10選一計數(shù)器

1、中北大學(xué)課程設(shè)計報告書中 北 大 學(xué)本科生課程設(shè)計報告姓 名 崔寶月 學(xué) 號 1305054215 課 程 10選1數(shù)據(jù)選擇器 學(xué) 院 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè) 信息對抗技術(shù)專業(yè) 班 級 13050542 指導(dǎo)老師 張丕狀 王鑒 楊光 姚金杰 完成日期 2015 年 7 月 1 日 目 錄1.工作環(huán)境（主要軟件）22設(shè)計計劃書42.1設(shè)計內(nèi)容42.2設(shè)計目的及原則52.3參考題目63.設(shè)計原理4 3.1 74LS151芯片83.2 74LS138芯片93.3 數(shù)字選擇器9 4. 設(shè)計結(jié)果及分析 Multisim篇11 4.1調(diào)用元器件114.2連線成原理圖114.3進行仿真125. 設(shè)計結(jié)果

2、及分析 Altium.Designer篇145.1原理圖繪制145.2PCB板276. 結(jié)論33 6.1ERC檢查336.2網(wǎng)絡(luò)表336.3元件清單357. 參考文獻36 8. 實驗心得369.附錄 9.1網(wǎng)絡(luò)表 9.2元件 清單 9.3原理圖9.4Mutisim連線圖9.5PCB圖 （一）工作環(huán)境本次課程設(shè)計主要運用2個軟件 圖1.1兩個軟件的封面1.1Altium Designer Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€、

3、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計者提供了全新的設(shè)計解決方案，使設(shè)計者可以輕松進行設(shè)計，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計的質(zhì)量和效率大大提高。目前最高版本為：Altium Designer 15.0.7 Build 369151.2 詳細(xì)內(nèi)容 電路設(shè)計自動化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是將電路設(shè)計中各種工作交由計算機來協(xié)助完成。如電路原理圖（Schematic）的繪制、印刷電路板（PCB）文件的制作、執(zhí)行電路仿真（Simulation）等設(shè)計工作。隨著電子科技的蓬勃發(fā)展，新型元器件層出不窮，電子線路變得越來越復(fù)雜，電路的設(shè)計工作已經(jīng)無法

4、單純依靠手工來完成，電子線路計算機輔助設(shè)計已經(jīng)成為必然趨勢，越來越多的設(shè)計人員使用快捷、高效的CAD設(shè)計軟件來進行輔助電路原理圖、印制電路板圖的設(shè)計，打印各種報表。1.3 主要功能1 原理圖設(shè)計2 印刷電路板設(shè)計3 FPGA的開發(fā)4 嵌入式開發(fā)5 3D PCB設(shè)計2. Multisim 2.1 Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了S

5、PICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。中北大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2014-2015 學(xué)年第 二 學(xué)期學(xué) 院：信息與通信工程學(xué)院專 業(yè)：信息對抗技術(shù)專業(yè)學(xué) 生 姓 名：崔寶月學(xué) 號：1305054215課程設(shè)計題目：設(shè)計一個10選1數(shù)據(jù)選擇器 注：數(shù)據(jù)選擇器和譯碼器自選，元器件自制起 迄 日 期:6月23日 7月1日課程設(shè)計地點:校內(nèi)指 導(dǎo) 教 師:張丕狀 王鑒

6、楊光 姚金杰下達任務(wù)書日期: 2015年 6 月 23 日1設(shè)計目的：1、通過本課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，學(xué)生將復(fù)習(xí)所學(xué)的專業(yè)知識，使課堂學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)用于實踐，通過本課程設(shè)計的實踐使學(xué)生具有一定的實踐操作能力；2、掌握Altium Designer軟件使用方法，能熟練運用該軟件設(shè)計并仿真電路；3、學(xué)會用數(shù)字電子器件組成復(fù)雜系統(tǒng)的方法。2 設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：一、學(xué)習(xí)Altium Designer軟件軟件學(xué)習(xí)要求：1設(shè)計環(huán)境認(rèn)識與SCH環(huán)境配置1天2原理圖設(shè)計的基本操作1天3元器件圖形符號(元件庫)的編輯1天4Altium Designer布線練習(xí)實驗1天5Al

7、tium Designer電路仿真練習(xí)實驗1天6總計5天二、設(shè)計要求：1、根據(jù)指標(biāo)按低頻電子線路、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)等課程的相關(guān)原理完成電路設(shè)計，并在Multisim 2014中，完成電路功能仿真；2、原理仿真通過后，在Altium.Designer.Winter.09.SP3.Build8.3.0軟件中完成原理圖的繪制，并進行ERC檢查，生成網(wǎng)絡(luò)表和元件列表；3、完成電路的PCB制板。4、每人一組，寫出設(shè)計報告。5、原理圖繪制要求：圖紙為A4 尺寸6、PCB 設(shè)計要求：雙面板：電路板大小60mm×80mm，安全距離0.3mm，普通線寬0.8mm，電源及地線為1.0mm。3 焊盤和過渡

8、孔大?。和ㄓ貌迥_式電阻、電容，集成電路采用圓形，盤/孔直徑為3.0mm/1.2mm，開關(guān)采用方形，邊長2.0mm，孔徑0.8mm。接口1 腳為方形，邊長2.0mm，孔徑0.8mm，其余腳為圓形，盤/孔直徑為2.1mm/1.0mm。7、選題要求，每個同學(xué)的學(xué)號A mod 15，（如：1305054123，A取23，以下提到A均為學(xué)號），余數(shù)為0的選擇第15題，余數(shù)為114的依次選擇114題，學(xué)號為單數(shù)的同學(xué)原理圖中所有元件自制，學(xué)號為偶數(shù)的同學(xué)所有元件的PCB封裝自制。mod 表示取余運算三、參考題目1. 設(shè)計一個反相比例運算放大電路，放大倍數(shù)（比例系數(shù)）：-A，輸入電阻A k；2. 設(shè)計一個壓

9、控電壓源二階高通濾波器，濾波器的截止頻率 A kHz；3. 設(shè)計一個LC正弦波振蕩電路，振蕩頻率 A kHz；4. 設(shè)計一個自然態(tài)序的同步（7+B）進制加法計數(shù)器電路B=A mod 4 5. 采用級聯(lián)方式設(shè)計一個30+A進制計數(shù)器6. 設(shè)計一個矩形波發(fā)生電路，矩形波重復(fù)周期 1/A ms，占空比 A%；7. 設(shè)計一個加減法運算電路，實現(xiàn)Uo=2UI1+A UI2-5UI3功能，UI1、UI2、UI3的波形自定義，電路供電電壓±15V；8. 設(shè)計一個簡單二階有源低通濾波器，濾波器的截止頻率 A kHz；9. 設(shè)計一個（2+B）個連1序列檢測器，用來檢測串行二進制序列，當(dāng)連續(xù)輸入（2+B

10、）的或者（2+B）個以上的1時，檢測器輸出為1，否則為0；B=A mod 310. 設(shè)計一個同相比例運算放大電路，放大倍數(shù)（比例系數(shù)）：A，輸入電阻A k；11. 利用（5+B）個移位寄存器設(shè)計相應(yīng)的m序列信號發(fā)生器，B=A mod 3 12. 設(shè)計一個RC橋式正弦波振蕩電路，振蕩頻率 A kHz；13. 設(shè)計一個有進位輸出的同步（5+B）進制加法器電路，B=A mod 6 14. 設(shè)計一個鋸齒波發(fā)生電路，鋸齒波重復(fù)周期 1/A ms，上升斜率=-A下降斜率；15. 設(shè)計一個（8+B）選1數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇器和譯碼器自選，B=A mod 13；注意：題目要求中的A為學(xué)號3設(shè)計工作任務(wù)及工作量

11、的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：每個同學(xué)獨立完成自己的任務(wù)，每人寫一份設(shè)計報告，在課程設(shè)計論文中寫明自己設(shè)計的過程，設(shè)計原理圖與仿真圖。4主要參考文獻：1. 畢滿清等.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.太原：機械工業(yè)出版社.2000.2. 韓焱等.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社.2012.3. 畢滿清等.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社，2008.5設(shè)計成果形式及要求：設(shè)計的原理圖，仿真圖。課程設(shè)計說明書6工作計劃及進度：6月23日 設(shè)計環(huán)境認(rèn)識與SCH環(huán)境配置6月24日 原理圖設(shè)計的基本操作6月25日 元器件圖形符號(元件庫)的編輯6月26日 Altium Des

12、igner布線練習(xí)實驗6月27-30日 Altium Designer電路仿真練習(xí)實驗7月1日 答辯、成績考核審查意見： 簽字： 年 月 日 （三）設(shè)計原理1 74LS1511、8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151的簡介74LS151為互補輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器，引腳排列如圖所示，功能見表。 選擇控制端（地址端）為CA，按二進制譯碼，從8個輸入數(shù)據(jù)D0D7中，選擇一個需要的數(shù)據(jù)送到輸出端Y，S為使能端，低電平有效。（1）使能端S1時，不論CA狀態(tài)如何，均無輸出（Y0，S1），多路開關(guān)被禁止。（2）使能端S0時，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址碼C、B、A的狀態(tài)選擇D0D7中某一個通道的數(shù)據(jù)輸送到輸出端Y。

13、如：CBA000，則選擇D0數(shù)據(jù)到輸出端，即YD0。如：CBA001，則選擇D1數(shù)據(jù)到輸出端,即YD1，其余類推。2、74LS151的引腳圖如下圖（一）所示： 圖（ 一 ）3、74LS151的功能表如下表（一）所示：74LS151功能表:表（一）2 74ls1382.1 74HC138基本功能74LS138 為3 線8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其74LS138工作原理如下： 當(dāng)一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。2.2 74LS

14、138的作用:利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器 2.3 74ls的管腳圖和功能圖 如圖（三）和圖（四） 圖（二） 圖（三）3 數(shù)據(jù)選擇器 本課設(shè)就使用2個八選一的擴展為16選一，并用138譯碼器進行編譯 數(shù)據(jù)選擇器（multiplexer）又稱為多路開關(guān)，是一種重要的組合邏輯部件，它可以實現(xiàn)從多路數(shù)據(jù)傳輸中選擇任何一路信號輸出，選擇的控制由專列的端口編碼決定，稱為地址碼，數(shù)據(jù)選擇器可以完成很多的邏輯功能，例如函數(shù)發(fā)生器、并串轉(zhuǎn)換器、波形產(chǎn)生器等

15、。 實驗局部連接圖 圖（四）雙8選一連接圖注：在課設(shè)中再輸入端（SABC）輸入10以內(nèi)的二進制數(shù)，在輸出端則顯示以輸入為周期的波形Y=SABCSABCY00000000110010201113010040101501106011171000810019101010表（二） （四） 設(shè)計過程 Multisim篇首先利用74LS138、74153和一些必要與非門設(shè)計電路，然后使用Multisim軟件對設(shè)計的電路進行驗證。1.調(diào)用元件74151和74138 和或門元器件 圖（4.1） 圖（4.2） 2. 連線成原理圖：連接各個部分自己檢查導(dǎo)線連接無誤后點擊仿真按鈕仿真按鈕： 圖（4.3） 圖（4.4

16、）連接圖3. 進行仿真： 分別輸入0到9，我在這利用4個開關(guān)代表四位二進制，高電平代表1，低電平代表0. 比如選擇輸入0001，則開關(guān)B、C、D關(guān)閉，打開開關(guān)A,點擊仿真后，雙擊從右邊調(diào)入的邏輯分析儀，下面是一些仿真結(jié)果： 圖（4.5）當(dāng)選擇0011 圖（4.6）仿真分析： 從圖（4.6）中的右半邊的開關(guān)可知開關(guān)2閉合其他3個開關(guān)斷開表示0011，他表示從10個數(shù)中現(xiàn)則”3”的數(shù)字選擇器, 從圖（4.6）中左半邊的波形圖的最下邊是逢三進一的波形，這表示選擇器設(shè)計正確。選擇0110 圖（4.7） 從圖（4.7）中的右半邊的開關(guān)可知開關(guān)2和開關(guān)3閉合其他2個開關(guān)斷開，表示0110，他表示從10個數(shù)

17、中現(xiàn)則”6”的數(shù)字選擇器, 從圖（4.7）中左半邊的波形圖的最下邊是逢6進一的波形，這表示選擇器設(shè)計正確。當(dāng)選擇0100時 圖（4.8） 從圖（4.8）中的右半邊的開關(guān)可知開關(guān)2和開關(guān)3閉合其他2個開關(guān)斷開，表示0110，他表示從10個數(shù)中現(xiàn)則”8”的數(shù)字選擇器, 從圖（4.8）中左半邊的波形圖的最下邊是逢8進一的波形，這表示選擇器設(shè)計正確。 （五）設(shè)計過程 Altium Designer篇1原理圖1.新建pcb項目。在PCB中建立原理圖文件和pcb文件圖（5.1）新建項目1.2添加和使用庫由于我的學(xué)號是單號，所以我要原理圖中的元器件自制具體步驟： File>New>Project

18、>Integrated Library,即可新建一個集成庫新建原理圖庫 File>New>Library>Schematic Library,即可新建一個原理圖庫新建PCB庫 File>New>Library>PCB Library,即可新建一個PCB庫保存以上三個新建的庫：右鍵單擊新建的庫，選擇保存，即可圖（5.2）新建原理圖庫實驗元件清單74ls138 1個 74151 2個 LED燈 3個 電阻 1個 電源接口 2個 地接口 2 個開關(guān)接口 4個 下面分別是元件的新建原理圖庫圖（5.3）LED 圖（5.4）74138圖（5.5） 74138 圖（

19、5.6）RES圖（5.7） 接口 圖（5.8）排線1.3建立完原理圖庫，記住保存，方便調(diào)用先選擇一個元件庫，再點place xxx 拖動到原理圖（5.9）新建的庫以schlib開頭的庫，包括：schlib排線，schli接口，schlib res ，schlib151，schlib1，schlib2圖（5.10）從自制的schlib2庫掉用74138圖（11）從自制的schlib151庫調(diào)用74151圖（12） 從自制的schlib22庫調(diào)用led圖（13）從自制的schlib排線庫調(diào)用排線圖（14）從自制的schlib2庫調(diào)用74151圖（15）從自制的schlib接口庫調(diào)用接口，接口可以用

20、成開關(guān)1.4進項原理圖的連接 圖（16）擺放元件 圖（17）連接元器件2進項元件的封裝有兩種方法：第一種在原理圖庫中繪制自制元件后完成封裝，下面以74LS151為例這是自制74LS151原理圖庫 圖（18）自制74LS151原理圖庫下面進項PCB封裝 文件庫PCB庫 工具元器件向?qū)?圖19建立PCB庫 圖20元器件向?qū)?圖（21） 圖（22）選擇與原件相同的格式由于74LS151是16管腳的，選擇以“DIP-16”開頭的 圖23更改元器件的參數(shù) 圖24更改管腳個數(shù)（74151是16個） 其中元器件參數(shù)要去網(wǎng)上驗證后再更改，本次更改：焊盤具體口徑是0.6mm和2.5mm焊盤距離分別是2.5mm和

21、8mm 圖25選擇sch library 圖26 更改名稱圖27 選擇封裝 點擊確定第二種連接好原理圖中進行封裝1 封裝74LS138圖28 進項封裝 圖29找對應(yīng)模型 雙擊元件點擊”ADD”>確定管腳，選擇新模型模型種類FOOTPRINT>添加在miscellaneous lib庫中選擇”DIP-16” 圖30 圖312 10管腳排線 圖32 圖33進項封裝雙擊元件點擊”ADD”>確定管腳，選擇新模型模型種類FOOTPRINT>添加在miscellaneous lib庫中選擇”mdr1x10” 圖34 10個管腳 圖

22、35找對應(yīng)模型 圖363 電阻封裝圖37 進項封裝 圖38找對應(yīng)模型雙擊元件點擊”ADD”>確定管腳，選擇新模型模型種類FOOTPRINT>添加在miscellaneous lib庫中選擇”axial-0.4” 圖39找對應(yīng)模型 圖40 2個管腳5 vcc、地接口的封裝 圖41進項封裝 圖42找對應(yīng)模型雙擊元件點擊”ADD”>確定管腳，選擇新模型模型種類FOOTPRINT>添加在miscellaneous lib庫中選擇”hdr1x2” 圖43 2管腳 圖436 開關(guān)封裝 圖44 進項封裝 圖45找對應(yīng)模型雙擊

23、元件點擊”ADD”>確定管腳，選擇新模型模型種類FOOTPRINT>添加在miscellaneous lib庫中選擇”hdr1x2”圖463 原理圖制作PCB 圖47原理圖先把板子的大小做好60x80先把單位改成mm，方便截取成80x60 圖49 圖50改成MM截取板子步驟：設(shè)計>板子形狀>重新定義板子形狀并在板子的外邊畫個邊框雙面板：電路板大小60mm×80mm，安全距離0.3mm 圖51 重新定義板子 圖52截成80x60第三步:設(shè)計>生成PCB 圖53 檢查有無錯誤檢查有沒有錯誤，如果有錯誤，可到原理圖修改，沒有錯誤就

24、直接生成圖54 沒有錯誤就制成板子調(diào)整好元器件的相對位置，單擊Design->rules->electrical->clearance,修改安全距離為0.3。 圖55單擊Tools->Design rules checker>點擊electrical>單擊左下角的run Design run checker圖56 圖57 制成板子第四步，PCB板布局 把元件擺放到板子上， 圖58擺放第五步：自動布線圖59 圖60自動步線中第六步：最后調(diào)整把導(dǎo)線調(diào)到板子外延的線中，不合格的導(dǎo)線應(yīng)刪除，手動布線，調(diào)整空的大小圖61 最后的PCB板子（六）設(shè)計結(jié)果和分析1 進行ERC檢查 點擊系統(tǒng)>消息 圖6.1 看信息中有無錯誤 分析： 消息中為空白，表示ERC檢查通過。2 生成網(wǎng)絡(luò)表和元件列表 具體步驟：單擊Designer>netlist for project->protel,生成網(wǎng)絡(luò)表 網(wǎng)絡(luò)表由三部分組成分別是元件描述，網(wǎng)絡(luò)描述。比如： 1 元件描述 元件描述開始138 元件編號DIP-16 原件封裝形式74LS138 與案件類型、注釋 保留 元件描述結(jié)束 P2 <電源元件名稱> MHDR1X2 <封裝類型> Herder2 <元件