电子技术电路设计

10.1概述10.2参考选题及参考方案第10章课程设计课程设计的基本任务任务:培养学生对数字集成电路应用方面的综合实践技能，掌握综合运用理论知识以解决实际问题的能力。学生通过电路设计、安装、调试、整理资料、答辩等环形成独立思考问题的能力，以及培养他们课本知识以外的一些科技工作者必须具备的基本技能，并培养学生的创新能力和再学习的能力。如查阅资料、懂得如何根据需要选择器件等，从而逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。课程设计的基本要求1.初步掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法根据任务和指标，确定电路方案选测元件，安装电路，反复试验，改进方案分析结果，写出设计总结报告2.培养学生独立分析问题、解决问题能力。学会自己分析、找出解决问题的方法；对设计中遇到的问题和困难，独立思考，查阅资料，分析、观察、判断、试验、再判断以寻找答案。3.掌握制作电子产品的基本技能安装、布线、调试等基本技能，常用仪器的正确使用。课程设计的步骤和方法1.方案设计明确待设计系统的总体方案；化整为零，将大任务划分为若干单元；设计并实施各个单元电路。尽可能采用中、大规模集成电路，减少连线，提高可靠性，降成本。组装单元电路成待设计系统。详细考虑各单元之间的连接问题，时序上协调一致的问题，电气特性上的匹配问题，竞争，冒险及电路的自启动问题。衡量一个电路设计的好坏，主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作。此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。课程设计的步骤和方法2.方案试验安装：一丝不苟、认真仔细。注意集成块方向，注意连线错、漏接，注意电源和接地线等。调试：第一步：各独立单元电路调试，可人为设定各单元电路的触发和控制信号，以达到项目要求。第二步：将控制电路与系统主电路中各个功能部件联接起来，进行电路统调。故障排除：理论与实践相结合，以查找故障所在。常见故障有：接触不良、接线错误、器件本身损坏、多余控制输入端未正确处理、设计上有缺陷。课程设计的步骤和方法寻找故障的常用方法有：①观察法、②信号注入替代法、③信号寻迹法、④电路替代法、⑤分段测试法、⑥单步检查法、⑦多步检查法、⑧逻辑分析仪。3.工艺设计完成制作实验样机所必需的文件资料，包括整机结构设计及印制电路板设计等。4.样机制作及调试包括：组装、焊接、调试等。5.总结鉴定考核样机是否达到规定指标，能否长期可靠工作，同时写出设计总结报告。课程设计实验文件的格式每个同学应完成三个文件：预设计作业、方案实验预习报告及课程设计总结报告。1.预设计作业：A:画框图的原则：所画的框图详细程度得适中。要反映出逻辑电路的主要单元电路、信号通路、输入、输出以及控制点的设计思路。框图要能清晰地表示出控制信息和数据信息的流向。每个方框不必指出功能块中所包含的具体器件，但应标明各方框的功能名称。所有连线必须清晰整齐。课程设计实验文件的格式B:画逻辑图的原则：所有小规模器件应使用标准逻辑符号。我们规定画成一个方框，框内应标明器件的型号或名称，引出脚的符号应标注清楚。引出脚的顺序号。电阻、电容、电感类元件应计算出具体值。正式图纸还应列出元器件清单，放在图纸的右下角。2.方案试验预习报告由学生拟定。内容包括：调试和指标测试内容、方法及步骤，测试线路图，所用仪器设备，记录测试等。3.课程设计总结报告内容及格式要求如下《电子技术基础》课程设计数字部分总结报告题目：指导教师：设计人员（学号）：组号：班级：日期：目录一．设计任务书二．设计框图及整机概述三．各单元电路的设计方案及原理说明四．调试过程、结果分析以及调试体会五．对本次课程设计的意见及建议六．附录（包括：整机逻辑电路图和元器件清单）参考选题及参考方案的前言课程设计提倡学生自己选定选题和设计方案。方案必须涵盖的数字电子技术关知识点不少于三点。本指导书有的是给出方案设计的参考电路，有的直接给出一个设计结果。如采用本章所提供的直接设计结果，对其改进创新程度应不低于30%。否则成绩最高不超过80分。课程设计结果最后必须利用万能板或敷铜板制成可以正常工作的电路板，以便老师考核。设计方案时，学生应通过期刊杂志、相关书籍及互联网等充分查阅相关资料，掌握相关的理论知识和电路制作技能，然后再制定方案并制作。参考选题如下：10.2.1数码抢答器10.2.2数字钟10.2.3音乐D/A和A/D转换电路10.2.4波形产生电路10.2.5霓虹灯控制电路10.2.6汽车尾灯电路10.2参考选题及参考方案数码抢答器1.设计要求0~7号表示8个选手，抢答中锁定并显示最先抢答选手报警提醒主持人有人抢答。主持人总控电路。2.课题涵盖的知识点编码器、锁存器、脉冲发生器、译码器、三极管的开关特性应用等知识。3.单元电路的原理说明A:数码抢答器整机工作电路原理图框图如右：（1）电路组成如下：U1组成8线3线编码器U3、U7A形成锁存脉冲C1起延时作用74LS175锁存编码信号S9为主持人复位开关U6、SMG1组成译码电路U5、U7B组成报警电路数码抢答器组成锁存脉冲形成报警控制驱动8-3编码器锁存器七段译码器数码管脉冲发生器按键0按键7（2）编码器为便于锁存、显示抢答的选手号，可利用二进制编码器将8位选手的按键号编为3位二进制数码。编码器可以用小规模集成电路设计而成，也可以直接用中规模集成电路如8线-3线编码器74148来实现。（3）译码显示器本例采用七段数码管，将8421BCD码译码后通过数码管显示出来。驱动共阴数码管的译码器可采用MC14511，其功能表如可见表3.11。参考电路图4511输出所接R1~R7为限流电阻，阻值一般为470Ω。数码管的dp端为小数点控制端，本例中不用，将其接地。数码抢答器数码抢答器组成（4）锁存脉冲形成电路作用：当选手按下按键的瞬间形成脉冲信号，送到锁存器作为错存输入数码所需的时钟脉冲。因为本顶目中使用的锁存器74LS175所需的时钟脉冲为正边沿脉冲，所以在静态无人抢答时，锁存脉冲输出应为低电平0，而一旦有选手按下按键锁存脉冲输出应变为高电平1，由上分析可知，锁存脉冲形成电路满足与非门逻辑关系（全1为0，有0为1），选用8输入与非门集成电路（74LS30）。本项目中74LS30输出端接一小容量电容的目的为延时时等待，以确保在锁存脉冲出现前编码器将需要锁存的数据已经准备好。数码抢答器数码抢答器组成（5）锁存器利用集成正边沿D触发器74LS175完成数据锁存功能74LS175是由具有共用时钟脉冲和清零端的四个正边沿D触发器构成，在CP由低电平向高电平变化瞬间，锁存器将输入数据D4~D1锁存，由Q4~Q1输出，过后又维持不变，从而实现数据的锁存，所以要实现数据的锁存，关键有于CP时钟信号的控制。也可利用74LS373（三态输出8路透明同步锁存器）完成锁存功能。74LS373由8个三态输出的锁存器组成，常用于单片机系统中地址的锁存和微机总线系统，本项目也可利用来完成选手的抢答功能。数码抢答器数码抢答器组成（6）报警器当有选手抢答时，报警器工作。报警器由脉冲振荡器U5（MC14060）、报警控制门电路U7B和振荡驱动三极管VT1组成。没有选手抢答时，报警控制信号为低电平，U7B输出总为低电平，三极管VT1截止，扬声器无报警声音；有选手抢答时，报警控制信号变为高电平，U7B的输出为第五脚的脉冲信号，三极管VT1在脉冲信号的驱动下工作于开关状态，扬声器有报警声音输出。提示：可以将U7B改为3输入或4输入与门，分别接不同的U5输出端，使不同的脉冲信号相互调制，这样报警声音就不会太单调了。数码抢答器数码抢答器组成（1）安装安装调试的先后顺序如下：先安装调试编码部分，然后安装译码显示部分，两部分安装完后可连接起来进行调试，此时，因为数据锁存部分没安装，所以没有锁存功能，按下相应按键，数码管显示目录相应数字，但松开后，数码管又显示数字0。然后断开前面编码和显示部分的连线，安装锁存部分，再统一调试编码、锁存、显示部分，最后再安装调试报警部分，这样可使学生边安装、边学习、边思考和巩固理论知识，同时进一步形成数字电路系统的概念。数码抢答器整机电路安装、调试在安装数码管前，应选测量数码管的好坏，选用万用表的R×10欧或R×1欧档，根据内部等效电路将其等效为8个发光二极管进行测量，如共阴数码管为例：将红表笔接数码管公共端(接地端)，黑表笔分别接其他各段，相应的字段应点亮，并且阻值较小，而共阳数码管则表笔接法相反。元件布局：选用万用板进行焊接前，应综合考虑整个项目元件的排布和走线，焊接集成电路最好使用集成电路插座，这样便于后面检修和元件的重复利用，焊接前先将插座插在万用板上模拟元件布局，考虑完全后再焊接电路。数码抢答器整机电路安装、调试根据前面的真值表1-1按下相应的按键，用万用表检查输出的高低电平状态是否正确，具体确认以下：S1~S8没有按键按下时：编码集成电路U1a、U1b、U2a所有输入端都应为高电平。S1~S8没有按键按下时，编码集成电路U1a、U1b、U2a所有输出端都应为低电平。S1~S8某一个按键按下时，编码集成电路U1a、U1b、U2a三个组的编码状态是否符合编码要求。编码集成电路U1a、U1b、U2a三个编码输出管脚到锁存器74LS175的输入管脚是否连接正确，注意高位和低位。编码部分调试②显示部分调试将MC14511的ABC与编码输出的D0、D1、D2相连。接译码器输出端(应注意高低位不要接反，否则数据显示不正常)，在按键S1~S8没有按下时，观测数码管应该显示为0，当某按键按下时，数码管应该显示相应数字(注意，因为此时并没有安装锁存部分，所以按键弹起来后，数据又恢复为0，即暂时没有锁存功能)，并测试显示译码器集成块U6的各管脚电压是否与表10.1相同。数码抢答器整机电路安装、调试表10.1U6MC14511各管脚电压值管脚标号VDDGNDABCDLTBILE管脚号1687126345正常电压500000550测量电压管脚标号abcdefg管脚号1312111091514正常电压3.63.63.63.63.63.60测量电压③锁存部分调试先按下复位开关S9,此时用万用表测量U4(74LS175)的1脚复位端应为低电平，松开复位开关S9，1脚恢复为高电平，同时数码管应该显示为0。S1~S8中没有按钮按下时，U3输入端应全部为高电平，U3输出端应全部为低电平。U7A输入脚2脚和输出脚3脚应全部为低电平，输入脚1脚应为高电平。当S1~S8中某一按键按下时，U3A输出应变为高电平。U7A输出应变为高电平测量集成块U4的各脚电压并与表10.2正常值比较：数码抢答器整机电路安装、调试表10.2U4锁存器74LS175各管脚电压值管脚标号VccGNDCLRCPQ1Q2Q3管脚号168192710正常电压500S9按下0S9按下0000测量电压管脚标号Q4Q4非D1D2D3D4管脚号1514451213正常电压03.60005测量电压④报警部分调试检查脉冲振荡器U5的12脚是否接地，判断U5是否起振。测试U5的第7脚是否有3.6V左右的脉冲，如果有，表明振荡和分频计数器U5工作良好；也可用万用表测量U5第3脚Q14端电压是否在0～3.6V之间摆动，如果有则正常。在脉冲振荡器U5工作正常后，按一次主持人复位键S9，用万用表检查报警控制门U7B的第4脚是否为低电平，三极管VT1应处于截止状态，基极为低电平，集电极为高电平。然后按动S1～S8中的任意一个，此时用万用表检查报警控制门U7B的第4脚是否为高电平，控制门U7B被打开，第6脚输出脉冲，三极管VT1应处于开关状态，扬声器B中应发出报警声音。数码抢答器整机电路安装、调试数字钟1．设计要求用数字显示时、分、秒。12小时循环一次；可以在任意时刻校准时间，要求可靠方便；能以音响自动正点报时，12小时循环一次。要求第一响为正点，以后每隔一秒或半秒钟响一下，几点钟就响几声。2．课题涵盖的知识点脉冲产生电路，任意进制计数器的构成，译码、显示电路，比较电路。3.原理说明原理图数字钟的整体框图小时十位显示小时十位显示