電子技術(shù)課程設計指導書

1、 2012-2013 學年第一學期電子 11301 班電子技術(shù)課程設計（實訓）指導書一、本課程設計的地位和作用 數(shù)字電子技術(shù)課程設計是電子技術(shù)基礎教學中的一個實踐環(huán)節(jié) , 它使學生自 己通過設計和搭建一個實用電子產(chǎn)品雛形 , 鞏固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的 理論基礎和實驗中的基本技能 , 訓練電子產(chǎn)品制作時的動手能力。通過該課程設 計，設計出符合任務要求的電路 , 掌握通用電子電路的一般設計方法和步驟，訓 練并提高學生在文獻檢索、 資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力 , 同時為畢業(yè)設計和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開發(fā)打下一定的基礎。二、課程設計的目的和要求能夠較全面地鞏固和

2、應用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學的基本理論和基 本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設計的基本方法。能合理、靈活地應用各種標準集成電路（ SSI、 MSI、LSI 等）器件實現(xiàn) 規(guī)定的數(shù)字系統(tǒng)。培養(yǎng)獨立思考、獨立準備資料、獨立設計規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力。學會使用 multisim 軟件進行電路設計。培養(yǎng)獨立進行實驗，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。培養(yǎng)書寫綜合設計實驗報告的能力。三、課程設計的基本要求 根據(jù)設計任務，從選擇設計方案開始，進行電路設計；選擇合適的器件，畫 出設計電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實現(xiàn)任務要求的全部功能。對電路要求布 局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗收合格后，寫出完整

3、的課程設計報告。四、課程設計的具體步驟電子電路的一般設計方法和步驟是： 分析設計任務和性能指標， 選擇總體方 案，設計單元電路，選擇器件，計算參數(shù)，畫總體電路圖。進行仿真試驗和性能 測試。實際設計過程中往往反復進行以上各步驟， 才能達到設計要求， 需要靈活 掌握?？傮w方案選擇設計電路的第一步就是選擇總體方案， 就是根據(jù)提出的設計任務要求及性能 指標，用具有一定功能的若干單元電路組成一個整體， 來實現(xiàn)設計任務提出的各 項要求和技術(shù)指標。設計過程中，往往有多種方案可以選擇，應針對任務要求， 查閱資料，權(quán)衡各方案的優(yōu)缺點，從中選優(yōu)。單元電路的設計設計單元電路的一般方法和步驟根據(jù)設計要求和選定的總體方

4、案原理圖，確定對各單元電路的設計要 求，必要時應詳細擬定主要單元電路的性能指標。擬定出各單元電路的要求后，對它們進行設計。單元電路設計應采用符合的電平標準。元器件的選擇針對數(shù)字電路的課程設計， 在搭建單元電路時， 對于特定功能單元選擇 主要集成塊的余地較小。 比如時鐘電路選 555，轉(zhuǎn)換電路選 0809，譯碼及顯示驅(qū) 動電路也都相對固定。 但由于電路參數(shù)要求不同， 還需要通過選擇參數(shù)來確定集 成塊型號。一個電路設計， 單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的， 往往同時摻有線性 電路元件和集成塊， 因此還需對相應內(nèi)容熟悉， 比如運算放大器的種類和基本用 法，集成比較器和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法?？傊?，構(gòu)建

5、單元電路時，選擇器 件的電平標準和電流特性很重要。 普通的門電路、 時序邏輯電路、組合邏輯電路、 脈沖產(chǎn)生電路、 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、 采樣和存儲電路等， 參數(shù)選擇恰當可以發(fā) 揮其性能并節(jié)約設計成本。 單元電路設計過程中，阻容元件的選擇也很關鍵。 它們的種類繁多， 性能各異。 優(yōu)選的電阻和電容輔助于數(shù)字電路的設計可以使其 功能多樣化、完整化。單元電路調(diào)整與連調(diào)數(shù)字電路設計以邏輯關系為主體， 因此各單元電路的輸入輸出邏輯關系與它 們之間的正確傳遞決定了設計內(nèi)容的成敗。 具體步驟要求每一個單元電路都須經(jīng) 過調(diào)整，有條件情況下可應用邏輯分析儀進行測試， 確保單元正確。 各單元之間 的匹配連接是設計的

6、最后步驟， 主要包含兩方面， 分別是電平匹配和驅(qū)動電流匹 配。它也是整個設計成功的關鍵一步。衡量設計的標準 工作穩(wěn)定可靠；能達到預定的性能指標，并留有適當?shù)挠嗔?；電路簡單，?本低，功耗低；器件數(shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護。5、課程設計報告要求 課程設計報告應包括以下內(nèi)容：對設計課題進行簡要闡述設計任務及其具體要求。總體設計方案方框圖及各部分電路設計 （含各部分電路功能、輸入信號、輸 出信號、電路設計原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）。整機電路圖（電路圖應用標準邏輯符號繪制，電路圖中應標明接線引出端名 稱、元件編號等）。器件清單。調(diào)試結(jié)果并記錄7總結(jié)與體會課程設計報告應內(nèi)容完整

7、、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)詳實。五、實驗設備及材料計算機、電子仿真軟件、數(shù)字電路實驗箱、數(shù)字電路實驗臺、集成電路元件六、具體課程設計課題（1）數(shù)值比較器兩個1位數(shù)M和N的大小比較，三種情況：示 MN Y2 =1 表示 MN MN M=N 如以 Y1 =1 表表示燈不亮，“ 1”表示燈亮。（參考圖）VCCR1Q R21k| ?574LS02D2.5 V表1 :MNY1 (MN)Y2 (M74LS08D4U3AXLA1X1U2A x 74LS86D2.5 V74LS32D輸入輸出ABCi 1SCi000001010011100101110111匸A74LS08D表2：2、寫出全加器的S和Ci的邏輯

8、表達表。3、根據(jù)全加器的邏輯表達表畫出電路圖。4、根據(jù)電路圖選取集成電路，并在軟件上仿真電路。5、利用字發(fā)生器、邏輯分析儀進行驗證。提供參考芯片：74LS86 74LS08 74LS32（三）譯碼器1、 74LS138用TTL與非門組成的3線-8線譯碼器，U11AY0Y0A2 A1 A。mo2BY1卍3CY2&Y3占JY1A2 A1 A。m1G1 G2A G2BY4Y5Y6Y7A2 A1 Aom274LS138DY3A2 A1 Aom3A2 A1 Aom4Y5A2 A1 Aom5YA2 A1 Aom6Y；A2 A1 Aomy由上式可以看出，丫0丫7同時又是A2、A、A這三個變量的全部最小項的譯

9、碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項譯碼器。_74LS138有3個附加的控制端Sl、S和S3。當3=1、+S3= 0時，譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，這3個控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多片連接起來以擴展譯碼器 的功能。利用multism畫出仿真電路：打開仿真開關，根據(jù)3-8線譯碼器74LS138工作原理，按表3要求，自擬實 驗步驟，設置和按下相關單刀雙擲開關位置，將仿真結(jié)果填入表 3中，驗證3-8 線譯碼器74LS138真值表是否與理論相符。（參考圖）5V VCC1132U1X0X1X2X4X5X6X7X3ABCG1 G2AG2Bc74

10、LS138D6GND表3:Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7輸入輸出1G1 G2A G2B A BCYo丫1丫2丫3丫4丫5丫6丫70XXXX1X0XX0X0000000001001000111001011101112、常用譯碼器為“ BCD七段顯示譯碼器7448 (7447)”下圖是它的邏輯圖，其中 A A3輸入BCD弋碼，Ya Yg輸出7位二進制代 碼，可直接驅(qū)動七段顯示器顯示相應的十進制數(shù)字。另外還有幾個附加控制端， LT為燈測試輸入；RBI為滅零輸入；BI/RBO為滅燈輸入/滅零輸出。YaYg與Ao A3之間的邏輯關系如下式所示AOA,BOBCOCDOD OELTOFRBI BI/RBO

11、OGU17 126O13_7447NYaA3A2A1A0A3A1A2AYbA3A1A2AA0A2 A A0YcA3A2A2A AYdAeAAo A2AA0AA1A0YeAeA1AYfA3 怎 A0 A2A1A1A0YgA3A2A1 A2AA0利用multism仿真，畫出實驗電路:分別按動各單刀雙擲開關，使輸入4位二進制碼“ DCBA ”分別為00001001,這時對應輸入的每個二進制碼，經(jīng)譯碼器7447譯碼后直接推動共陽LED數(shù)碼顯示出十進制數(shù)09,同時也可從接在輸入端的4盞紅色指示燈知道輸入的二進制碼。（參考圖）5V VCCBVCCDGNDGNDAOABOBCOCDODOELTOFRBIOG

12、BI/RBOU17447N廣1312r：J10鬼8)5U2X1 X2 X4 X3將實驗結(jié)果填入表4中。表4:輸入輸出DCBOA OB OC OD OE OF OG數(shù)碼管顯示的A數(shù)字000010000001100101000 1 010 1 100 1 111 0 001 0 01R1。8 4i|173R2 -r625555Uc*C 二1VccUo(a)電路0.01 卩 F2VCC/3Vcc/30AUoUctP1tP2(b)工作波形(四)555定時器組成的振蕩器1工作原理接通VCC后，VC(經(jīng)R1和R2對C充電。當uc上升到2VCC/3寸，uo=0, T導通，C 通過R2和T放電，uc下降。當u

13、c下降到VCC/3時，uo又由0變?yōu)?, T截止，VCC又經(jīng) R1和R2對C充電。如此重復上述過程，在輸出端 uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。第一個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp1，即uc從VCC/3充電上升到2VCC/3所需的時間: tp1 (R1+R2)C第二個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp2，即uc從2VCC/3放電下降到VCC/3所需的時間: tp2 2C振蕩周期：T= tp1 + tp2 (R1 + 2R2)C2、仿真電路參考圖：利用示波器觀察輸入和輸出之間的關系，試修改電路參數(shù)，使輸出信號的周期為2秒。電子密碼鎖設置一個密碼為1010的參考電路每把鎖都有規(guī)定的4位數(shù)字代碼，如果輸入 代碼符合改鎖代碼，且有開

14、鎖信號時，鎖才能打開，若不符合，則開鎖電路發(fā)出 報警，試設計該電路，要求用最少的與非門。四路搶答器搶答器是競賽問答中一種常用的必備裝置， 從原理上講，它是一種典型的數(shù) 字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。1、設計要求：該電路能鑒別出4個數(shù)據(jù)中的第1個到來者，而對隨之后來的其他數(shù)據(jù)信號不 再傳輸和作出響應。至于哪一位數(shù)據(jù)最先到來，則可從 LED旨示燈看出。具體要 求如下：設計一個可供4名選手參加比賽的4路數(shù)字顯示搶答器。他們的編 號分別為“ 1”、“2”、“3”、“4”各用一個搶答按鈕，編號與參賽者的號碼一一對 應。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存的數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出搶 答成功者的號

15、碼。搶答器對搶答選手動作的先后有很強的分辨能力，即使他們的動 作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后來。即不顯示后動作的選手編號。主持人具有手動控制開關，可以手動清零復位，為下一輪搶答做 準備。2、工作原理搶答器的一般組成框圖如下圖所示。它主要由開關陣列電路、觸發(fā)鎖存電路、 編碼器、7段顯示譯碼器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成。下面逐一給予介紹。搶答器的組成框圖開關陣列電路該電路由多路開關所組成，每一競賽者與一組開關相對應。觸發(fā)鎖存電路當某一開關首先按下時，觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應的選 手編號，同時為防止其它開關隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂， 最先產(chǎn)生的輸出電平變化又 反過來將觸發(fā)電路鎖定。編碼顯

16、示電路 編碼器的作用是將某一開關信息轉(zhuǎn)化為相應的8421BCD碼，以提供數(shù)字顯示電路所需要的編碼輸入。7段顯示譯碼器譯碼驅(qū)動電路將編碼器輸出的 8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀 態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。數(shù)碼顯示器數(shù)碼管通常用發(fā)光二極管(LED數(shù)碼管和液晶(LCD數(shù)碼管。本設計 提供的為LED數(shù)碼管。將三者結(jié)合起來，直接用帶有譯碼的數(shù)碼顯示管進行顯示。提供參考集成器件：74LS74D觸發(fā)器、四路D觸發(fā)器74LS175D 555定時器、 部分電阻、電容等。(參考圖)U8X6X8（七）移位寄存器1、實驗準備：利用移位寄存器，只需要改變左、右移的控制信號便可實現(xiàn)雙向移位

17、要求。 根據(jù)移位寄存器存取信息的方式不同分為：串入串出、串入并出、并入串出、并 入并出四種形式，如圖1。獨紺%3 H理亍僅人-中右鍛山Kdtf權(quán)出材位毒再歸的凸神L/CJ h式161514131211109S R SlCPCR*rS 0QQQQ11 I 丨 I 11Vcc Q o Q 1 Q 2 Q 3 CP S 1 SoCR S R Do D 1 D 2 D 3 S L Vss選用的 4位雙向通用移位奇存器，型號為 74LS194,功能表如下:累加器；可用作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，或并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串 行數(shù)據(jù)等。3、計算機仿真實驗內(nèi)容：邏輯功能驗證：并行輸入：打開仿真開關，根據(jù)7

18、4LS194功能表，用E實現(xiàn)“異步清0”功能；再根 據(jù)“并行輸入”功能要求，將S,、S0使能端置于“ 1、1”狀態(tài)，A、B、C、D 數(shù)據(jù)輸入端分別設為“ 1011”，觀察CLK端加單脈沖CP時，輸出端指示燈變化 情況，并填寫表5。 (參考圖)U1DCD_HEX_DIG_RED動態(tài)保持:根據(jù)74LS194功能表“保持”功能，觀察單脈沖作用時輸出端變化情況,并填表6。表5：表6脈沖QaQ BQd未加脈沖加單脈沖功能:脈沖QaQbQc未加脈沖加單.脈沖左移將74LS194的Qa端與Sl端相連。在打開仿真開關的情況下，先給QaQd送 數(shù)“0011”，然后根據(jù)74LS194功能表“左移”功能要求，觀察當CP脈沖作用 時輸出端指示燈變化情況，并填寫表 7;再給qaqd送數(shù)“ 1100”，然后根據(jù)74LS194功能表“左移”功能要求 情況，并填寫表&觀察當CP脈沖作用時輸出端指示燈變化脈沖CLKCAC治C( C012345001 1