數(shù)電課程設(shè)計(jì)論文

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù) 設(shè)計(jì)題目： 計(jì)數(shù)報(bào)警器 院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 史川川 學(xué) 號(hào)： 201002020037 專業(yè)班級(jí)： 電子信息工程2010級(jí)1班 指導(dǎo)教師： 張修太 2012年5月25日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書設(shè)計(jì)題目計(jì)數(shù)報(bào)警器學(xué)生姓名史川川所在院系電子信息與電 氣工程學(xué)院專業(yè)、年級(jí)、班電子信息工程2010級(jí)1班設(shè)計(jì)要求： 1.設(shè)計(jì)制作一個(gè)計(jì)數(shù)報(bào)警電路； 2.計(jì)數(shù)最大值為99，用七段數(shù)碼管顯示； 3.計(jì)數(shù)溢出時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間長(zhǎng)度為10秒，報(bào)警光信號(hào)用紅色LED表示； 4.計(jì)數(shù)脈沖用按鈕產(chǎn)生。學(xué)生應(yīng)完成的工

2、作： 設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)報(bào)警器的工作原理，并利用Multisim軟件進(jìn)行電路仿真。利用Altium Designer軟件繪制電路原理圖，并設(shè)計(jì)制作電路的PCB板。根據(jù)設(shè)計(jì)原理對(duì)電路進(jìn)行安裝、調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)工作，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)閱讀： 1童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M.北京：高等教育出版社，2006. 2數(shù)字設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐（原書第3版)John F.Wakerly(譯者:林生 金京林 王騰) 機(jī)械工業(yè)出版社,2010. 3邱關(guān)源 羅先覺(jué).電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 4閻 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 5谷樹(shù)忠 劉文洲 姜航

3、.Altium Designer教程 北京：電子工業(yè)出版社，2010.工作計(jì)劃：5月14號(hào)16號(hào)完成電路設(shè)計(jì)與仿真；5月17號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)原理圖；5月18號(hào)21號(hào)制作PCB板； 5月22號(hào)25號(hào)電路板安裝與調(diào)試，提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)下達(dá)日期：2012 年 5 月 14 日任務(wù)完成日期：2012 年 5 月 25 日指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）： 計(jì)數(shù)報(bào)警器摘 要：利用數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)報(bào)警器，該計(jì)數(shù)報(bào)警器的設(shè)計(jì)采用的元件主要有譯碼器74LS47、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192、555定時(shí)器。用74LS192實(shí)現(xiàn)電路的計(jì)數(shù)功能，在數(shù)碼管顯示方面則有74LS192 及74LS47來(lái)實(shí)現(xiàn)

4、數(shù)碼管的計(jì)數(shù)顯示。其中，74LS192的預(yù)置數(shù)從低到高依次接0000（對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為0），其UP端接高電平實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)達(dá)到最大值時(shí)使用分頻器發(fā)出聲音同時(shí)紅色LED燈發(fā)出光報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間長(zhǎng)度用555計(jì)時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)為10秒，要注意的是74LS247N和數(shù)碼管是共陽(yáng)極的。關(guān)鍵詞：555定時(shí)器；計(jì)數(shù)器；觸發(fā)器；譯碼器；數(shù)碼管目 錄1.設(shè)計(jì)背景 11.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成11.2掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成12.設(shè)計(jì)方案22.1任務(wù)分析22.2方案論證23.方案實(shí)施 43.1原理圖設(shè)計(jì)43.2電路仿真43.3 PCB制作 53.4 安裝與調(diào)試 54.結(jié)果與結(jié)論65.收獲與致謝66.參考

5、文獻(xiàn)77.附件 87.1電路原理圖87.2 PCB布線圖97.3元器件清單91. 設(shè)計(jì)背景1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路?，F(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成。邏輯門是數(shù)字邏輯電路的基本單元。數(shù)字電路可以分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類。數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時(shí)鐘電路和電源等。數(shù)字電路的發(fā)展與模擬電路一樣經(jīng)歷了由電子管、半導(dǎo)體分立器件到集成電路等幾個(gè)時(shí)代，但其發(fā)展比模擬電路發(fā)展的更快。從60年代開(kāi)始，數(shù)字集成器

6、件以雙極型工藝制成了小規(guī)模邏輯器件，隨后發(fā)展到中規(guī)模邏輯器件。70年代末，微處理器的出現(xiàn)，使數(shù)字集成電路的性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。邏輯門是數(shù)字電路中一種重要的邏輯單元電路。TTL邏輯門電路問(wèn)世較早，其工藝經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，至今仍為主要的基本邏輯器件之一。隨著CMOS工藝的發(fā)展,TTL的主導(dǎo)地位受到了動(dòng)搖，有被CMOS器件所取代的趨勢(shì)。 近年來(lái),可編程邏輯器件PLD特別是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA的飛速進(jìn)步，使數(shù)字電子技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了新局面，不僅規(guī)模大，而且將硬件與軟件相結(jié)合，使器件的功能更加完善，使用更靈活。 1.2掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成時(shí)鐘電路可以簡(jiǎn)單定義如下：1.就是產(chǎn)生像時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。2.

7、任何工作都按時(shí)間順序，用于產(chǎn)生這個(gè)時(shí)間的電路就是時(shí)鐘電路。 時(shí)鐘電路屬于一種控制電路，整個(gè)系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時(shí)鐘電路包括主時(shí)鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖的電路。設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時(shí)鐘的頻率，并注意與其他控制信號(hào)結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時(shí)鐘脈沖。通過(guò)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，同學(xué)們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)首先在Multisim軟件進(jìn)行電路仿真555時(shí)鐘電路，并用示波器連接，改變各個(gè)器件的量值，使計(jì)數(shù)達(dá)到最大值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)間長(zhǎng)度為10秒，系統(tǒng)地、全面地掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)步驟，熟悉和掌電路參數(shù)的計(jì)算，電路元器件的選擇與應(yīng)用，學(xué)習(xí)數(shù)字電路原

8、理圖設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)和實(shí)物電路系統(tǒng)的制作、安裝、調(diào)試、測(cè)試、故障查找和排除的方法和技巧，并在此基礎(chǔ)上，逐步調(diào)試改進(jìn)、完善電路的性能。學(xué)會(huì)積極地按照設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，查閱并理解相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，能進(jìn)行方案的論證比較，方案的具體實(shí)施。2. 設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析1、課題分析與研究熟知設(shè)計(jì)要求，明確設(shè)計(jì)系統(tǒng)的全部功能，要求及計(jì)數(shù)指標(biāo)，熟知各元器件之間的關(guān)系，確定各器件之間的量值，2、總體方案確定根據(jù)系統(tǒng)的邏輯關(guān)系將系統(tǒng)分解，分析各部分之間的關(guān)系，分析各部分的邏輯的關(guān)系。3、單元電路繪制與仿真選擇合適的數(shù)字器件，用Multism仿真，并應(yīng)用Altium Designer繪制各單元的邏輯電路圖。4、分析電路

9、充分熟知電路，對(duì)控制信號(hào)要從邏輯、正反極性、時(shí)序三個(gè)方面進(jìn)行深入考慮，確保各部分能正常工作，反復(fù)不斷的仿真與測(cè)試，最終能得到課題所要的結(jié)果。2.2方案論證（1）555定時(shí)器的連接555定時(shí)器是一種功能強(qiáng)大的模擬數(shù)字混合集成電路，如圖1所示，有二個(gè)比較器A1和A2，有一個(gè)RS觸發(fā)器，R和S高電平有效。三極管VT1對(duì)清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對(duì)外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個(gè)由三個(gè)5kW電阻組成的分壓器，由此可以獲得和兩個(gè)分壓值，一般稱為閾值。555定時(shí)器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TRIG，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端RST，5腳是電壓控制端C

10、VOLT，6腳是高觸發(fā)端THR，7腳是放電端DISC，8腳是電源端VCC。555定時(shí)器的輸出端電流可以達(dá)到200mA，因此可以直接驅(qū)動(dòng)與這個(gè)電流數(shù)值相當(dāng)?shù)呢?fù)載，如揚(yáng)聲器、發(fā)光二極管等。 圖1 555定時(shí)器（2）發(fā)光二極管的連接LED產(chǎn)品的種類繁多，有共陰極電路，還有共陽(yáng)極電路。本次設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)極電路。如圖2所示: 圖2 發(fā)光二極管（3）74LS192和74LS47 74LS192異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器:這個(gè)計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制的，在設(shè)計(jì)時(shí)電路比較簡(jiǎn)單，我們?cè)趯W(xué)習(xí)進(jìn)制設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)使用過(guò)，基本了解它的各項(xiàng)功能。對(duì)于六進(jìn)制的設(shè)計(jì)不是很大的問(wèn)題，同時(shí)由于RST清零，LD的保持功能可以很方便的實(shí)現(xiàn)清零開(kāi)始,暫停繼續(xù)這

11、兩個(gè)功能。因此我選用這種方案。74LS47是一種BCD碼輸入的四線-七段譯碼器。1、 燈測(cè)試輸入端/LT當(dāng)/LT=0時(shí)，發(fā)光數(shù)碼管各發(fā)光段全亮，顯示8字，用以檢查數(shù)碼管各發(fā)光段是否良好。當(dāng)/LT=1時(shí)，譯碼器按輸入BCD碼正常譯碼顯示。2、 滅燈輸入端/BI當(dāng)/BI=0時(shí)，其輸出端均為高電平，顯示器各段都不亮。當(dāng)/BI=1時(shí)，顯示器各段才根據(jù)輸入譯碼輸出。3、 滅零輸入端/RBI 當(dāng)/RBI=0時(shí)，若輸入DCBA=0000，則輸出不顯示0，若輸入為其他代碼，則照常顯示。此輸入端可以用來(lái)熄滅譯碼器輸出中多余的0，如果輸出02。10時(shí)，只需在對(duì)應(yīng)位使/RBI=0。4、 滅零輸出端/RBO 該端同/

12、BI端共用一個(gè)引腳，它既是滅燈輸入端用來(lái)接收信號(hào)，又是滅零輸出端輸出信號(hào)，為相鄰位提供滅零輸入信號(hào)。3. 方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì) 選擇74LS192兩片、74LS47兩片、數(shù)碼管兩枚、電阻若干、電容若干、開(kāi)關(guān)兩個(gè)。1、根據(jù)74LS192的功能表的功能，將兩片74LS192連成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，是輸出的數(shù)字為從1到99，需要有清零功能。2、根據(jù)課題需要調(diào)整電路相應(yīng)電阻與電容的測(cè)量值，用相應(yīng)電阻和電容以及555組成單諧振蕩器，和74LS192相連。3、根據(jù)74LS47的功能，分別將兩片74LS47連接到兩片74LS192的相應(yīng)端。4、將共陽(yáng)極數(shù)碼管兩枚分別接于兩片74LS47相連，中間加100歐電阻

13、。3.2電路仿真用Multism軟件根據(jù)原先繪制的電路圖繪制各單元的相應(yīng)邏輯電路圖后，進(jìn)行仿真，仿真的時(shí)候可能遇到不符合課題的要求以及不能出現(xiàn)正確的結(jié)果，然后重新修改并設(shè)計(jì)電路，必要的時(shí)候在老師的幫助下發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)電路的錯(cuò)誤，并按照老師給予的意見(jiàn)和建議進(jìn)行修改，最后設(shè)計(jì)出能正常實(shí)現(xiàn)所要求的功能的電路圖，用Multism進(jìn)行仿真，得出所要的結(jié)果。 如圖3所示。 圖3 Multism仿真圖3.3 PCB制作 建立PCB文件，課題所用元件選擇正確封裝，利用網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入元件，然后進(jìn)行布線，并進(jìn)行一些必要的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行布線時(shí)一些線要盡可能少的交叉，課題采用的是手動(dòng)布線的方法。3.4 安裝與調(diào)試首先建立P

14、CB文件，對(duì)元件選擇正確封裝，利用網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入元件，然后進(jìn)行布線，先要進(jìn)行一系列的參數(shù)設(shè)置，并要移動(dòng)元件的位置盡量得到最佳布局，我們采用的是手動(dòng)布線的方法。然后，在老師的幫助下制出電路板，我明白了電路板制作的過(guò)程，并沒(méi)有想像中的困難。最后進(jìn)行焊接、安裝，由于設(shè)備問(wèn)題，電路板印制的不是十分理想，需先對(duì)其短線進(jìn)行焊接，然后進(jìn)行安裝。在安裝過(guò)程中也出現(xiàn)了一些易犯的錯(cuò)誤，如芯片裝反，引腳沒(méi)焊接好等錯(cuò)誤，都是以后應(yīng)該注意的。在調(diào)試過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，這也是應(yīng)該注意的。4. 結(jié)果與結(jié)論這次課題中設(shè)計(jì)部分還行，但是由于一些PCB板設(shè)計(jì)的問(wèn)題導(dǎo)致結(jié)果并不是十分的理想，導(dǎo)致外接導(dǎo)線多，外接一些導(dǎo)線后，功能

15、基本可以實(shí)現(xiàn)。由于設(shè)計(jì)的原因，結(jié)果并不十分理想。其元件布局不是十分合理，導(dǎo)致外接導(dǎo)線多，功能基本可以實(shí)現(xiàn)。我們初步掌握了電子元件的焊接方法技巧之后，便可以開(kāi)始嘗試焊接一些電路板元件了。其中電子元件的布局是很重要的。因?yàn)樗P(guān)聯(lián)到電路連接的方便簡(jiǎn)潔。這一課程設(shè)計(jì)使我們將課堂上的理論知識(shí)有了進(jìn)一步的了解，并增強(qiáng)了對(duì)數(shù)字電子技術(shù)這門課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如：74LS192、74LS47等。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己對(duì)數(shù)電知識(shí)和電子設(shè)計(jì)軟件掌握得不夠。其次在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中由于我們頻繁的使用一些電子設(shè)計(jì)軟件如：Multisim、 Altium Designer等，因此使我進(jìn)一步熟悉了軟件的使用，同

16、時(shí)在電腦的電子設(shè)計(jì)和繪圖操作上有了進(jìn)一步提高。我認(rèn)識(shí)到：數(shù)電設(shè)計(jì)每一步都要細(xì)心認(rèn)真，因?yàn)槿魏我徊匠鲥e(cuò)的話，都會(huì)導(dǎo)致后面的環(huán)節(jié)發(fā)生錯(cuò)誤。這一課程設(shè)計(jì)，使我向更高的精神和知識(shí)層次邁向一大步。在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力，積極參加多種設(shè)計(jì)活動(dòng)，培養(yǎng)自己的綜合能力，從而使得自己成為一個(gè)有綜合能力的人才而更加適應(yīng)社會(huì)。課程設(shè)計(jì)已漸入尾聲，通過(guò)這一次，我們又收獲到了很多珍貴的知識(shí)，而這與老師的辛勤是離不開(kāi)的。在此，我謹(jǐn)代表全體同學(xué)對(duì)老師說(shuō)一聲謝謝！ 5. 收獲與致謝在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，我參考了許多相關(guān)的資料，從網(wǎng)絡(luò)上下載了原理圖。在設(shè)計(jì)中又參考了以前講過(guò)的計(jì)數(shù)報(bào)警器的原理圖，有了基

17、本的思路。但著手設(shè)計(jì)時(shí)，又出現(xiàn)了許多未預(yù)料到的問(wèn)題，例如元件的選擇：在選擇編碼器時(shí)，是采用普通編碼器還是優(yōu)先編碼器。普通編碼器中，任何時(shí)刻只允許輸入一個(gè)編碼信號(hào)，否則輸出將發(fā)生混亂。所以我選擇了優(yōu)先編碼器。但是74LS系列中眾多不同管腳的類型，選擇哪個(gè)作編碼器。經(jīng)過(guò)查找，選擇了74LS192。因?yàn)橄胗脭?shù)字的形式顯示計(jì)數(shù)的數(shù)字，所以選擇了數(shù)碼顯示管。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了運(yùn)用Multism制作仿真圖，運(yùn)用Altium Designer軟件制圖、布線，了解了制作電路板的全過(guò)程及原理。通過(guò)這兩周的實(shí)習(xí)以及學(xué)習(xí)，讓我懂得動(dòng)手實(shí)踐的重要性，了解了同組同學(xué)之間合作的重要性，確實(shí)增加了我的學(xué)習(xí)積極性。特

18、別感謝張修太、張瑋瑋、李風(fēng)雷三位老師耐心輔導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建議和意見(jiàn)，在此，我表示衷心的感謝！6. 參考文獻(xiàn)1童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M.北京：高等教育出版社，2006. 2數(shù)字設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐（原書第3版)John F.Wakerly(譯者:林生 金京林 王騰)機(jī)械工業(yè)出版社,2010.3邱關(guān)源 羅先覺(jué).電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 4閻 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.5古樹(shù)忠 劉文洲 姜航.Altium Designer教程 北京：電子工業(yè)出版社，2010.7. 附件7.1 電路原理圖電路原理圖如圖4所示。圖4 電路原理圖7.2 PCB布線圖 PCB布線圖如圖5所示。圖5 PCB布線圖7.3 元器件清單元器