課程設(shè)計(jì)（論文）模擬電子技術(shù)

1、廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院 課 程 設(shè) 計(jì)（論文）課程名稱 模擬電子技術(shù) 題目名稱 信號(hào)發(fā)生器學(xué)生學(xué)部（系）信息與計(jì)算機(jī)學(xué)部 專業(yè)班級(jí) 09信息工程1班 學(xué)    號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2011年 6月27 日廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書一、 課程設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容數(shù)字電子計(jì)時(shí)器一般有振蕩器、分頻器、譯碼器和顯示器等幾部分組成，這些都是數(shù)字電路應(yīng)用最廣泛的基本電路。本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子秒表，該秒表具有顯示、連續(xù)計(jì)時(shí)、直接清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)和停止計(jì)時(shí)等功能。二、課程設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)1. 要求秒表范圍0.1-9.9秒，設(shè)計(jì)精度為0.1秒；2. 要求

2、用一個(gè)開關(guān)控制三種工作狀態(tài)，其轉(zhuǎn)換順序?yàn)榍辶?計(jì)時(shí)-停止-清零。3. 要求畫好電路圖，闡明電路的工作原理，說明設(shè)計(jì)思想；三、課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作1. 完成數(shù)字電子秒表的設(shè)計(jì)（包括計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)、555振蕩模塊設(shè)計(jì)、時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)、數(shù)碼顯示器設(shè)計(jì)），繪制電路原理圖；2. 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫。四、課程設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)程安排序號(hào)設(shè)計(jì)（論文）各階段內(nèi)容地點(diǎn)起止日期1收集數(shù)字電子秒表等相關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方案綜合樓3042011.6.162011.6.192進(jìn)行數(shù)字電子秒表的設(shè)計(jì)，繪制電路原理圖綜合樓3042011.6.202011.6.243進(jìn)行課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫綜合樓3042011.6.252

3、011.6.274完成設(shè)計(jì)，驗(yàn)收上交綜合樓3042011.6.282011.6.30五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)【1】鄧保青.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.【2】王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（脈沖與數(shù)字電路 第三版）.高等教育出版社，2003.11.【3】康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第四版）.高等教育出版社，2006.6.【4】李大友.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社，2007.12.【5】閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.高等教育出版社，2005.6.發(fā)出任務(wù)書日期：2011年6月1日 指導(dǎo)教師簽名：計(jì)劃完成日期： 2011 年6月30日 教學(xué)單位責(zé)任人簽章：目 錄 1前言.12設(shè)計(jì)目的與任務(wù)1

4、2.1設(shè)計(jì)目的12.2設(shè)計(jì)的任務(wù)2 2.3課程設(shè)計(jì)的要求及指標(biāo)23數(shù)字電子秒表設(shè)計(jì)33.1電子秒表的基本組成和工作原理43.2發(fā)生電路53.2.1 脈沖發(fā)生器（由555構(gòu)成的多諧振蕩器）原理53.2.2 脈沖發(fā)生器（由555構(gòu)成的多諧振蕩器）的參數(shù)計(jì)算53.3計(jì)數(shù)電路63.4譯碼顯示電路84電路仿真105數(shù)字電子技術(shù)的內(nèi)容105.1 數(shù)字電子設(shè)計(jì)的要求及步驟115.2.組裝調(diào)試126元器件明細(xì)清單137參考文獻(xiàn)131前言 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)也逐步加深。在秒表的設(shè)計(jì)上功能不斷完善，在時(shí)間的設(shè)計(jì)上不斷的精確。人們也用電子技術(shù)和相關(guān)知識(shí)解決了一些實(shí)

5、際問題。目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電視、雷達(dá)、通信等各個(gè)領(lǐng)域。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，尤其是中、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)將會(huì)更廣泛的參透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，并將生產(chǎn)越來(lái)越深的影響。該設(shè)計(jì)的進(jìn)行使我們的動(dòng)手能力、實(shí)際操作能力、綜合應(yīng)用能力得到更好的提升。這次設(shè)計(jì)是基于計(jì)算機(jī)電路的時(shí)鐘脈沖信號(hào)、狀態(tài)控制等原理設(shè)計(jì)出的數(shù)字秒表。秒表在很多領(lǐng)域充當(dāng)一個(gè)重要的角色。在各種比賽中對(duì)秒表的精確度要求很高，尤其是一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)。他們對(duì)時(shí)間精確度達(dá)到了幾納秒級(jí)別。2設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)2.1設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本 RS 觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的

6、綜合應(yīng)用。2了解電子秒表的工作原理。3進(jìn)行小型數(shù)字綜合系統(tǒng)的初步訓(xùn)練。4掌握調(diào)試電路、排除電路故障的正確方法。2.2設(shè)計(jì)任務(wù)1、完成數(shù)字電子秒表設(shè)計(jì)，畫出總體電路。2、搭線電子秒表整體試驗(yàn)電路。3、  調(diào)試電路4、最終實(shí)現(xiàn)秒表的計(jì)時(shí)、停止、復(fù)位的功能2.2設(shè)計(jì)的要求及指標(biāo)1具有“秒”（0-9）“十分之一秒”（0-9）數(shù)字顯示，分辨率為0.1秒2計(jì)時(shí)范圍從0分0秒0到9秒9。3實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)與顯示，按下啟動(dòng)鍵開始清零，計(jì)時(shí)開始，按下停止鍵，計(jì)時(shí)結(jié)束4、主要單元電路和元器件參數(shù)計(jì)算、選擇。3數(shù)字電子秒表設(shè)計(jì)3.1電子秒表的基本組成和工作原理信號(hào)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波

7、的電壓波形或者儀器。電路形成可以用運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成發(fā)生器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，本課題介紹正弦波、方波、三角波信號(hào)發(fā)生器的方法。信號(hào)發(fā)生器是由基礎(chǔ)的非正弦信號(hào)發(fā)生電路和正弦信號(hào)發(fā)生電路組合而成。1. 1電子秒表電路的基本組成框圖如圖所示，它主要由多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)碼顯示器4個(gè)部分組成。 圖1.1 電子秒表電路的基本組成（方框圖） 電子秒表設(shè)計(jì)電路總圖如圖1.2所示，圖中由定時(shí)器555構(gòu)成方波振蕩器，用來(lái)產(chǎn)生50Hz的矩形波。第I塊計(jì)時(shí)器作5分頻使用，將555輸來(lái)的50Hz的脈沖變?yōu)?.1秒的計(jì)數(shù)脈沖加給計(jì)數(shù)器。第II、第III塊計(jì)數(shù)器

8、 Q0與CP2相連，脈沖從CP1輸入，都以接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，其中第II塊是每0.1秒進(jìn)位，第III塊是每秒進(jìn)位。兩片74LS47是譯碼器，將計(jì)數(shù)器輸來(lái)的8421BCD碼為十進(jìn)制數(shù)分別去驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)碼管，使之相應(yīng)的顯示。開關(guān)S1閉合開始計(jì)數(shù)，斷開停止計(jì)數(shù)；開關(guān)S2斷開秒表清0，閉合可以計(jì)數(shù)。 圖1.2 電子秒表設(shè)計(jì)電路總電路圖3.2發(fā)生電路脈沖發(fā)生器（由555構(gòu)成的多諧振蕩器）的原理NE555定時(shí)器是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。利用閉合回路的反饋?zhàn)饔每梢援a(chǎn)生自激震蕩。TTL電路延遲時(shí)間短，難以控制頻率。電路接入RC回路有助于獲得較低的震蕩頻率，由于門電路的作用時(shí)間極短，TT

9、L電路自有幾十納秒，所以想獲得稍低一些的震蕩頻率是很困難的，而且頻率不易調(diào)節(jié)。在電路中接入RC電路可以有助于獲得較低的震蕩頻率，而且通過改變R,C的數(shù)值可以和容易實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的調(diào)節(jié)。圖1.3 555內(nèi)部框圖（a）及引腳排列（b）注明：6腳為THR，觸發(fā)器輸入端，低電平有效。2腳為TRI,閥值輸入端，高電平有效。4腳為RST,總復(fù)位端，低電平有效。7腳為DIS，放電端。5腳為CON，控制端。1腳接地。8腳接電源。3腳為輸出端。TD為內(nèi)部三極管。 圖1.4 示波器顯示的多諧振蕩器產(chǎn)生的波形3.2.2 脈沖發(fā)生器（由555構(gòu)成的多些振蕩器）的參數(shù)計(jì)算震蕩電路數(shù)字秒表的核心部分，電容充放電的速度決定了電

10、路的震蕩頻率R1、R2.C決定了多諧振蕩器的周期，即決定了形成的方波的頻率利用閉合回路中的負(fù)反饋?zhàn)饔每梢援a(chǎn)生自激震蕩，利用閉合回路中的延遲負(fù)反饋?zhàn)饔靡材墚a(chǎn)生自激震蕩，只要負(fù)反饋?zhàn)饔米銐驈?qiáng)。為了得到頻率更加準(zhǔn)確的頻率信號(hào)，加入了電容和電阻，其中電容為0.01微法，電阻為100K歐姆。一、震蕩周期的計(jì)算(R2=RP)1.確定R1、R2、C的值：占空比： 2.按所設(shè)計(jì)的電路連接，測(cè)試3.根據(jù)公式： 二、參數(shù)的確定由于電路的周期為0.01s，T=0.01s即頻率f=100Hz由上述公式可得結(jié)果：由式得 R1=R2R1=R2=100K3.3計(jì)數(shù)電路要實(shí)現(xiàn) 0.1 秒計(jì)數(shù)，須設(shè)計(jì)一個(gè) 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器；要

11、實(shí)現(xiàn)秒計(jì)數(shù)，須再設(shè)計(jì)一個(gè) 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器；這里也選用 74LS90 實(shí)現(xiàn)。二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，其中計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，對(duì)頻率為50HZ的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行五分頻，在輸出端QD取得周期為0.1S的矩形波脈沖，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入。計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成8421碼十進(jìn)制形式，其輸出端與實(shí)驗(yàn)裝置上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示0.10.9秒計(jì)時(shí)。注：集成異步計(jì)數(shù)器74LS90是異步二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。74LS90的引腳功能表如下圖所示：圖1.5 74LS90的引腳排列74LS90功能表輸 &

12、#160;  入輸  出功    能清  0置  9時(shí)    鐘QD  QC  QB  QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1    CP2110××0×     ×0000清    00××011×     ×1001置 

13、   90     ××     00     ××     0     1QA   輸  出二進(jìn)制計(jì)數(shù)1     QDQCQB輸出五進(jìn)制計(jì)數(shù)    QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)QD    

14、; QAQDQCQB輸出5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)1     1不   變保   持74LS90功能： 通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0（1）(2管腳)、R0（2）（6管腳）對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助S9（1）（6管腳）、S9（2）（7管腳）將計(jì)數(shù)器置9。其具體功詳述如下：（1） 計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 （2） 計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QD、QC、QA作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 （3） 若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，

15、QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成 異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 （4） 若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成 異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 （5） 清零、置9功能。 a) 異步清零 當(dāng)R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。 b) 置9功能 當(dāng)S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA =1001。本設(shè)計(jì)采用的是74LS90的五分頻和十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能。其中，74LS90（1）是對(duì)50Hz的脈沖信號(hào)

16、進(jìn)行五分頻，實(shí)現(xiàn)輸入為10Hz（0.1s），74LS90（2）、74LS90（3）實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。3.4譯碼顯示電路（1）74LS47為BCD七段譯碼器（譯碼器）7447為四線-七段譯碼器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)七段共陽(yáng)極數(shù)碼管，當(dāng)LT,RBI,BI,端接高電平時(shí)，從DCBA端輸入BCD碼時(shí)，從a b c d e f g端輸出相應(yīng)的數(shù)碼管 顯示碼。結(jié)合四線-七段譯碼器7447可以實(shí)現(xiàn)0到9個(gè)數(shù)字。(2)半導(dǎo)體數(shù)碼管（數(shù)碼顯示器）現(xiàn)在的許多電器設(shè)備上都有顯示十進(jìn)制字符的字符顯示器，以直觀的顯示出電器設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。目前廣泛使用的字符顯示器是七段字符顯示器，或稱七段數(shù)碼管。常見的七段數(shù)碼管 由液晶顯示數(shù)碼管

17、和半導(dǎo)體數(shù)碼管兩種。半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七段發(fā)光二極管組成，簡(jiǎn)稱LED。圖3.4是LED的引腳及其等效電路 圖1.6 LED的引腳及其等效電路發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽(yáng)數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。 (a) (b) 圖1.7(a)為VCC的為共陽(yáng)數(shù)碼管， (b)為GND的為共陰數(shù)碼管。圖1.8 七段數(shù)字顯示器發(fā)生段組要驅(qū)動(dòng)LED正常的顯示十進(jìn)制數(shù)的是個(gè)字符，LED前面一定要接一個(gè)顯示譯碼器。顯示譯碼器可實(shí)現(xiàn)的邏輯功能是：將輸入的8421BCD碼轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)LED放光的高、低電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED顯示不同的十進(jìn)制數(shù)字符，下面來(lái)討論顯示譯碼器的組

18、成。因顯示譯碼器可以驅(qū)動(dòng)LED顯示出09這十個(gè)數(shù)字字符，十個(gè)數(shù)字字符對(duì)應(yīng)十種高低電平的組合狀態(tài)，要描述這十種高、低電平的組合狀態(tài)必須用4位二進(jìn)制數(shù)，根據(jù)LED發(fā)光的特點(diǎn)可得描述顯示譯碼器邏輯功能的真值表如表所示：4電路仿真圖1.9 555振蕩器輸出波形與秒計(jì)數(shù)單元邏輯功能輸出波形： 5數(shù)字電子技術(shù)的內(nèi)容5.1數(shù)字電子設(shè)計(jì)的要求及步驟由于實(shí)驗(yàn)電路中使用器件較多，實(shí)驗(yàn)前必須合理安排各器件在實(shí)驗(yàn)裝置上的位置，使電路邏輯清楚，接線較短。實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)的次序，將各單元電路逐個(gè)進(jìn)行接線和調(diào)試，即分別測(cè)試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)器的邏輯功能，待各單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路

19、逐級(jí)連接起來(lái)進(jìn)行測(cè)試，直到測(cè)試電子秒表整個(gè)電路的功能。這樣的測(cè)試方法有利于檢查和排除故障，保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。1基本RS觸發(fā)器的測(cè)試測(cè)試方法參照數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容。2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測(cè)試(1)靜態(tài)測(cè)試用直流數(shù)字電壓表測(cè)量A、B、D、F各點(diǎn)電位值。記錄之。(2)動(dòng)態(tài)測(cè)試輸入端接1KHZ連續(xù)脈沖源，用示波器觀察并描繪D點(diǎn)（vD、）F點(diǎn)（v0）波形，如嫌單穩(wěn)輸出脈沖持續(xù)時(shí)間太短，難以觀察，可適當(dāng)加大微分電容C（如改為0.1）待測(cè)試完畢，再恢復(fù)4700P。3時(shí)鐘發(fā)生器的測(cè)試測(cè)試方法參考數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容，用示波器觀察輸出電壓波形并測(cè)量其頻率，調(diào)節(jié)RW，使輸出矩形波頻率為50Hz。4計(jì)數(shù)器的測(cè)試

20、(1)計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，RO(1)、RO(2)、S9(1)、S9(2)接邏輯開關(guān)輸出插口，CP2接單次脈沖源,CP1接高電平“1”，QDQA接實(shí)驗(yàn)設(shè)備上譯碼顯示輸入端D、C、B、A,按表21測(cè)試其邏輯功能，記錄之。(2)計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成8421碼十進(jìn)制形式，同內(nèi)容（1）進(jìn)行邏輯功能測(cè)試。記錄之。(3)將計(jì)數(shù)器、級(jí)連，進(jìn)行邏輯功能測(cè)試。記錄之。5電子秒表的整體的測(cè)試各單元電路測(cè)試正常后，按圖1.2把幾個(gè)單元電路連接起來(lái)，進(jìn)行電子秒表的總體測(cè)試。先按一下按鈕開關(guān)K2，此時(shí)電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)K1，則計(jì)數(shù)器清零后便開始計(jì)時(shí)，觀察數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)情況是否正常，如不需要計(jì)時(shí)或暫停計(jì)時(shí)，按

21、一下開關(guān)K2，計(jì)時(shí)立即停止，但數(shù)碼管保留所計(jì)時(shí)之值。5.2組裝調(diào)試本設(shè)計(jì)采用EWB電路仿真對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了調(diào)試。在調(diào)試的過程中遇到不少的麻煩，經(jīng)過多次反復(fù)的檢查和排除，最終實(shí)現(xiàn)了部分功能。故障1：脈沖發(fā)生器（555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器）沒法實(shí)現(xiàn)0.1s的脈沖信號(hào)。原因：參數(shù)不對(duì)。排除方法：利用f=1.43/R1+2R2)C適當(dāng)?shù)倪x取定值電阻、電容的大小和可變電阻的最大阻值。故障2：數(shù)碼管顯示亂碼。原因：計(jì)數(shù)器74LS90管腳接線錯(cuò)誤，LED數(shù)碼管的共極性弄反（按共陽(yáng)極的接線方法接線）。排除方法：對(duì)計(jì)數(shù)器正確接線，調(diào)整數(shù)碼管的陰陽(yáng)極接線（按共陰極接線方法接線）。故障3：數(shù)碼管數(shù)字跳動(dòng)頻率不均勻。原因：使能輸入信號(hào)和清零信號(hào)的波形不是規(guī)則的脈沖方波。排除方法：用示波器觀察脈沖輸出和微分電路輸出端的波形，不規(guī)則，就加一個(gè)反相器74HC04整形，同時(shí)，這樣還能達(dá)到減小誤差的目的。故障4：無(wú)法實(shí)現(xiàn)暫停的功能。原因：計(jì)數(shù)器使能端一直輸入脈沖信號(hào)。排除方法：在輸入的脈沖信號(hào)線路上，加一個(gè)開關(guān)。6儀器儀表明細(xì)清單 1直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)2雙蹤示波器 1