮與暗，一周約需一秒，對(duì)于左轉(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類(lèi)似；當(dāng)緊急閃爍起作用時(shí)，六個(gè)尾燈大約以1Hz的頻率一致地閃爍著亮與暗。同時(shí)，電路還用一個(gè)開(kāi)關(guān)模擬腳踏制動(dòng)器，制動(dòng)時(shí)，若轉(zhuǎn)彎開(kāi)關(guān)未合上（或錯(cuò)誤地將兩個(gè)開(kāi)關(guān)均合上的情況）所有六個(gè)尾燈均連續(xù)燃亮，在轉(zhuǎn)彎的情況下，三

2、個(gè)轉(zhuǎn)向的尾燈應(yīng)正常動(dòng)作，另三個(gè)尾燈連續(xù)亮。另一個(gè)開(kāi)關(guān)模擬停車(chē)，停車(chē)時(shí)，全部尾燈亮度為正常的一半。表2-1 汽車(chē)尾燈顯示狀態(tài)變化表開(kāi)關(guān)控制運(yùn)行狀態(tài)左轉(zhuǎn)彎右轉(zhuǎn)彎S0 S1 S2 S3左邊尾燈D1D2D3右邊尾燈D4D5D60 0 0 0正常運(yùn)行燈滅燈滅0 1 0 0右轉(zhuǎn)彎燈滅按D4D5D6順序循環(huán)點(diǎn)亮1 0 0 0左轉(zhuǎn)彎按D1D2D3順序循環(huán)點(diǎn)亮燈滅1 1 0 0左右轉(zhuǎn)彎都閉合所有尾燈同時(shí)閃爍0 0 1 0剎車(chē)時(shí)左右轉(zhuǎn)彎都閉合或都未閉所有尾燈一直亮1 1 1 00 1 1 0剎車(chē)時(shí)右轉(zhuǎn)彎一直亮按D4D5D6順序循環(huán)點(diǎn)亮1 0 1 0剎車(chē)時(shí)左轉(zhuǎn)彎按D1D2D3順序循環(huán)點(diǎn)亮一直亮x x x 1停車(chē)所有

3、尾燈一直亮且亮度為正常時(shí)的一半其中S0為右轉(zhuǎn)彎開(kāi)關(guān)，S1為左轉(zhuǎn)彎開(kāi)關(guān)，S2為剎車(chē)開(kāi)關(guān)，S3為停車(chē)開(kāi)關(guān)。1.2設(shè)計(jì)目的1）熟悉一些電工電子常用元器件及其基本性能；2）掌握相關(guān)儀器/工具的使用方法；3）掌握電子元件的焊接、電氣元件的安裝、連線等基本技能，建立電氣原理圖和電子線路圖的基本概念，熟悉PROTEUS軟件的基本使用。第1節(jié)第2節(jié) ：設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，從結(jié)構(gòu)圖看電路有5部分組成，每個(gè)單元實(shí)際上都是獨(dú)立的電路，而在三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路中有很多設(shè)計(jì)方案主要有兩種設(shè)計(jì)方案可選擇，要通過(guò)各方面比較選出最合適的方案。方案一：由雙JK觸發(fā)器74LS76構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器；方案二：由D觸發(fā)

4、器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用一片雙D觸發(fā)器74LS74以及74LS00、74LS04共同來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路需要三個(gè)芯片。通過(guò)對(duì)方案一和方案二的比較，方案一所用器件少，成本低，所以選用方案一。顯示、驅(qū)動(dòng)電路S1 S2 S3 S4開(kāi)關(guān)控制電路譯碼器555構(gòu)成的多諧振蕩電路三進(jìn)制計(jì)算器電路系統(tǒng)框圖基本理論知識(shí)3.1 555定時(shí)器555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱(chēng)為 555，用 互補(bǔ)金屬氧化物（CMOS ）工藝制作的稱(chēng)為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可

5、在 318V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖如圖2.1所示。 圖2.1它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端TR。3腳：輸

6、出端Vo4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：高觸發(fā)端TH。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表2-2所示。表2-2 5

7、55定時(shí)器的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TRQ放電管T功能0xx0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置11110導(dǎo)通清零3.1.2 555定時(shí)器的功能（1）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號(hào)之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時(shí)間后，又會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)回原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時(shí)和脈沖整形電路。接通電源后，未加負(fù)脈沖 ，而C充電， Vc上升，當(dāng)Vc=2Vcc/3 時(shí)，RS電路輸出為低電平，放電管T導(dǎo)通，Vc快速放電， 使 Vc= 0。這樣，在加負(fù)脈沖前， 輸出為低電平，即

8、Vo= 0，這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t = 時(shí)刻 負(fù)跳變（ 端電平小于 Vcc/3），而 Vc= 0（TH端電平小于2Vcc/3 ），所以輸出Vo 翻為高電平，T截止，Vc充電。 按指數(shù)規(guī)律上升。t = 時(shí)， 負(fù)脈沖消失。t = 時(shí) Vc上升到2Vcc/3（此時(shí)TH端電平大于2Vcc/3 ， TR端電平大于Vcc/3 ）， Vo又自動(dòng)翻為低電平。3 在這段時(shí)間電路處于暫穩(wěn)態(tài)。t ，T導(dǎo)通，C快速放電，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。由分析可得：輸出正脈沖寬度 = 1.1RC注意：圖2.2（a）電路只能用窄負(fù)脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)脈沖寬度必須小于555定時(shí)器用于實(shí)際中的實(shí)例有：能發(fā)出“叮、咚”聲門(mén)鈴的電路和旋光彩燈控制電

9、路。（2） 構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器又稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。接通電源后，輸出假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到2Vcc/3時(shí)（TH、端電平大于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。Vo是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到Vcc/3時(shí)（TH、端電平小于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得。輸出高電平

10、時(shí)間 T=(R1+R2)Cln2輸出低電平時(shí)間T=R2Cln2振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2輸出方波的占空比為3.2兩輸入與非門(mén)74LS00兩輸入與非門(mén)是與門(mén)和非門(mén)的結(jié)合，先進(jìn)行與運(yùn)算，再進(jìn)行非運(yùn)算。與運(yùn)算輸入要求有兩個(gè)，如果輸入都用0和1表示的話(huà)，那么與運(yùn)算的結(jié)果就是這兩個(gè)數(shù)的乘積。如1和1（兩端都有信號(hào)），則輸出為1；1和0，則輸出為0；0和0，則輸出為0。與非門(mén)的結(jié)果就是對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)先進(jìn)行與運(yùn)算，再對(duì)此與運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行非運(yùn)算的結(jié)果。如圖2.4為兩輸入與非門(mén)邏輯符號(hào)表示。在圖2.4中，A、B為輸入端，C為輸出端。圖2.4與非門(mén)邏輯符號(hào)兩輸入與非門(mén)的狀態(tài)方程為:。其真值表如表2-3所

11、示。表2-3兩輸入與非門(mén)真值表ABC001011101110本次設(shè)計(jì)中用到的74LS00是常用的兩輸入與非門(mén)集成電路芯片，其引腳圖見(jiàn)圖2.5。 其中1A4A，1B4B為輸入端 ，1Y4Y為輸出端。3.3異或門(mén)74LS86 異或門(mén)有2個(gè)輸入端、1個(gè)輸出端。若兩個(gè)輸入的電平相異，則輸出為高電平1；若兩個(gè)輸入的電平相同，則輸出為低電平0。圖2.6為異或門(mén)的邏輯符號(hào)表示。圖2.6 異或門(mén)邏輯符號(hào)異或門(mén)的狀態(tài)方程為，其真值表如表2-4所示表2-4 異或門(mén)真值表A1B1Y1000011101110本次設(shè)計(jì)中用到的74LS86是常用的異或門(mén)集成電路芯片，其引腳圖見(jiàn)圖2.7。其中1A4A，1B4B為輸入端 ，

12、1Y4Y為輸出端。3.4與門(mén)74LS08非門(mén)有1個(gè)輸入端、1個(gè)輸出端。若輸入的電平為低電平，則輸出為高電平；若輸入的電平為高電平，則輸出為低電平。圖2.8為非門(mén)的邏輯符號(hào)表示。與門(mén)的狀態(tài)方程為，其真值表如表2-5所示 表2-5與門(mén)真值表ABC000010100111本次設(shè)計(jì)中用到的74HC04是常用的非門(mén)集成電路芯片，其引腳圖見(jiàn)圖2.9。3.5非門(mén)74HC04非門(mén)有1個(gè)輸入端、1個(gè)輸出端。若輸入的電平為低電平，則輸出為高電平；若輸入的電平為高電平，則輸出為低電平。圖2.10為非門(mén)的邏輯符號(hào)表示。非門(mén)的狀態(tài)方程為，其真值表如表2-6所示表2-6 非門(mén)真值表AY0110本次設(shè)計(jì)中用到的74HC04

13、是常用的非門(mén)集成電路芯片，其引腳圖見(jiàn)圖2.11。其中A1A6為輸入端 ，Y1Y6為輸出端。3.6三輸入與非門(mén)74LS10三輸入與非門(mén)和兩輸入與非門(mén)一樣，先進(jìn)行與運(yùn)算再進(jìn)行非運(yùn)算，只不過(guò)與運(yùn)算時(shí)有三個(gè)輸入端。 如圖2.12為三輸入與非門(mén)邏輯符號(hào)表示。在圖2.12中，A、B、C為輸入端，Y為輸出端。圖2.12三輸入與非門(mén)邏輯符號(hào)三輸入與非門(mén)的狀態(tài)方程為:。其真值表如表2-7所示。表2-7三輸入與非門(mén)真值表ABCYxx01x0x10xx11110本次設(shè)計(jì)中用到的74LS10是常用的三輸入輸入與非門(mén)集成電路芯片，引腳圖見(jiàn)圖2.13。3.7 JK觸發(fā)器74LS76JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種電路單

14、元。JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能，在各類(lèi)集成觸發(fā)器中，JK觸發(fā)器的功能最為齊全。在實(shí)際應(yīng)用中，它不僅有很強(qiáng)的通用性，而且能靈活地轉(zhuǎn)換其他類(lèi)型的觸發(fā)器。由JK觸發(fā)器可以構(gòu)成D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。圖2.14為JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)。JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：這里表示現(xiàn)態(tài)，表示次態(tài)?，F(xiàn)態(tài)表示時(shí)鐘脈沖來(lái)到之前的觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，次態(tài)表示時(shí)鐘脈沖來(lái)到之后的狀態(tài)。1、鐘控JK觸發(fā)器的電路如圖2.15所示，門(mén)G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，門(mén)G3和G4構(gòu)成觸發(fā)器引導(dǎo)電路。由圖可見(jiàn)：當(dāng)CP=0使，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP=1時(shí)，觸發(fā)器接受輸入激勵(lì)，發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移。根據(jù)基本觸發(fā)器的狀態(tài)方程 可以得到當(dāng)CP

15、=1時(shí) 上式為鐘控JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程。2、 主從型JK觸發(fā)器電路圖如圖2.16所示。它由兩個(gè)可控RS觸發(fā)器串聯(lián)組成，分別稱(chēng)為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器。J和K是信號(hào)輸入端。時(shí)鐘CP控制主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)。當(dāng)CP=0時(shí)，主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器輸出狀態(tài)與主觸發(fā)器的輸出狀態(tài)相同。當(dāng)CP=1時(shí)，輸入J、K影響主觸發(fā)器，而從觸發(fā)器狀態(tài)不變。當(dāng)CP從1變成0時(shí)，主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送到從觸發(fā)器，即主從觸發(fā)器是在CP下降沿到來(lái)時(shí)才使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的。下面分四種情況來(lái)分析主從型JK觸發(fā)器的邏輯功能。(1) J=l，K=l設(shè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前(CP=0)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。這時(shí)主觸發(fā)器的R=K，Q=0；S=J，時(shí)鐘

16、脈沖到來(lái)后(CP=l)，主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。當(dāng)CP從1下跳為0時(shí)，主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器的R=0，S=1，它也翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。反之，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1。可以同樣分析，主、從觸發(fā)器都翻轉(zhuǎn)成0態(tài)?？梢?jiàn)，JK觸發(fā)器在J=1，K=1的情況下，來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次，即,具有計(jì)數(shù)功能。(2) J=0，K=0設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它的狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP下跳時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=1，S=0，它的輸出為0態(tài)，即觸發(fā)器保持0態(tài)不變。如果初始狀態(tài)為1，觸發(fā)器亦保持1態(tài)不變。(3) J=1，K=0設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。當(dāng)CP=l時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=1

17、，它翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。當(dāng)CP下跳時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=0，S=1。也翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。如果觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它保持原態(tài)不變；在CP從1下跳為0時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=0，S=1，也保持1態(tài)。(4) J=0，K=1設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1態(tài)。當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=1，S=0，它翻轉(zhuǎn)成0態(tài)。當(dāng)CP下跳時(shí)，從觸發(fā)器也翻轉(zhuǎn)成0態(tài)。如果觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0態(tài)，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它保持原態(tài)不變；在CP從1下跳為0時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=1，S=0，也保持0態(tài)。本次設(shè)計(jì)中使用的JK觸發(fā)器集成芯片為74LS76，74LS76是帶有預(yù)置和清零輸入

18、的雙JK觸發(fā)器，屬于下降沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，其特性方程同樣為。74LS76觸發(fā)器的引腳如下圖2.17所示，共16個(gè)引腳，其功能表和真值表分別見(jiàn)表2-8和表2-9JKQn+1功能01Qn保持010置0101置111計(jì)數(shù)（翻轉(zhuǎn)）表2-8 74LS76功能表 表2-9 74LS76真值表JKQn+100Qn01010111Qn3.8 3線8線譯碼器74LS138譯碼器是一種具有“翻譯”功能的邏輯電路，這種電路能將輸入二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。有一些譯碼器設(shè)有一個(gè)和多個(gè)使能控制輸入端，又成為片選端，用來(lái)控制允許譯碼或禁止譯碼。74LS138是一種譯碼器 ，由于74LS138

19、有3個(gè)輸入端、8個(gè)輸出端，所以，又稱(chēng)為3線8線譯碼器。三個(gè)輸入端CBA共有8種狀態(tài)組合（000111），可譯出8個(gè)輸出信號(hào)Y0Y7。這種譯碼器設(shè)有三個(gè)使能輸入端，當(dāng)E1與E2均為0，且E1為1時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)，輸出低電平。當(dāng)譯碼器被禁止時(shí)，輸出高電平。當(dāng)一個(gè)選通端E1為高電平，另兩個(gè)選通端E2和E3為低電平時(shí)，可將地址端A、B、C的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：ABC=110時(shí)，則Y6輸出端有效，輸出低電平信號(hào)。圖2.18所示為74LS138的引腳圖。圖中A、B、C為譯碼地址輸入端；E1、E2、E3三個(gè)端口為選通端；Y0Y7為譯碼輸出端（低電平有效）。表2-10為3線8譯碼器74LS138的功能表。表2-10 74LS138的功能表使能端輸 入輸 出E3E2/E1ABC/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7XHXXXHHHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHHHHHHHHL表中H表示高電平，L表示低電平。在本次設(shè)計(jì)中，通過(guò)控制3線