數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計簡易數(shù)字控制電路

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計作品名稱: 簡易數(shù)字控制電路系 部: 電氣與信息工程系班 級: 電氣自動化0504班姓 名: 學號：401050423 指導老師：摘 要 中文摘要:本次設(shè)計一個利用74ls160計數(shù)的簡易數(shù)字控制電路，由ne555產(chǎn)生頻率為1hz的輸入信號，經(jīng)過74ls48譯碼由數(shù)碼管顯示。當數(shù)字大于100時有指示燈顯示，大于300時返回。關(guān)鍵詞: 振蕩 計數(shù) 譯碼 英文摘要:the design a makes use of a machine of 74ls160 count of a simple number control circuit, it produced import-

2、signal frequency was 1hz. through 74ls48 decoded using numeral display. the valve lighting when the number more then 100. if the number more then 300 it will go to once again. the design is a simple digital control circuit . it makes use of a integrated circuit unit 74ls160 counter . the input signa

3、ls frequency of the circuit is 1hz pulse which generated by ne555.the common negative pole is drived by seven sections decoder .the led will bright when counting number is above 100 and it will be off when above 300 .at the same time, the negative pole will show zero ,the counter will restart . all

4、of the procedures in the working satus are sure of no showing zores which are not significant.key words:oscillation count decode目 錄第一章 緒論.5前言 51.1 課題與背景.51.2 意義與目的.51.3 系統(tǒng)整體方案.6第二章 系統(tǒng)信號發(fā)生部分2.1 方案的論證62.2 設(shè)計與計算72.3 詳細原理圖82.4 仿真與調(diào)試9第三章 系統(tǒng)控制部分3.1 方案的論證93.2 設(shè)計與計算.103.3 詳細原理圖.14第四章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 4.1 仿真 4.1.1 仿真

5、軟件的介紹154.1.2 仿真方法16 4.1.3 仿真數(shù)據(jù).16 4.1.3 結(jié)論17 致謝18第五章 附錄 5.1 系統(tǒng)整體框圖19 5.2 系統(tǒng)原理圖19 5.3 系統(tǒng)pcb圖.20 5.4 元件清單21 5.5參考文獻.22 第一章 緒 論前 言 電子技術(shù)是一門發(fā)展迅速、實踐性和應(yīng)用性很強的技術(shù)，為了適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)飛躍發(fā)展的需要，更好的培養(yǎng)21世紀應(yīng)用型電子技術(shù)人才，需要在加強學生基礎(chǔ)理論學習的同時，還要加強實驗技能的訓練。提高動手能力和課堂理論知識是相輔相成的。將理論知識、課題內(nèi)容的作業(yè)、討論與技能訓練相結(jié)合，融為一體。 本次設(shè)計綜合了電子專業(yè)的許多理論知識，它使我們學過的相關(guān)理論

6、知識得到更好的鞏固，并使理論知識與實際問題相聯(lián)系。提高自己的動手實踐能力、安裝與檢測電路的能力。在設(shè)計的過程中還涉及到了應(yīng)用protel繪制原理圖和pcb布線、安裝電路板和通電調(diào)試等基本知識對于綜合運用所學過的知識有一定的鞏固和加深理解。1.1 課題與背景課題： 設(shè)計并組裝一數(shù)字控制電路。計數(shù)器從0（10）開始計數(shù)，到100(10)時，顯示燈（模擬受控設(shè)備）亮。計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，計數(shù)到300（10）時，顯示燈暗，同時計數(shù)器清零。接著再重復上述循環(huán)。用七段數(shù)碼管顯示計數(shù)過程。不顯示有效數(shù)字以外的零。 背景：數(shù)字控制電路是一中日常生活常用的電路，它常用于記數(shù)、數(shù)顯、控制和自動化技術(shù)。數(shù)字控制器件是一

7、種常用的器件。為了更好的了解和熟悉它結(jié)合課程設(shè)計任務(wù)指導書試著出動手制作和調(diào)試。1.2 意義和目的利用這次課程設(shè)計的機會讓我對數(shù)字電子技術(shù)更進一步的了解，通過這次課程設(shè)計讓我明白自己的缺點和不足，借助這次課程設(shè)計讓我對輔導過我的老師、幫助過我的同學和為了這次課程設(shè)計而共同努力的“戰(zhàn)友”表示感謝和誠摯的問候。 1.3 系統(tǒng)整體方案本次設(shè)計的總體方案是由555定時器構(gòu)成的1hz的多諧振蕩器為十進制計數(shù)器74ls160提供輸入時鐘脈沖。計數(shù)器輸出的信號經(jīng)過譯碼器74ls48譯碼后送到共陰數(shù)碼管顯示。并且當數(shù)字小于100時沒有指示燈顯示，大于100時顯示，大于300時返回，從0 開始重新計數(shù)。并清除無

8、效的0。系統(tǒng)的方框圖如下： 0-1顯示數(shù)碼顯示七段譯碼計 數(shù)判斷 計數(shù)脈沖 置零 第二章 系統(tǒng)信號發(fā)生部分2.1 方案的論證要產(chǎn)生輸出為的輸出信號有多種方案可以由門電路構(gòu)成、由觸發(fā)器構(gòu)成、由555定時器構(gòu)成、由晶振構(gòu)成等等。但是由于555定時器使用靈活、方便。同時它也容易產(chǎn)生波形和波形的變換、測量和控制。如果由它構(gòu)成頻率較高的振蕩器會產(chǎn)生不穩(wěn)定的因素，不過這次的要求只是1hz的脈沖所以它是穩(wěn)定的，根據(jù)有關(guān)資料顯示它的誤差在萬分之一左右。在這次課程設(shè)計中利用555的自激振蕩來產(chǎn)生信號，這也是其他幾種方案所不能夠達到的。而排除其他幾種方案的理由是：門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的振蕩器不穩(wěn)定；晶振的振蕩頻率太

9、高在這里不適合。綜上所講，我們選用由555定時器構(gòu)成的振蕩器。2.2 設(shè)計與計算 （1）555定時器 555定時器是一種雙極型中規(guī)模集成電路器件，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖及外線排列如圖10-1。在該電路外線端另接簡單rc電路即可構(gòu)成多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器，還可以構(gòu)成基本rc觸發(fā)器等，可實現(xiàn)定時延時、波形的產(chǎn)生與整形，是目前應(yīng)用廣泛、靈活而又價廉的器件。（2）555的特性參數(shù) 振蕩周期： t=t1+t2=（r+2r2）cln2 占空比 ： q = t1/t = r1+r2 / r1+2r2 振蕩頻率： f = 1/t =1/(r1+2r2)cln2（3）振蕩電路的設(shè)計 參數(shù)的確定要求振蕩周期為1秒，

10、輸出脈沖的占空比q=2/3。 由555的特性參數(shù)可知，當電源電壓取5v時，在100ma的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3v，所以取vcc=5v可以滿足對輸出脈沖幅度的要求。 由q=r1+r2 /r1+2r2 =2/3 可知 r1=r2 又 t =（r1+2r2）cln2 =1 若取c =10uf，則代入上式得到 3r1cln2 =1所以 r1=48 k因為r1=r2 ，所以取兩只47k的電阻與一個2k 的電位器串聯(lián)，即可得到設(shè)計結(jié)果。 2.3詳細原理圖2.4 仿真與調(diào)試 ewb 仿真電路的設(shè)計 ewb仿真波形第三章 系統(tǒng)控制部分3.1 方案的論證本課程設(shè)計利用的是74ls160與74ls48

11、結(jié)合組成的計數(shù)與譯碼電路。在這個設(shè)計中其實可以利用更多的方法來實現(xiàn)這個功能，比如用兩個十進制的計數(shù)器和一個四進制的計數(shù)器構(gòu)成，為了方便起見用三個十進制的計數(shù)器74ls160構(gòu)成當然也可以用74ls161構(gòu)成。只是如果用74ls160 時要對應(yīng)用74ls48譯碼器和共陰數(shù)碼管，74ls161用74ls47譯碼器和共陽數(shù)碼管。3.2 設(shè)計與計算1集成芯片74ls160認識集成芯片74ls160，其管腳排列如圖8-1所示。了解其功能，如表8-1。 表3-1 74ls160的功能表cpep et工作狀態(tài)0 置 零脈沖10 預(yù)置數(shù)110 1保 持11 0保持（rco=0）脈沖111 1計 數(shù) （注意：e

12、p、et、等引腳必須接高電平。）2. 譯碼驅(qū)動電路（74ls47、74ls48）及七段顯示數(shù)碼管（1）七段顯示數(shù)碼管 實際工作中常采用發(fā)光二極管型七段顯示數(shù)碼管來直觀地顯示數(shù)字。七段顯示數(shù)碼管的七段和外引線排列如圖8-4所示。它的數(shù)字形式如圖8-5所示。數(shù)碼管的每一段是一個發(fā)光二極管，按發(fā)光二極管的連接方式可分為共陽極和共陰極兩種，如圖8-6所示。共陽極二極管的公共端接正電源（高電平），a、b、c、d、e、f、g中接低電平則發(fā)光，因此成為低電平有效。共陰極的公共端接地（低電平），a、b、c、d、e、f、g接高電平則發(fā)光，即高電平有效。數(shù)碼管的外形圖如圖15-7所示。（2）七段譯碼驅(qū)動電路 在七

13、段譯碼驅(qū)動電路中，對應(yīng)于不同類型數(shù)碼管有不同的驅(qū)動芯片，驅(qū)動共陽極數(shù)碼管用共陽極驅(qū)動器（如74ls47），驅(qū)動共陰極數(shù)碼管用共陰極驅(qū)動器（如74ls48）。譯碼器的管腳圖ttl型二進制-七段譯碼器/驅(qū)動器的型號有很多種，例如： 7446a、 l46、47a、l47、ls47、247、ls247、ls247、7448、ls48、248、ls248、249、ls249等。它們的外引線排列圖如圖15-4所示，它們的功能表如表15-4所示。7446、47、246、247輸出低電平，能驅(qū)動共陽極的數(shù)碼管；7448、248、249輸出高電平，能驅(qū)動共陰極的數(shù)碼管。46、47、48顯示的字形如圖8-5（a）

14、所示，247、248、249顯示的字形如圖8-5（b）所示。74ls47、48、246、247、248、249的功能表的功能表十進數(shù)或功能輸入輸出a3 a2 a1 a0abcdefg012345678911111111111000000010010001101000101011001111000100111111111111011010111111110011111011111111011011010*1010001010100011101100111110111011121314151111111010101111001101111011111111110001000010000100001

15、1011010001000111011111010000000010010010010010010010017446a、l46、47a、l47、ls47、247、ls247、ls247：1、0與表中相同7448、ls48、248、ls248、249、ls249：1、0與表中相反注：74246、247、ls247、48、ls48為1，其余為0。集成二進制-七段譯碼器/驅(qū)動器的使能端、和的功能如下所述：消隱（滅燈）：輸入在低電平時有效。當為低電平時，不論其余輸入狀態(tài)如何，所有輸出無效，數(shù)碼管七段全暗，無顯示?？捎脕硎癸@示的數(shù)碼閃爍，或與某一信號同時顯示。在譯碼時，應(yīng)接高電平或懸空（ttl）。燈測試

16、（試燈）：輸入在低電平時有效。在為高電平的情況下，只要為低電平，無論其余輸入是什么狀態(tài)，所有輸出全有效，數(shù)碼管七段全亮。可用來檢驗數(shù)碼管、譯碼器和有關(guān)電路有無故障。在譯碼時，應(yīng)接高電平或懸空（ttl）。脈沖消隱（動態(tài)滅燈）：輸入為高電平或懸空（ttl）時，對譯碼無影響。在和全為高電平的情況下，當為低電平時，若輸入的數(shù)碼是十進制的零，即0000，則七段全暗，不加以顯示；若輸入的數(shù)碼不是十進制的零，則照常顯示。顯示數(shù)碼時，有些零可不顯示。例如，003.80中的百位的零可不顯示；若百位為零且不顯示，則十位的零也可不顯示；小數(shù)點后第二位的零，如不考慮有效數(shù)字的話，也可不顯示。這些可不顯示的零稱為冗余零

17、。脈沖消隱輸入為低電平，就可使冗余零消隱。脈沖消隱（動態(tài)滅燈）：輸出與消隱輸入共用一個管腳，當它用作輸出端時，與配合，共同使冗余零消隱。以3位的十進制數(shù)為例，十位的零是否要顯示，取決于百位是否為零，有否顯示。這就將要用圖15-8電路中的進行判斷。在和a3、a2、a1、a0全為低電平時，反而輸出低電平；否則，輸出高電平。百位為零（即百位的a3、a2、a1、a0全為低電平），而且被消隱（即百位的也為低電平），則百位的和十位的全為低電平（因為二者連在一起），使十位數(shù)的零消隱。其余數(shù)碼照常顯示。若百位不是零，或者未使零消隱，則百位的和十位的全為高電平，使十位數(shù)的零不具備消隱條件，而和其他數(shù)碼管一起照常

18、顯示。4觀察數(shù)碼管輸出將74ls160與74ls48（74ls47）與數(shù)碼管rf547（rf546）連接在一起，給74ls160的cp1端輸入一個周期為1s的cp信號，觀察數(shù)碼管輸出。5. 限流電阻的計算 由圖上可知流過發(fā)光二極管的電流是由vcc經(jīng)2k 的上拉電阻提供。當vcc=5v時，上拉電流為2ma 左右，如果數(shù)碼管需要的電流大于這個數(shù)值時，則應(yīng)該在這個電阻上再并聯(lián)適當?shù)碾娮琛?. 指示燈顯示 根據(jù)課題要求：小于100時顯示燈不亮，大于100時顯示燈亮這樣的要求可以知道如果在百位的譯碼器的低兩位接入一個或門即可控制顯示燈的亮和熄。 原理：在百位譯碼輸出的前4 位數(shù)是“0000”、“0001

19、”、“0010”、“0011”即從03。如果要求小于100不亮就是譯碼的最低位為低電平0，當大于100時后兩位中都存在高電平1。所以如果要求亮的話就只需要一個或門即可。7. 復位 當計數(shù)器計數(shù)計到300是要求返回。從0 開始從新計數(shù)，根據(jù)百位譯碼可知，如果到了300時譯碼的后兩位全為高電平1，而小于300時后兩位中總是有一個低電平，故可用一個與非門將后兩位輸出連接起來，輸出給譯碼器74ls160的rd端即可。 原理：74ls160 帶有置0的功能。由功能表可以知道當rd端輸入一個低電平是不管其他的管腳上是高、低電平都置0，所以可以用一個與非門將百位的后兩位連接起來后加到rd端來實現(xiàn)復位的功能。

20、3.3詳細原理圖第四章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試4.1仿真 4.1.1 仿真軟件的介紹 在這次課程設(shè)計中我們所用的軟件有ewb、數(shù)字電路仿真系統(tǒng)。一、ewb軟件簡介隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計算機緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。電子設(shè)計自動化（eda）技術(shù)，使得電子線路的設(shè)計人員能在計算機上完成電路的功能設(shè)計、邏輯設(shè)計、性能分析、時序測試直至印刷電路板的自動設(shè)計。eda是在計算機輔助設(shè)計（cad）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機設(shè)計軟件系統(tǒng)。與早期的cad軟件相比，eda軟件的自動化程度更高、功能更完善、運行速度更快，而且操作界面友善，

21、有良好的數(shù)據(jù)開放性和互換性。電子工作平臺electronics workbench (ewb)(現(xiàn)稱為multisim) 軟件是加拿大interactive image technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件，它具有這樣一些特點：（1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取；（2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結(jié)果。（3）ewb軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。（4）作為設(shè)計工具，它可以同其它流行的電路分

22、析、設(shè)計和制板軟件交換數(shù)據(jù)。（5）ewb還是一個優(yōu)秀的電子技術(shù)訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。因此非常適合電子類課程的教學和實驗。 4.1.2 仿真方法用虛擬工作臺仿真電路的步驟由于ewb增加了虛擬測量儀器、實時交互控制元件和多種受控信號源模型，除了可以給出以數(shù)值和曲線表示的spice分析結(jié)果外，ewb還提供了獨特的虛擬電子工作臺仿真方式，可以用虛擬儀器實時監(jiān)測顯示電路的變量值，頻響曲線和波形。仿真的步驟為：（） 輸入原理圖，在工作區(qū)放置元件的原理圖符號，連接導線，設(shè)置元件參數(shù)；（） 放置和連接測量儀器，設(shè)置測量儀器參數(shù)；（） 啟動仿真開關(guān)，在儀器上觀察仿真結(jié)果。 4.1.3 仿真數(shù)據(jù) 4.1.4 結(jié)論在ewb平臺上進行的振蕩電路的仿真的到了仿真波形。在ewb平臺和數(shù)字電路仿真系統(tǒng)上做的整個系統(tǒng)仿真的到了