数字电子技术基础课程设计。

湖北汽车工业学院课程设计1第一章设计任务1.1课题的描述1.1.1课程名称：数字电子技术基础课程设计。1.1.2教学目的：通过数电课程设计，锻炼学生动手能力，巩固所学理论知识。训练学生的数字电子电路设计能力、应用数字电路元器件和排除故障的能力。熟悉常用电子电路的设计方法和设计软件、计算机仿真的运用。1.2课题及要求1.2.1课题：周历表的设计1.2.2基本要求：（1）具有明确的周和星期显示。（2）周和星期具备可调功能。（3）周和星期具备定时功能以提醒必要的工作事情。（4）对周和星期可以调零。（6）星期按天计算（即周期为24小时）。（7）计数器的状态由LED数码管显示。湖北汽车工业学院课程设计21.2.3提高要求：（1）根据实际要求增加必要的时钟如小时，分钟，秒。（2）同时可以增加年月及其钟声变化。1.3实际设计内容（提高要求）（1）设计一个周历表，可以显示星期和第几周，特别适合学生和老师用。（2）周设置二十周，一个星期为七天。（3）对于周和星期有明确的定时功能，同时可以并联几个定时器，以增加需要定时的数目。注：为了观察方便，设置天的周期为一秒以模拟一天的时间。湖北汽车工业学院课程设计3第二章系统总体设计方案2.1系统设计方案的基本原理框图图2.1.1周历表根据周历表的设计要求总体的设计方案可由如图2.1.1所示的原理图来表示，整个的系统由由四大模块组成，即秒脉冲发生器、计时器、显示器，定时器。2.2布局根据要求将周历表模拟如图2.2.1所示：图2.2.1周历表框图1HZ秒脉冲发生器星期（天）计数器周计数器定时功能555脉冲产生器555脉冲星期数周数定时湖北汽车工业学院课程设计4第三章系统分析与设计3.1秒脉冲函数发生器：3.1.1功能简介：555定时器是应用非常广泛的中规模外接几个阻容元件，可以方便的构成单稳态、多谐振荡器、施密特触发器等各种电路，主要用于信号产生、变换、控制与检测电路中。555定时器的原理图3.1.1.1如下所示：图3.1.1.1555定时器原理图5--Vic控制电压6--Vi1阀值电压2--Vi2触发输入7--Vo′放电端4--Rd复位3--Vo输出端8—Vcc555定时器功能表如表3.1.1.2所示：83472653CC&&&1&5k5k5kT湖北汽车工业学院课程设计5表3.1.1.2555定时器功能表3.1.2秒脉冲的函数发生器设计图：由555定时器构成的秒脉冲发生器如下图3.1.2.1（a）、(b)所示：图3.1.2.1（a）555脉冲发生器图3.1.2.1（b）555脉冲发生器接通Vcc后，Vcc经R1和R2对C充电。当Vc上升到2/3VCC时，Vo=0,T导通，C通过R2和T放电，Vc下降。当Vc下降到1/3VCC时，Vo又由0变为1，V截止，Vcc又经R1和R2对C充电，如此重复上述过程，在输出端Vo产生了连续的矩形脉冲。第一个暂稳态的脉冲宽度Tp1,即Vc从1/3VCC充电上升到2/3VCC所需要的时间：输入输出备注复位RDV11V12VoT当控制电压输入端Vco外界电压时，表中2/3Vcc应用Vcc代替，1/3Vcc应用1/2Vcc代替0XX0导通12/3VCC1/3VCC0导通12/3VCC1/3VCC不变不变12/3VCC1/3VCC1截止12/3VCC1/3VCC1截止湖北汽车工业学院课程设计6Tp1≈0.7（R1+R2）C第二个暂稳态的脉冲宽度Tp2,即Vc从2/3VCC放电下降到1/3VCC所需要的时间：Tp2≈0.7R2C振荡周期：T=Tp1+Tp2≈0.7（R1+2R2）C根据电路的要求取C1=1,C2=0.01，T=1解得R1=R2=470K根据实验室现有的材料，确定电阻和电容的标称值为：C1取105（1uF）,C2取103（0.01uF）R1、R2均取510k秒脉冲发生器输出波形如图3.1.2.2（a）所示，电容两端的波形如图3.1.2.2(b)所示图3.1.2.2（a）555脉冲发生波形V0图3.1.2.2(b)555脉冲发生波形VCVc波形图Vo波形图湖北汽车工业学院课程设计73.2计数器周历表要有数字显示，以便人们更直观地明确时间。在数字系统中，根据课本中的内容，本次实验采用七段译码器74ls48来驱动七段数码管作为显示。3.2.1七段译码器74LS48它是一种功能较全的显示译码器，输出高电平有效，因此七段数码管采用共阴极接法接入电路，整个过程是由秒脉冲输出接入74LS160的CLK，上升沿来临时触发160开始记数，输出的A、B、C、D接入7448七段译码器进行译码再接到数码管来显示记数的输出值。74LS48的管脚分布图如右图3.2.1.1所示图3.2.1.174LS48管脚图RI/RBO是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。其辅助功能端的作用如下：(1)灭灯输入RI/RBO当其作为输入使用时，且bi=0,数码管全灭，与译码器的输入信号无关。(2)试灯输入端LT当LT=0时数码管的七段全亮，与输入信号无关，该输入端可以用来检查7448及显示器的好坏。(3)动态灭零输入端RBI当LT=1,RBI=0,且输入全为零时该位端输出不显示，即0字被熄灭，当译码输入非0时湖北汽车工业学院课程设计8显示正常。(4)动态灭零输出端RBORI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI，当了LT=1,RBI=0,输入代码DCBA=0000时，BRO=0,当LT=0或LT=1且RBI=1，则RBO=1,该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。在电路中具体的连接方式（在模拟之中未用74ls48而用的是四段数码管）如下图3.2.1.2所示：图3.2.1.274LS48连接图3.2.2计数器741603.2.2.1电路计数分析计数器选用集成芯片74160进行设计。74160是十进制计数器，它具有同步置数和异步置零功能、保持功能。74160的状态表如表3.2.2.1.1所示：湖北汽车工业学院课程设计9表3.2.2.1.174160状态表现选用三个74160，其中两个74160芯片级联成一个从可任意设定00-99进制计数器，单独的一个作为个位数，并且个位数的74160芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74160芯片输出端的QA、QB、QC用一个与门连起来，再接在十位数74160芯片的ENP和ENT端。其中个位用置数法接成7进制，十位接成20进制，十位中低位的进位信号RCO接在高位的ENP和ENT，用置数法接十位低位的QA，QD和高位的QA接与非后分别接两个芯片的ENP和ENT。打开电源数码管显示，然后以每秒开始计数，以加法计数方式工作，直到出现18周星期七时计数器一次工作循环结束，而进入下一轮工作循环。3.2.2.2计数器的置数：置数端load端低电平有效，即当其等于0的时候开始置数，而进位端bco是在计数为1001时输出为1即进位。个位数是由1-7循环，置数为QA=1,QB=QC=QD=0且ENP=ENT=1,CLR=1,CLK接脉冲。设计十位置数方法是将个位的QA,QB,QC与后接十位低位的ENP和ENT，十位的ENP=ENT=1,CLK=1，输入均为0，低位的输出QA,QD和高位的QA与非后接低位的load和高位的load。CLK均接脉冲，从而完成了计数器的置数设计。具体连接方法如图3.2.2.2.1：图3.2.2.2.1计数器置数连接CLKRd’LDEPET工作状态×0×××置零10××预置数×1101保持×11×0保持（但C=0）1111计数湖北汽车工业学院课程设计103.3周历的控制电路及逻辑状态分析3.3.1控制电路此次电路设计周历的控制是采用以一秒脉冲来控制计数器的状态的，因此我们可以只用十位计数器的输出的信号加以控制就行了，只采用了一些简单的逻辑门和开关便实现了计数调制控制，简化了总体的电路。控制电路的接法如图3.3.1.1所示图3.3.1.1计数控制连接3.3.2置零控制用单刀双掷开关控制，将三个160芯片的clk端接在一起作为公共端，另两个端口一个接5V,另一个接0V,置零时开关拨至0V即可。3.3.3定时控制此次定时设定为第四周星期六，为此个位的QA,QB,QC,QD分别接7485的A0,A1,A2,A3；7485的另四个输入预置为B2=B1=1,B0=B3=0；十位的QA,AB,QC,QD分别接7485的A0,A1,A2,A3；7485的另四个输入预置为B2=1,B0=B1=B3=0;同时AGTB=ALTB=0,AEQB=1;7485的两个输出0AEQB的端口与后接电阻和二极管，后接地。则定时即可实现，当时间到时灯亮。湖北汽车工业学院课程设计113.3.4调时控制当运行时，先调开关A使数字不在变化，之后可以按空格键调十位的数字，或者按B调个位的数字，调好后把空格或者开关B拨回，之后再将A拨回原位即可，当要置零时只需要把开关C拨动另一端即可。如图3.3.4.1图3.3.4.1调时控制接法湖北汽车工业学院课程设计12第四章总电路图、元器件清单、仪器、仪表清单4.1周历总电路图图4.1.1总周历图湖北汽车工业学院课程设计134.2元器件清单表4.2.1元件清单元器件名称元器件数量四二输入与门74LS081块反相器74LS041块计数器74LS1603块七段译码器74LS483块555定时器NE5551块比较器74LS852块三输入与门74LS102块七段数码管3个发光二极管1支1K电阻1个面包板2块单刀双掷开关4个连接导线若干4.3仪器、仪表清单表4.3.1仪表仪器清单仪器、仪表名称仪器、仪表数量TDS1000数字存储示波器1台DT310（B）万用表1块THD-1型数字电路实验箱1台湖北汽车工业学院课程设计14第五章系统安装与调试5.1系统的安装1、按照总体电路图搭好实验电路，搭电路时应注意面包板上芯片的整体布局，避免线的交叉相连，尽可能使搭出来的电路看上去美观，从而也便于了电路的调试和查错。2、将面包板上引出的正负极分别接到数字电路实验箱上的+5V和接地，打开实验箱的电源开始调试电路。3、观察实验现象，并检查数码管显示的正确与否。现场分析并解决实验中所出现的故障5.2系统的调试系统电路的调试是所设计的电路能否成功的关键部之一。这个部分花的时间和心思也比较多。由于所用元器件很多，所以本次电路的调试过程较为复杂。总结在调试过程中遇到的问题，可以归纳为以下几个方面的主要内容：1.高位的个位七段数码显示管显示不正确现象：数码管呈现黑色。分析：可能是哪一个线出现问题，或者接触不良或者数码管坏了。解决方法：将一些线路和芯片压紧数码管呈现正确显示。2.低位七段数码显示管调试时显示不正确现象：预置时调个位，个位一直变化，开关不起作用。分析：调个位的开关C出现问题或者线路错误。解决方法：经过仔细检查，发现预置十位低位的开关不起作用，原来脉冲应该接至公共端，线接好后个位可以调试预置。3.预置十位时，个位和十位显示又有问题。现象：预置十位时，个位和十位显示都在变化。分析：可能是电路连接错误或者脉冲的有误。解决方法：检查后发现十位和个位的脉冲之间多了一根导线，同时十位的低位和高位脉冲没有连接之间，去掉多余的导线，改正正确的线路则可以预置十位。湖北汽车工业学院课程设计154.打开电源开关时，以及调试十位时十位的数码管显示有误。现象：十位的数码管显示数字时隐时现。分析：电路接触不良或者开关处接触有问题。解决方法：换一个新开关后显示正确。湖北汽车工业学院课程设计16第六章改进意见与收获体会6.1改进意见6.1.1原始的方案图6.1.1原始设计图6.1.2改进意见对这个设计方案，因为是周历表，所以可以加很多的东西，如加时钟（包含小时，分钟，秒）将小时的进位接在周历个位的ENP和ENT上即可；同时也可以加上年月日，年月日的具体方案和时钟差别不大；当然，对于定时提醒功能，可以同时并联很多个，以记录同一个时间的很多事情即达到备忘录的效果。湖北汽车工业学院课程设计176.2收获体会通过半年以来对数字电子技术基础这门课程的学习和平时实验的锻炼以及此次数