數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書第二版

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書第二版物理與光電工程學(xué)院一、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的與意義電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,加強(qiáng)工程訓(xùn)練,特別是技能的培養(yǎng),對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。在電子信息類本科教學(xué)中,電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié),它包括選擇課題、電子電路設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報(bào)告等實(shí)踐內(nèi)容。通過課程設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)目標(biāo):第一,讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求和性能參數(shù),查閱文獻(xiàn)資料,收集、分析類似電路的性能,并通過組裝調(diào)試等實(shí)踐活動(dòng),使電路達(dá)到性能指標(biāo);第二,課程設(shè)計(jì)為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐,而課程設(shè)計(jì)

2、的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用,從已學(xué)過的定性分析、定量計(jì)算的方法,逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法,了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法,同時(shí),課程設(shè)計(jì)報(bào)告的書寫,為今后從事技術(shù)工作撰寫科技報(bào)告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。二、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的方法和步驟設(shè)計(jì)一個(gè)電子電路系統(tǒng)時(shí),首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù),根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇,然后對方案中的各部分進(jìn)行單元的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇,最后將各部分連接在一起,畫出一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的完整系統(tǒng)電路圖。1、設(shè)計(jì)任務(wù)分析對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體分析,充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)內(nèi)容及要求,以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。2、方案論證這一步的工作要求是把系統(tǒng)

3、的任務(wù)分配給若干個(gè)單元電路,并畫出一個(gè)能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖。方案選擇的重要任務(wù)是根據(jù)掌握的知識(shí)和資料,針對系統(tǒng)提出的任務(wù)、要求和條件,完成系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中要勇于探索,勇于創(chuàng)新,力爭做到設(shè)計(jì)方案合理、可靠、經(jīng)濟(jì)、功能齊全、技術(shù)先進(jìn),并且對方案要不斷進(jìn)行可行性和優(yōu)缺點(diǎn)的分析,最后設(shè)計(jì)出一個(gè)完整框圖。框圖必須正確反映系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)和各組成部分功能,清楚表示系統(tǒng)的基本組成和相互關(guān)系。3、方案實(shí)現(xiàn)1單元電路設(shè)計(jì)單元電路是整機(jī)的一部分,只有把各單元電路設(shè)計(jì)好才能提高整體設(shè)計(jì)水平。每個(gè)單元電路設(shè)計(jì)前都需明確本單元電路的任務(wù),詳細(xì)擬訂出單元電路的性能指標(biāo),與前后級(jí)之間的關(guān)系,分析電路的

4、組成形式。具體設(shè)計(jì)時(shí),可以模仿成熟的先進(jìn)電路,也可以進(jìn)行創(chuàng)新或改進(jìn),但都必須保證性能要求。而且,不僅單元電路本身要設(shè)計(jì)合理,各單元電路間也要相互配合,注意各部分的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系。2參數(shù)計(jì)算為保證單元電路達(dá)到功能指標(biāo)要求,就需要用電子技術(shù)知識(shí)對參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。例如,放大電路中各阻值、放大倍數(shù)的計(jì)算;振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)的計(jì)算。只有很好地理解電路的工作原理,正確利用計(jì)算公式,計(jì)算的參數(shù)才能滿足設(shè)計(jì)要求。3器件選擇阻容元件的選擇:電阻和電容種類很多,正確選擇電阻和電容是很重要的。不同的電路對電阻和電容性能要求也不同,有些電路對電容的漏電要求很嚴(yán),還有些電路對電阻、電容

5、的性能和容量要求很高。例如濾波電路中常用大容量鋁電解電容,為濾掉高頻通常還需并聯(lián)小容量瓷片電容。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)電路的要求選擇性能和參數(shù)合適的阻容元件,并要注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。分立元件的選擇:分立元件包括二極管、晶體三極管、場效應(yīng)管、光電二(三極管、晶閘管等。根據(jù)其用途分別進(jìn)行選擇。選擇的器件種類不同,注意事項(xiàng)也不同。例如選擇晶體三極管時(shí),首先注意是選擇NPN型還是PNP型管,是高頻管還是低頻管,是大功率還是小功率,并注意管子的參數(shù)是否滿足電路設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。集成電路的選擇:由于集成電路可以實(shí)現(xiàn)很多單元電路甚至整機(jī)電路的功能,所以選用集成電路來設(shè)計(jì)單元電路和總體電路既方便又

6、靈活,它不僅使系統(tǒng)體積縮小,而且性能可靠,便于調(diào)試及運(yùn)用,在設(shè)計(jì)電路時(shí)頗受歡迎。集成電路有模擬集成電路和數(shù)字集成電路。國內(nèi)外已生出大量集成電路,其器件的型號(hào)、原理、功能、特征可查閱有關(guān)手冊。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案,而且要滿足功耗、電壓、速度、價(jià)格等多方面的要求。4、安裝調(diào)試:安裝與調(diào)試過程應(yīng)按照先局部后整機(jī)的原則,根據(jù)信號(hào)的流向逐塊調(diào)試,使各功能塊都要達(dá)到各自技術(shù)指標(biāo)的要求,然后把它們連接起來進(jìn)行統(tǒng)調(diào)和系統(tǒng)測試。調(diào)試包括調(diào)整與測試兩部分,調(diào)整主要是調(diào)節(jié)電路中可變元器件或更換器件,使之達(dá)到性能的改善。測試是采用電子儀器測量相關(guān)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與波形,以便準(zhǔn)確判斷設(shè)計(jì)電路的性能。裝

7、配前必須對元器件進(jìn)行性能參數(shù)測試。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的不同,有時(shí)需進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)制作,并在印制電路板上進(jìn)行裝配調(diào)試。二、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目(五題任選一題A:多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。鐘表的數(shù)字化在提高報(bào)時(shí)精度的同時(shí),也大大擴(kuò)展了它的功能,諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉路燈等。因此,研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用,有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。1、設(shè)計(jì)目的1掌握數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。2熟悉集成電路的使用方法。2、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1時(shí)鐘顯示功能,能夠以十進(jìn)制顯示“時(shí)”、“分”、“秒”。2具有校準(zhǔn)時(shí)、分的功能

8、。3整點(diǎn)自動(dòng)報(bào)時(shí),在整點(diǎn)時(shí),便自動(dòng)發(fā)出鳴叫聲,時(shí)長1s。選做:1鬧鐘功能,可按設(shè)定的時(shí)間鬧時(shí)。2日歷顯示功能。將時(shí)間的顯示增加“年”、“月”、“日”。3、數(shù)字鐘的基本原理及電路設(shè)計(jì)一個(gè)具有計(jì)時(shí)、校時(shí)、報(bào)時(shí)、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器得到秒脈沖,秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器譯碼,并通過顯示器顯示時(shí)間。數(shù)字鐘的整機(jī)邏輯框圖如下:圖 1數(shù)字鐘整機(jī)邏輯圖1振蕩器石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整,它是電子鐘的核心,用它產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào),

9、再由分頻器分成秒時(shí)間脈沖。用反相器與石英晶體構(gòu)成的振蕩電路如圖2所示。利用兩個(gè)非門G 1和G 2自我反饋,使它們工作在線形狀態(tài),然后利用石英晶體Z 1來控制振蕩頻率。振蕩器振蕩頻率的精度與穩(wěn)定度基本上決定數(shù)字鐘的準(zhǔn)確度,晶振頻率越高,計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度越高。目前常見的石英晶振頻率是4M H z 時(shí),則振蕩器輸出頻率為4M H Z 。G 2G1R 11K R 21K C 1 0.01µFZ 1 4M H ZC 2 10pF圖2 石英晶體振蕩電路譯 碼 顯 示 電 路時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路報(bào)時(shí)電路多級(jí)分頻器振蕩器2分頻器時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率很高,要得到秒脈沖,需要分頻電路。例如,振蕩器輸

10、出4M H Z信號(hào),可通過D觸發(fā)器(如74LS74進(jìn)行4分頻變成1M H Z,也可以將10分頻計(jì)數(shù)器74LS160(或74LS90行4分頻變成1M H Z,然后送到10分頻計(jì)數(shù)器74LS160(或74LS90,經(jīng)過6次10分頻而獲得1H Z的方波信號(hào)。3計(jì)數(shù)器整個(gè)計(jì)數(shù)器電路由秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器串接而成。秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器各自由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串接組成,形成兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器可由兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計(jì)數(shù)器。4譯碼器譯碼器由六片74LS247(或74LS48組成,74LS247驅(qū)動(dòng)器是與8421BCD編碼計(jì)數(shù)器配合用的7段譯碼驅(qū)動(dòng)器。一片

11、74LS247驅(qū)動(dòng)一只數(shù)碼,72LS247是集電極開路輸出,為了限制數(shù)碼管的導(dǎo)通電流,在72LS247的輸出與數(shù)碼管的輸入端之間均應(yīng)串有限流電阻。5顯示器本系統(tǒng)用七段發(fā)光數(shù)碼管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字,發(fā)光數(shù)碼管有兩種:共陽極或共陰極。74LS247驅(qū)動(dòng)器是低電平輸出,采用共陽極數(shù)碼管。6校時(shí)電路剛接通電源或走時(shí)不準(zhǔn)時(shí),都需要進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)校時(shí)電路的方法有很多,采用基本R-S觸發(fā)器構(gòu)成單脈沖發(fā)生器是其中的一種,電路如圖3。&G1&G1SB R R5VQQ圖3 校時(shí)電路4、 設(shè)計(jì)要點(diǎn)1畫出整個(gè)系統(tǒng)的電路圖,并列出所需器件清單。2采購器件,并按電路圖接線,認(rèn)真檢查電路是否正確,注

12、意器件管腳的連接,“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。3調(diào)試振蕩器電路,用示波器觀察振蕩頻率輸出。4將振蕩輸出頻率送入各分頻器,觀察其輸出頻率是否符合設(shè)計(jì)要求。 5檢查各級(jí)計(jì)數(shù)器的工作情況。6觀察校時(shí)電路的功能是否滿足校時(shí)要求。7分頻器和計(jì)數(shù)器調(diào)試正常后,觀察電子鐘是否正常準(zhǔn)確地工作。B :交通燈控制電路設(shè)計(jì)由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口,為確保車輛安全、迅速地通行,在交叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號(hào)燈。紅燈亮禁止通行;綠燈亮允許通行;黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間停靠在禁行線內(nèi)。實(shí)現(xiàn)紅、綠燈的自動(dòng)指揮對城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。1、設(shè)計(jì)目的1.掌

13、握交通燈控制電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。2.熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法。2、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。2.當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí),支干道亮紅燈,而支干道允許亮綠燈時(shí),主干道亮紅燈。3.主支干道交替允許通行,主干道每次放行30s 、支干道20s 。設(shè)計(jì)30s 和20s 計(jì)時(shí)顯示電路。4.在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過程中間,要亮5s 的黃燈作為過渡,設(shè)置5s 顯示電路。 要求所有的計(jì)數(shù)采用倒計(jì)時(shí)的方法。 選做:自行觀察廣州市狀況比較復(fù)雜的交通路口的車輛通行情況并設(shè)計(jì)其控制電路。3、交通燈控制電路基本原理及電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的控制器整體結(jié)構(gòu)如圖4圖4交通燈控

14、制器結(jié)構(gòu)圖1主控制器計(jì)時(shí)器時(shí)鐘信號(hào)主 控 制 器譯碼驅(qū)動(dòng)電路主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈L 、S 、P主控電路是本課題的核心,主要產(chǎn)生30s 、20s 、5s 三個(gè)定時(shí)信號(hào),它的輸出一方面經(jīng)譯碼后分別控制主干道和支干道的三個(gè)信號(hào)燈,另一方面控制定時(shí)電路啟動(dòng)。主控電路屬于時(shí)序邏輯電路,可采用狀態(tài)機(jī)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。主干道和支干道各自的三種燈(紅、黃、綠,正常工作時(shí),只有4種可能,即4種狀態(tài):主綠燈和支紅等亮,主干道通行,啟動(dòng)30s 定時(shí)器,狀態(tài)為S 0; 主黃燈和支紅燈亮,主干道停車,啟動(dòng)5s 定時(shí)器, 狀態(tài)為S 1; 主紅燈和支綠燈亮,支干道通行,啟動(dòng)20s 定時(shí)器,狀態(tài)為S 2; 主紅燈和支黃燈亮

15、,支干道停車,啟動(dòng)5s 定時(shí)器,狀態(tài)為S 3。 四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5:圖5交通燈控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可用2個(gè)JK 觸發(fā)器表達(dá)上述四種狀態(tài)的分配和轉(zhuǎn)換。 2計(jì)時(shí)器電路這些計(jì)時(shí)器除需要秒脈沖作時(shí)鐘信號(hào)外,還應(yīng)受主控器的狀態(tài)的控制。例如30s 計(jì)時(shí)器應(yīng)在主控器進(jìn)入S 0狀態(tài)(主干道通行時(shí)開始計(jì)時(shí),同樣20s 計(jì)時(shí)器必須在主控器進(jìn)入S 2狀態(tài)時(shí)開主綠燈支紅燈 亮 主黃燈支紅燈 亮主紅燈支綠燈 亮 主紅燈支黃燈 亮已過5sS 0S 1S 2S 3未過30s 已過30s已過20s未過20ss未 過 5 s未過 5 s已過5s始計(jì)數(shù),而5s計(jì)時(shí)器則要在進(jìn)入S1或S3狀態(tài)時(shí)開始計(jì)數(shù),待到規(guī)定時(shí)間分別使計(jì)數(shù)器復(fù)零

16、。設(shè)計(jì)中30s計(jì)數(shù)器可以采用兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)連成三十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,為使復(fù)零信號(hào)有足夠的寬度,可采用基本RS觸發(fā)器組成反饋復(fù)零電路。按同樣的方法可以設(shè)計(jì)出20s和5s計(jì)時(shí)電路,與30s計(jì)時(shí)電路相比,后兩者只是控制信號(hào)和反饋信號(hào)的引出端不同而已。3譯碼驅(qū)動(dòng)電路(1信號(hào)燈譯碼電路主控器的四種狀態(tài)分別要控制主、支干道紅黃綠燈的亮與滅。令燈亮為“1”,燈滅為“0”,主干道紅黃綠等分別為R、Y、G,支干道紅黃綠等分別為r、y、g,則信號(hào)燈譯碼電路真值表為:表1信號(hào)燈譯碼電路真值表輸入輸出Q2Q1R Y G r y g0 0 0 0 1 1 0 00 1 0 1 0 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0

17、1 1 1 0 0 0 0 1由真值表可進(jìn)一步得到各燈的邏輯表達(dá)式,進(jìn)而確定其電路形式。(2計(jì)時(shí)顯示譯碼電路計(jì)時(shí)顯示實(shí)際是一個(gè)定時(shí)控制電路,當(dāng)30s、20s、5s任一計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí),在主支干道各自可通過數(shù)碼管顯示出當(dāng)前的計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)器輸出的七段數(shù)碼顯示用BCD碼七段譯碼器驅(qū)動(dòng)即可,具體設(shè)計(jì)可參考課題一電子數(shù)字鐘的譯碼、顯示部分。4時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器電路產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖信號(hào),確保整個(gè)電路裝置同步工作和實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。此電路與課題一數(shù)字鐘的秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路相同,可參閱其中晶體振蕩電路、分頻電路的設(shè)計(jì)。如果計(jì)時(shí)精確度要求不高,也可采用RC環(huán)形多諧振蕩器。4、設(shè)計(jì)要點(diǎn)1畫出整機(jī)電路圖,并列出所需器件清單

18、。2采購器件,并按電路圖接線,認(rèn)真檢查電路是否正確,注意器件管腳的連接,“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。3秒脈沖信號(hào)發(fā)生器與計(jì)時(shí)電路的調(diào)試與上一設(shè)計(jì)相同。4主控器電路的調(diào)試,可用邏輯開關(guān)K1、K2、K3分別代替L、S、P信號(hào),秒脈沖作時(shí)鐘信號(hào),主控器狀態(tài)應(yīng)按狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖轉(zhuǎn)換。5 如果以上邏輯關(guān)系正確,即可與計(jì)時(shí)器輸出L、S、P相接,進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試。6 信號(hào)燈譯碼調(diào)試亦是如此,先用兩個(gè)邏輯開關(guān)K4、K5代替Q2、Q1,當(dāng)Q2、Q1分別為00、01、10、11時(shí),6各發(fā)光二極管應(yīng)按設(shè)計(jì)要求發(fā)光。7 各單元電路均能正常工作后,即可進(jìn)行總機(jī)調(diào)試。C:簡易數(shù)字頻率計(jì)電路設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯

19、示被測信號(hào)頻率的儀器,被測信號(hào)可以是正弦波、方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?可以對多種物理量進(jìn)行測試,比如機(jī)械振動(dòng)的頻率、轉(zhuǎn)速、聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此,數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。1、設(shè)計(jì)目的1 了解數(shù)字頻率計(jì)測量頻率與測量周期的基本原理;2 熟練掌握數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法及減小測量誤差的方法。2、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的數(shù)字頻率計(jì),測量給定信號(hào)的頻率,并用十進(jìn)制數(shù)字顯示,具體指標(biāo)為:1 測量范圍:1H Z9.999K H Z,閘門時(shí)間1s;10 H Z99.99K H Z,閘門時(shí)間0.1s;100 H Z999.9K H Z,閘門時(shí)間10ms;1

20、 K H Z9999K H Z,閘門時(shí)間1ms;2 顯示方式:四位十進(jìn)制數(shù)3 當(dāng)被測信號(hào)的頻率超出測量范圍時(shí),報(bào)警.3、數(shù)字頻率計(jì)基本原理及電路設(shè)計(jì)所謂頻率,就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間 (1s 內(nèi)變化的次數(shù).若在一定時(shí)間間隔T 內(nèi)測得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為N ,則其頻率可表示為 f x =N/T 。因此,可以將信號(hào)放大整形后由計(jì)數(shù)器累計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的信號(hào)個(gè)數(shù),然后經(jīng)譯碼、顯示輸出測量結(jié)果,這是所謂的測頻法?？梢姅?shù)字頻率計(jì)主要由放大整形電路、閘門電路、計(jì)數(shù)器電路、鎖存器、時(shí)基電路、邏輯控制、譯碼顯示電路幾部分組成,總體結(jié)構(gòu)如圖6:圖6數(shù)字頻率計(jì)原理圖從原理圖可知,被測信號(hào)V x 經(jīng)放大整形電

21、路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào),其頻率與被測信號(hào)的頻率f x 相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào),具有固定寬度T 的方波時(shí)基信號(hào)II 作為閘門的一個(gè)輸入端,控制閘門的開放時(shí)間,被測信號(hào)I 從閘門另一端輸入,被測信號(hào)頻率為f x ,閘門寬度T ,若在閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N ,則被測信號(hào)頻率f x =N/T H z 。可見,清零信號(hào)鎖存信號(hào) TN整形放大電路計(jì)數(shù)器鎖存器譯碼器邏 輯 控 制 電 路顯示器時(shí) 基 電 路閘門門信號(hào)脈沖寬度是否精確直接決定了測量結(jié)果是否精確.邏輯控制電路的作用有兩個(gè):一是產(chǎn)生鎖存脈沖,使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定;二是產(chǎn)生清“0”脈沖,使計(jì)數(shù)器每次測量從零開始計(jì)數(shù)。1

22、放大整形電路放大整形電路可以采用晶體管 3DGl00和74LS00,其中3DGl00組成放大器將輸入頻率為f x 的周期信號(hào)如正弦波、三角波等進(jìn)行放大。與非門74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器,它對放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形,使之成為矩形脈沖。2時(shí)基電路時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號(hào),可以由555組成的振蕩器產(chǎn)生,若時(shí)間精度要求較高時(shí),可采用晶體振蕩器。由555定時(shí)器構(gòu)成的時(shí)基電路包括脈沖產(chǎn)生電路和分頻電路兩部分。555多諧振蕩電路產(chǎn)生時(shí)基脈沖采用555產(chǎn)生1000H Z 振蕩脈沖的參考電路如圖7所示。電阻參數(shù)可以由振蕩頻率計(jì)算公式f=1.43/(R 1+2R 2*C 求得。由于本設(shè)計(jì)中需要1s

23、、0.1s 、10ms 、1ms 四個(gè)閘門時(shí)間,555振蕩器產(chǎn)生1000HZ ,周期為1ms 的脈沖信號(hào),需經(jīng)分頻才能得到其他三 個(gè)周期的閘門信號(hào),可采用74LS90分別經(jīng)過一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)10分頻得到。圖7 555多諧振蕩電路3邏輯控制電路在時(shí)基信號(hào)II 結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號(hào),鎖存信號(hào)的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清“0”信號(hào)V 。脈沖信號(hào)和V 可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LSl23產(chǎn)生,它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。觸發(fā)脈沖從B 端輸入時(shí),在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下,輸出端Q 可獲得一正8 45 36271V ccR 1R 20.01µF脈沖, Q 非端可獲得一負(fù)脈沖,其波形關(guān)

24、系正好滿足和V 的要求。手動(dòng)復(fù)位開關(guān)S 按下時(shí),計(jì)數(shù)器清“ 0 ”。參考電路如圖8CR A BQQ74LS123C 22nFC R ABQQ74LS123C 12nFR 1 10K &清零時(shí)基信號(hào)V cc 5VR 2 10K Vcc 5VR 103K圖-8數(shù)字頻率計(jì)邏輯控制電路4鎖存器鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在閘門時(shí)間結(jié)束時(shí)所計(jì)得的數(shù)進(jìn)行鎖存,使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值.閘門時(shí)間結(jié)束時(shí),邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào),將此時(shí)計(jì)數(shù)器的值送譯碼顯示器。選用8D 鎖存器74LS273可以完成上述功能.當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP 的正跳變來到時(shí),鎖存器的輸出等于輸入,即Q=D 。從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到

25、鎖存器的輸出端。正脈沖結(jié)束后,無論D 為何值,輸出端Q 的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)Q n 不變.所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi),計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器.5報(bào)警電路本設(shè)計(jì)要求用4位數(shù)字顯示,最高顯示為9999。超過9999就要求報(bào)警,即當(dāng)千位達(dá)到9(即1001時(shí),如果百位上再來一個(gè)時(shí)鐘脈沖(即進(jìn)位脈沖,就可以利用此來控制蜂鳴器報(bào)警。電路如圖9:&200H ZQ DQ A 進(jìn)位脈沖圖9 數(shù)字頻率計(jì)報(bào)警電路4、調(diào)試要點(diǎn)1.通電準(zhǔn)備打開電源之前,先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情況,并取下電路板上的集成塊,然后接通電源,用萬用表檢查板上的各點(diǎn)電源電壓值,之后再關(guān)掉電源,插上集成塊。2.單元電路檢

26、測接通電源后,用雙蹤示波器( 輸入耦合方式置DC 檔 觀察時(shí)基電路的輸出波形,看其是否滿足設(shè)計(jì)要求,若不符合,則調(diào)整R1和R2。然后改變示波器的掃描速率旋鈕,觀察74LSl23 的第13 腳和第10 腳的波形是否為鎖存脈沖和清零脈沖V 的波形。將4 片計(jì)數(shù)器74LS90 的第2 腳全部接低電平,鎖存器74LS273 的第11 腳都接時(shí)鐘脈沖,在個(gè)位計(jì)數(shù)器的第14 腳加入計(jì)數(shù)脈沖,檢查4 位鎖存、譯碼、顯示器的工作是否正常。3.系統(tǒng)連調(diào)在放大電路輸入端加入Vpp=1v ,f=1k H z的正弦信號(hào),用示波器觀察放大電路和整形電路的輸出波形,應(yīng)為與被測信號(hào)同頻率的脈沖波,顯示器上的讀數(shù)應(yīng)為1000

27、H z。D:洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)目的1.掌握洗衣機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。2. 熟悉數(shù)字和模擬集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法。2、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)洗衣機(jī)控制器,具有如下功能:1采用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)洗衣機(jī)的控制定時(shí)器,控制洗衣機(jī)電機(jī)作如下運(yùn)轉(zhuǎn): 2洗滌電機(jī)用兩個(gè)繼電器控制。3用兩位數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時(shí)間(分鐘數(shù),按倒計(jì)時(shí)方式對洗滌過程作計(jì)時(shí)顯示,直至?xí)r間到而停機(jī)。洗滌定時(shí)時(shí)間在010min內(nèi)用戶任意設(shè)定。4當(dāng)定時(shí)時(shí)間到達(dá)終點(diǎn)時(shí),一方面使電機(jī)停轉(zhuǎn),同時(shí)發(fā)出音響信號(hào)提醒用戶注意。5洗滌過程在送入預(yù)置時(shí)間后即開始運(yùn)轉(zhuǎn)。3、洗衣機(jī)控制電路原理及電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以上功能的洗衣機(jī)控制電路

28、原理如圖10: 圖10洗衣機(jī)控制電路原理圖1電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用兩個(gè)繼電器控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖11, 圖11 洗衣機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路表2驅(qū)動(dòng)電路控制表T Z1Z2K1K2電機(jī)0 X X 斷斷停1 0 0 通斷反轉(zhuǎn)1 1 0 斷斷停1 0 1 斷斷停1 1 1 斷通正轉(zhuǎn)2兩級(jí)定時(shí)電路本定時(shí)器包括兩級(jí)定時(shí):一是總洗滌過程的定時(shí);二是在總洗滌過程中包含電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和暫停三種定時(shí),并且這三種定時(shí)是反復(fù)循環(huán)直至總定時(shí)時(shí)間到為止。由驅(qū)動(dòng)電路控制表2可得:當(dāng)總定時(shí)時(shí)間在010min以內(nèi)設(shè)定一個(gè)數(shù)值后T為高電平,然后用倒計(jì)時(shí)方法每分鐘減1,直至T變?yōu)?。實(shí)現(xiàn)定時(shí)的方法很多,比如采用單穩(wěn)電路實(shí)現(xiàn),又如將定時(shí)初值預(yù)

29、置到計(jì)數(shù)器中,使計(jì)數(shù)器運(yùn)行在減計(jì)數(shù)狀態(tài),當(dāng)減到全零時(shí),則定時(shí)時(shí)間到。本電路就可采用這種方法。當(dāng)秒脈沖發(fā)生器的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)60分頻后,得到分脈沖信號(hào)。洗滌定時(shí)時(shí)間的初值先通過撥盤或數(shù)碼開關(guān)設(shè)置到洗滌時(shí)間計(jì)數(shù)器中,每當(dāng)分脈沖到來計(jì)數(shù)器減1,直至減到定時(shí)時(shí)間到為止。運(yùn)行中間,剩余時(shí)間經(jīng)譯碼后在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。3電機(jī)控制信號(hào)產(chǎn)生電路Z1和Z2的定時(shí)長度可由秒脈沖到分脈沖變換的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)中得到,這兩個(gè)信號(hào)以及定時(shí)信號(hào)T經(jīng)控制門輸出后,得到推動(dòng)電機(jī)的工作信號(hào)。4、調(diào)試要點(diǎn)1通電準(zhǔn)備打開電源之前,先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情況,并取下電路板上的集成塊,然后接通電源,用萬用表檢查板上的

30、各點(diǎn)的電源電壓值,完好之后再關(guān)掉電源,插上集成塊。2單元電路檢測接通電源后,用雙蹤示波器( 輸人耦合方式置DC 檔 觀察秒脈沖電路的輸出波形,看其是否滿足設(shè)計(jì)要求,再觀察六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和洗滌時(shí)間計(jì)數(shù)器,看其輸出波形是否正確。檢查Z1和Z2的時(shí)間譯碼邏輯和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是否正常工作。3系統(tǒng)聯(lián)調(diào)設(shè)定洗滌時(shí)間,觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況和數(shù)碼管顯示。E:四人智力競賽搶答器1、設(shè)計(jì)目的1.掌握四人智力競賽搶答器電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。2.熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法。2、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。用數(shù)字顯示搶答倒計(jì)時(shí)間,由“9”倒計(jì)到“0”時(shí),無人搶答,蜂鳴器連

31、續(xù)響1秒。選手搶答時(shí),數(shù)碼顯示選手組號(hào),同時(shí)蜂鳴器響1秒,倒計(jì)時(shí)停止。2設(shè)計(jì)要求(14名選手編號(hào)為:1,2,3,4。各有一個(gè)搶答按鈕,按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)對應(yīng),也分別為1,2,3,4。(2給主持人設(shè)置一個(gè)控制按鈕,用來控制系統(tǒng)清零(搶答顯示數(shù)碼管滅燈和搶答的開始。(3搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后,若有選手按動(dòng)搶答按鈕,該選手編號(hào)立即鎖存,并在搶答顯示器上顯示該編號(hào),同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示,封鎖輸入編碼電路,禁止其他選手搶答。搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4搶答器具有定時(shí)(9秒搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按鈕后,定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí),定時(shí)顯示器顯示倒計(jì)時(shí)間,若無人搶

32、答,倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí),揚(yáng)聲器響,音響持續(xù)1秒。參賽選手在設(shè)定時(shí)間(9秒內(nèi)搶答有效,搶答成功,揚(yáng)聲器響,音響持續(xù)1秒,同時(shí)定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí),搶答顯示器上顯示選手的編號(hào),定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間,并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(5如果搶答定時(shí)已到,卻沒有選手搶答時(shí),本次搶答無效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報(bào)警(音響持續(xù)1秒,并封鎖輸入編碼電路,禁止選手超時(shí)后搶答,時(shí)間顯示器顯示0。(6可用石英晶體振蕩器或者555定時(shí)器產(chǎn)生頻率為1H z 的脈沖信號(hào),作為定時(shí)計(jì)數(shù)器的CP 信號(hào)。3、 四人智力競賽搶答器電路原理及設(shè)計(jì)電路主要由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路、倒計(jì)時(shí)電路和音響產(chǎn)生電路組成。當(dāng)有選手搶答時(shí),

33、首先鎖存,阻止其他選手搶答,然后編碼,再經(jīng)4線7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上同時(shí)產(chǎn)生音響。主持人宣布開始搶答時(shí),倒計(jì)時(shí)電路啟動(dòng)由9計(jì)到0,如有選手搶答,倒計(jì)時(shí)停止。電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖13:揚(yáng)聲器數(shù)碼顯示脈沖電路倒計(jì)時(shí)器譯碼器數(shù)碼顯示揚(yáng)聲器鎖存器 編碼轉(zhuǎn)換電路 譯碼器主持人選手圖 13 四人智能搶答器原理圖 1）以鎖存器為中心的編碼顯示電路 搶答信號(hào)的判斷和鎖存可采用觸發(fā)器或鎖存器。若以四 D 觸發(fā)器 74LS175 為中心構(gòu) 成編碼鎖存系統(tǒng)，編碼的作用是把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化成 8421BCD 碼，進(jìn)而送給 7 段顯示譯 碼器。其真值表 3： 表 3 鎖存編碼真值表 鎖存器輸出 Q4 0 0 0 1 Q3 0 0 1 0 Q2 0 1 0 0 Q1 1 0 0 0 D 0 0 0 0 編碼器輸出 C 0 0 0 1 B 0 1 1 0 A 1 0 1 0 搶答信號(hào)的鎖存可通過 D 觸發(fā)器的輸出相“與”反饋門控觸發(fā)脈沖實(shí)現(xiàn)，當(dāng)無人搶答時(shí)， 4 個(gè) D 觸發(fā)器的輸出 Q 非相與，為“1”時(shí)，脈沖能夠進(jìn)入觸發(fā)器，有一人搶答時(shí)，與門中有一 個(gè)變?yōu)椤?” ，使脈沖不能進(jìn)入觸發(fā)器，從而防止其他人搶答。 2）脈沖產(chǎn)生電路：采用石英晶體振蕩器可產(chǎn)生高精度的秒脈沖，電路可參考多功能數(shù)字鐘 設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘電路。 3）倒計(jì)時(shí)顯示電路：該電路可采用十進(jìn)制同步減計(jì)數(shù)器 74LS190，主持人宣布開始時(shí)，按下