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信息与通信学院课程设计课程名称数字电子技术基础课题名称3.数字转速表的设计专业电子信息工程2012年2月17日摘要数字电路包括了脉冲电路和数字逻辑电路两部分。脉冲电路主要研究脉冲的产生、变换和测量。尽管脉冲波形形状多样，但它们都有共同点，就是整个波形都由若干个暂态和稳态过程组成。为了获得暂态过程，脉冲电路必须包括两个组成部分：一个是开关电路，用来接通和断开电路，以破坏电路稳态建立暂态；一个是惰性电路，用以控制暂态过程时间。我们使用的开关是晶体三极管、二极管、MOS管及由它们构成的集成电路。常用的惰性电路有RC、RL、RLC和延迟线，其中以RC电路为主。数字逻辑电路是一门研究数字信号的编码、运算、记忆、计数、存储、分配、测量和传输的科学技术。简单地说是用数字信号去实现运算、控制和测量的科学。数字电路与模拟电路相比有如下优点：1．电路结构简单，容易制造，便于集成和系列化生产。成本低廉，使用方便。2．由数字电路组成的数字系统，工作准确可靠，精度高。3．不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算和判断，在控制系统中这是不可缺少的．因此数字电路又可称作数字逻辑电路。数字电路相对于模拟电路的这一系列优点，使它在通信、自动控制、测量仪器及计算机等各个科学领城内得到广泛的应用。所以熟练数字电路的设计在未来的电路设计中占据重要的地位。一、方案设计1.方案一如上图所示，该方案要用到单片机，电路简单，而且制作成本低，但是对于我们没有学过单片机的学生来说，该方案的难度很大。所以不采取这个方案。2.方案二51/52单片机脉冲源小键盘数码管显示脉冲源时间统计转速测量数码管显示锁存选择时间显示还是转速显示信号发生器如上图所示，该方案使用十进制计数器，一方面用来时间的统计，一方面用来统计转速。同时利用按钮来实现转速和时间的切换显示。避免了使用单片机带来的困难。但是缺点是使用芯片多，且电路复杂。但是对于刚刚学完数电和模电的我们来说这能选择这个方案。二、设计思路分析1.转速信号：用信号发生器提供信号，来模拟转速。转速的测量方法：测量一分钟内信号发生器的信号的上升沿的个数即为转速。2.脉冲源部分采用555集成芯片组成的多谐振荡器来产生分脉冲，通过多谐振荡电路可以产生分脉冲，通过调节1、3引脚之间电阻的比例来调节产生的脉冲。该部分在输出端还连接了一个按钮，方便控制脉冲源的输出。图一3.时间统计以及转速锁存部分：3.1：时间统计有74ls160来统计，17ls160脉冲信号来自脉冲源，当脉冲源达到上升沿时，74ls160十进制加法计数器加一。如下图所示，时间统计电路构成了100进制加法计数器，当时间达到100分钟时自动清零。3.2：转速锁存电路的作用由于转速测量是在一分钟内信号发生器上升沿的个数转速，但是如果不加锁存电路，直接把转速测量电路的值传递给译码电路，数码管会因为人眼的残留效应，数码管会处于闪烁状态，完全看不出转速是多少，所以要加锁存电路，定时给锁存器一个脉冲信号，只有当脉冲信号到达时，数码管的值才会，这样才是真正的转速值。4.转速测量部分转速测量部分是用来测量转速值，当信号发生器的信号到达上升沿的时候，计数器就加一，只有当计数器的值达到100或者脉冲源到达高电平的时候计数器就清零。只有当脉冲源下降为低电平时，计数器才会继续计数，所以脉冲源的占空比尽量的小，以减小测量转速的误差。时间统计及转速锁存部分转速测量部分5.时间与转速切换部分A/B网络控制显示时间还是转速，74ls157是4-二选一数据选择器，为了是数据选择器能够正常工作，G端必须接地。A/B端接按钮用来控制。6.译码部分译码器用74ls48（共阴）译码器，为了使译码器正常工作，LT、BI\RBO、RBI端必须全部接高电平。时间与转速切换部分译码部分7.显示部分数码管是共阴极数码管，由于数码管内部是由二极管结构构成，又由于二极管允许流过的电路有限制，所以为了防止数码管被烧坏，必须加限流电阻。但是限流电阻不能太小，也不能太大。电阻太小，会有可能烧坏数码管。电阻太大的话数码管的亮度很低。所以300欧姆电阻比较合适。三、完整的原理图四、电路调试1.在做第一块电路板时出现的问题：1.1.由于粗心，没有芯片的电源网络和地网络，导致芯片不能正常工作。1.2.脉冲源后面的按钮封装画错，导致按钮放不进，是电路板失败的原因之一。1.3.由于第一次做电路板，数码管的封装完全错了，数码管不亮。1.4.由于缺乏经验，电路板的设计时，忘记在每一个模块后面加插针来验证这部分功能是否实现。1.5.在这次电路板的设计中应该要在脉冲源部分加二极管如图一所示，作用是防止芯片被烧。五、设计电路时应该注意的地方1.在仿真的过程中，因为在计数的芯片清零端上加上+5v的恒定电压，导致在显示转速的时候，转速值是不断叠加的。所以在设计电路时要加上正确的清零信号。2.芯片要用常用的，否则有可能就算仿真成功了，在实际电路中也是不能正常工作的。3.仿真的过程中为了提高转速的测量准确性，所以把信号发生器的信号占空比设得很低，但是，仿真时发现占空比太小的话，转速值是叠加的。分析原因是：占空比太低导致转速测量电路还没有清零，脉冲源就已经下降为低电平，导致了转速值是叠加的。经过不断的仿真，发现要想转速测量电路能够正常清零，占空比至少要百分之二十。又因为占空比已经达到了百分之二十，所以为了提高转速测量的准确性，所以，信号发生器给的转速信号频率要比较低，要不然误差会很大。4.在画PCB时，焊盘的大小最好是70mil以上，要不然焊盘太小会导致芯片没法焊接上去，就是能焊接上去，也会有可能接触不良，导致电路板失败。5.在画PCB时，线与线之间的间距也要大些，不然到时腐蚀不好的话会有可能导致电路短路。线与线之间的间距小的话，在焊接时会有可能产生短路，由于粗心焊接。像第四、五点这样的现象，我们是很难发现的，而且出现短路的话，一般也不会就只有一个地方，所以画PCB时要避免这样的现象发生。六、制作电路板时应该注意的地方1.在用砂纸磨电路板是要沿一个方向磨，而且电路板要磨到光滑，这样油墨才能更好的印在电路板上。2.腐蚀完电路板后要检查看看电路中线有没有断，如果有断的线的话，要用油墨笔补线。3.焊接元器件时要先焊接跳线，然后根据元器件的高低按照从低到高焊接元器件。七、实训心得本次课程设计的要求是设计一个数字转速表，刚开始拿到题目时，完全没有头绪，感觉自己完全没有思路，自己都不知道用什么学过的知识。但是经过自己慢慢思考后，列出大概的框图后。再根据框图慢慢琢磨该用什么芯片才能完成这部分的电路。在设计电路时，所用的知识都是学过的，但是，有时候就是会钻进死胡同，不知道该用什么芯片来实现该部分的功能。就像在考虑时间和转速转换部分时，刚开始完全没有思路，这样的要求似乎完全不可能实现，但是后面回顾了这个学期所学过的知识，发现我学过了数据选择器，只不过我们常用的是双四选一的数据选择器，那是我就想，是否有四二选择器呢。后来上网查了资料，还真有，后来我通过multisim仿真，发现它是能实现功能的。通过这一个实例，我更加感觉到，理论与实践应用相差很远，就算你理论知识学得很好，但是如果你不多动脑筋思考，把学过的知识灵活的运用起来。而且像现在学过的很过芯片功能虽然只有几种，但是你只要灵活运用了，一种芯片可以有很多种应用方法，像NE555芯片你会运用的话可以有几百种用法。在仿真时，在设计译码电路和显示电路的时候，如果不注意区分共阴译码器和共阳译码器，还有数码管是共阴的还是共阳的，仿真时可能不成功，而且还有可能不知道失败的原因是什么。所以在用到数码管和译码器时要注意共阴和共阴搭配，共阳和共阳搭配。在仿真的时候，分部分的验证该部分电路是否能正常工作，在成功后各个部分简单的结合在一起仿真的话，你会发现法很多情况是不成功，因为设计电路时每一部分都是紧密联系在一起的，分开能够正常工作，结合后就有可能因为芯片要求的差异不能正常工作，所以这时要认真仔细的分析各部分电路各自有什么特殊的要求，然后修改电路。例如，这次课程设计中，各部分都能正常工作，但是把各部分结合一起来仿真却不成功，后来分析，发现脉冲源的占空比太低，导致计数器没有能够清零，所以导致转速值是叠加的，后来调高了占空比，电路就能如预想中那样工作。当仿真成功后，在画电路图的时候，还会由于缺乏经验导致电路失败，例如在设置线间距和焊盘大小的时候，没有有经验的人在旁边指点的话，做出来的电路多数是不成功的，特别对于我们刚学完CAD的学生，如果CAD学不好，在画PCB时用自动布线，但是自动布线会忽略电器属性，画线是直角的，这样，做出来的电路板一般是不成功的。（在这里要加上老师帮调试的感言）。最后还是要感谢我的指导老师，在我遇到困难时，向老师求教时，总是很有耐心的给我做着简答。我总是要经历这样一个过程，有想法，但是就是差那么一点！这个就是我们缺少太多的实践经验。书本知识固然要学，但是必定的课程设计还是很有必要的。实践能帮助我们积累经验，我们动手操作薄弱，经验十分欠缺，不能条件反射的想起一些常识性的问题就是我们动手不够的表现。同时我也要感谢我周围的同学朋友，就算之前不认识，但是在课程设计的实验过程中，他们总是尽他们所能的帮助我。在实验的过程中我感受到同学之间的互助互爱，在这次实训中虽然很累，有很多次想要放弃，但是看到旁边的人都很努力的去完成好实训，退缩的心态被抛到了九霄云外。这一次的实训我收获了很多，学到了很多理论课学不到的知识，这些知识只能通过自己亲自动手实践，去思考，然后总结出来的。谢辞从开始的一无所知到后面依靠自己的能力做出电路板，感觉到这次实训收获很多。其中经历了很多，收获也很多。因此在此论文成文之际，首先我要衷心的感谢老师对我们的教导，老师严谨的治学作风、兢兢业业的工作精神和求精、求实的科学研究理念将对我的以后两年大学生活产生深刻的影响。在我的学习过程中，每当我遇到我无法解决的疑难时，老师们总是能帮我们有效的解决问题。每当老师们感到我们彷徨、不知所措时，老师们总是能及时查明学生的心态，帮助同学们克服学习困难。老师们总是无微不至的照顾同学们的学习。这样的治学精神将成为学生终身受用不尽、用之不竭的宝贵财富。谨向老师致以深深的敬意和最诚挚的谢意！同时我也要感谢在实训中帮助我的同学们！加上你们的帮助我学习更有效率。参考文献1.电子技能基础2.数字电子技术基础（第五版）阎石主编3.精选实用电子电路260例附录附录一：仿真图附录二：元器件清单commentfootprintquantity共阴数码管LED8274LS160DIP-164NE555DIP-8174LS48DIP-16274LS374DIP-20174LS00DIP-14174LS157DIP-162变阻器VR41二极管DIODE0.42电阻AXIAL0.4数个电解电容RB.2/.41插针CON2数个发光二极管LED一个