數(shù)字電路綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告書
數(shù)字電路綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告書
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
1.掌握數(shù)字鐘的基本組成和基本原理2.掌握相應(yīng)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法3.掌握相應(yīng)譯碼器的設(shè)計(jì)方法
4.熟悉相應(yīng)中規(guī)模集成電路的檢測方法5.學(xué)會(huì)獨(dú)立分析和處理電路中的故障二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備:
1.數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)2.萬用表1個(gè)
3.74LS006片,74LS204片,74LS746片,74LS1622片,74LS861片,CD4511集成塊6片4.共陰八段數(shù)碼管6個(gè)
5.連接導(dǎo)線(至少三種顏色)100條三、實(shí)驗(yàn)原理:1.實(shí)驗(yàn)原理圖
2.標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器①.秒計(jì)數(shù)器:
由十進(jìn)制(個(gè)位)加法計(jì)數(shù)器和六進(jìn)制(十位)加法計(jì)數(shù)器組成,標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)給十進(jìn)制(個(gè)位)加法計(jì)數(shù)器提供CP脈沖,每隔一秒累加計(jì)數(shù)經(jīng)譯碼后顯示數(shù)字0、1、2、3……9,當(dāng)?shù)谑畟(gè)脈沖到來時(shí)向六進(jìn)制(十位)加法計(jì)數(shù)器提供進(jìn)位脈沖即逢十進(jìn)一,六進(jìn)制(十位)加法計(jì)數(shù)器每隔十秒得到一個(gè)CP脈沖,經(jīng)譯碼后顯示數(shù)字0、1、2、……5。
②.分計(jì)數(shù)器:
同樣由十進(jìn)制(個(gè)位)加法計(jì)數(shù)器和六進(jìn)制(十位)加法計(jì)數(shù)器組成,但是只有當(dāng)?shù)诹畟(gè)脈沖到來時(shí),秒計(jì)數(shù)器才會(huì)為分個(gè)位計(jì)數(shù)器提供CP(進(jìn)位)脈沖,每個(gè)六十秒累加計(jì)數(shù)經(jīng)譯碼后顯示數(shù)0、1、2……9,當(dāng)?shù)诹賯(gè)脈沖到來時(shí),分個(gè)位向分十位加法計(jì)數(shù)器提供CP(進(jìn)位)脈沖,經(jīng)譯碼后顯示數(shù)0、1、2……5。
③.時(shí)計(jì)數(shù)器:時(shí)計(jì)數(shù)器主要由特殊十二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器和二十四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器組成,它的CP由分的十位提供,即當(dāng)?shù)谌Я賯(gè)脈沖到來時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器得到進(jìn)位信號(hào),如果采用十二進(jìn)制計(jì)時(shí),經(jīng)譯碼后顯示數(shù)字01、02、03……12,如果采用二十四進(jìn)制計(jì)時(shí),經(jīng)譯碼后顯示數(shù)字01、02、03……23。
3.計(jì)數(shù)部分
秒計(jì)數(shù)器:由十進(jìn)制(個(gè)位)加法計(jì)數(shù)器和六進(jìn)制(十位)加法計(jì)數(shù)器組成,標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)給十進(jìn)制(個(gè)位)加法計(jì)數(shù)器提供CP脈沖,每隔一秒累加計(jì)數(shù)經(jīng)譯碼后顯示數(shù)字0、1、2、3……9,當(dāng)?shù)谑畟(gè)脈沖到來時(shí)向六進(jìn)制(十位)加法計(jì)數(shù)器提供進(jìn)位脈沖即逢十進(jìn)一,六進(jìn)制(十位)加法計(jì)數(shù)器每隔十秒得到一個(gè)CP脈沖,經(jīng)譯碼后顯示數(shù)字0、1、2、……5。分計(jì)數(shù)器:當(dāng)?shù)诹畟(gè)脈沖到來時(shí),秒計(jì)數(shù)器才會(huì)為分個(gè)位計(jì)數(shù)器提供CP(進(jìn)位)脈沖,每個(gè)六十秒累加計(jì)數(shù)經(jīng)譯碼后顯示數(shù)0、1、2……9,當(dāng)?shù)诹賯(gè)脈沖到來時(shí),分個(gè)位向分十位加法計(jì)數(shù)器提供CP(進(jìn)位)脈沖,經(jīng)譯碼后顯示數(shù)0、1、2……5。時(shí)計(jì)數(shù)器:它的CP由分的十位提供,即當(dāng)?shù)谌Я賯(gè)脈沖到來時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器得到進(jìn)位信號(hào),如果采用十二進(jìn)制計(jì)時(shí),經(jīng)譯碼后顯示數(shù)字01、02、03……12。
4.譯碼部分
六進(jìn)制譯碼器輸入的8421BCD碼只有000、001、……101,數(shù)碼管也只需顯示0、1……5,因此也相對簡單。
十進(jìn)制譯碼器輸入的8421BCD碼有0000、0001……1001,數(shù)碼管需顯示0、1……9,因此譯碼比較復(fù)雜,但是在實(shí)際應(yīng)用中多采用中規(guī)模集成電路74LS47和CD4511,而六進(jìn)制譯碼器通常也用74LS47和CD4511代替,只要把最高位接地即可。
5.顯示部分
顯示器件通常是和譯碼器連接在一起使用,六個(gè)數(shù)碼管(共陰極)恰好滿足了時(shí)、分、秒時(shí)間顯示的需求。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:
由于實(shí)訓(xùn)室實(shí)驗(yàn)臺(tái)能插集成電路數(shù)量有限,所以數(shù)字時(shí)鐘實(shí)訓(xùn)分位兩部分完成。
1.計(jì)數(shù)部分:
①.用74LS161構(gòu)成六十進(jìn)制加法器(秒計(jì)數(shù))。
②.用74LS74設(shè)計(jì)異步六十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器(分計(jì)數(shù))。③.用74LS設(shè)計(jì)異步特殊十二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器(時(shí)計(jì)數(shù))。④.把①、②、③連接起來組成完整的數(shù)字鐘計(jì)時(shí)電路。
在做實(shí)驗(yàn)前,首先檢查導(dǎo)線和芯片74LS006片,74LS204片,74LS746片,74LS1622片,74LS861片,是否受損。其次,畫分計(jì)時(shí)器的原理圖。最后,開始連接電路:秒計(jì)數(shù)器→分計(jì)數(shù)器→時(shí)計(jì)數(shù)器。秒計(jì)數(shù)器用到的芯片是:74LS1622片。分計(jì)數(shù)器用到的是:74LS744片。時(shí)計(jì)數(shù)器用到的是:74LS743片。(具體連接如下圖所述)
2.譯碼部分:
①.六進(jìn)制譯碼電路設(shè)計(jì)
輸入的8421BCD碼只有000、001……101,數(shù)碼管只需顯示0、1……5,要求用卡諾圖化簡并用與非門實(shí)現(xiàn)該電路。
②.十進(jìn)制譯碼器設(shè)計(jì)
輸入的8421BCD碼有0000、0001……1001,數(shù)碼管需顯示0、1……9,要求用卡諾圖化簡并用與非門實(shí)現(xiàn)該電路。
做譯碼部分是首先也是檢查導(dǎo)線和芯片74LS003片,74LS204片,74LS041片數(shù)字晶體管1個(gè)是否受損。其次,畫出譯碼實(shí)驗(yàn)原理圖。最后,開始連接電路。
五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):
1.導(dǎo)線及集成芯片的檢查
①.導(dǎo)線的檢查:將一段接+5V,另一端接顯示燈。如果燈亮說明導(dǎo)線是導(dǎo)通的;如果燈不亮說明導(dǎo)線是壞的,請及時(shí)更換。
②.74LS0074LS20的好壞利用與非門功能表檢查。要求每一個(gè)與非門都是好的;否則請輔導(dǎo)老師及時(shí)更換。
③.74LS74的檢查可用D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)型的觸發(fā)器。④.74LS162的檢查主要是否能正常將十進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)。2.嚴(yán)格規(guī)范試訓(xùn)過程
①.正負(fù)極一定要用不同顏色的導(dǎo)線,其中負(fù)極一定要用黑色
②.計(jì)數(shù)部分實(shí)訓(xùn)一定要逐級(jí)完成,比如秒位計(jì)數(shù),如果不正常不可繼續(xù)接分位計(jì)數(shù)部分。
③.譯碼器部分實(shí)訓(xùn)完成一段檢查一段,不可以帶問題繼續(xù)下一步的實(shí)驗(yàn),要把問題及時(shí)處理好在進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)感想和建議:
1.實(shí)驗(yàn)感想:
經(jīng)過本次實(shí)訓(xùn)周,讓我們豐富了課本知識(shí),增加了自行設(shè)計(jì)電路圖的經(jīng)驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘,讓我們更進(jìn)一步了解數(shù)字鐘的原理,為以后的學(xué)習(xí)墊定了基礎(chǔ)。在以后學(xué)習(xí)小規(guī)模集成塊電路的作用及使用方法,提高了我們的動(dòng)手能力。通過本次的實(shí)訓(xùn),讓我們對集成塊有了更進(jìn)一步的了解。還能學(xué)到一些在課本上沒有的知識(shí),對我們的收獲是非常的大。
2.實(shí)驗(yàn)建議:
希望老師在實(shí)訓(xùn)的時(shí)候,不僅要完成設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)還要對在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一些故障進(jìn)行排查,故障排查也作為實(shí)驗(yàn)考核的一部分。讓我們真真體會(huì)到本次試驗(yàn)的意義所在。
鐵道電信系信號(hào)1002班張乾國201*年12月5日
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數(shù)字電子電路綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告書
簡易電子速度表
課設(shè)組號(hào):15組學(xué)號(hào):05020204姓名:王樹祺
201*年5月
一、簡易電子速度表設(shè)計(jì)綜述
如今,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電子技術(shù)在日常生活和社會(huì)生活中已得到了廣泛的應(yīng)用。特別是微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,更為設(shè)計(jì)、直觀和性能優(yōu)越、功能全的裝置創(chuàng)造了良好的條件。可以說,電子技術(shù)的應(yīng)用水平是現(xiàn)代化進(jìn)程的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。
目前,數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子測量儀表、通信等各個(gè)領(lǐng)域。例如在現(xiàn)代測量技術(shù)中,數(shù)字測量儀表不僅比模擬儀表精度高,而且容易實(shí)現(xiàn)測量的自動(dòng)化和智能化。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,要求我們理論聯(lián)系實(shí)際,數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的安排使我們擁有了一個(gè)難得機(jī)會(huì),通過它我們可以在實(shí)際運(yùn)用知識(shí)的同時(shí)得到更好的鍛煉。在日常生活中我們可以發(fā)現(xiàn)自行車、摩托車、電動(dòng)車已經(jīng)成為人們必不可少的工具,所以簡易速度表的設(shè)計(jì)可以給人們帶來更多的方便和安全,并且有一定的使用價(jià)值。
二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)
根據(jù)車輪周長、輻條數(shù)和車輪轉(zhuǎn)數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)、調(diào)試并完成一個(gè)簡易車用速度表。2、設(shè)計(jì)要求
(1)顯示數(shù)字為三位,精度為0.1公里,即(00.0~99.9公里)。
(2)數(shù)碼管要有小數(shù)點(diǎn)顯示,即個(gè)位與十位之間的小數(shù)點(diǎn)要亮起來。(3)表明你所設(shè)計(jì)的條件(輪周長、條幅數(shù)等),給出根據(jù)不同車型進(jìn)行調(diào)
整的根據(jù)。
(4)要求有根據(jù)不同車型隨時(shí)調(diào)整的功能,以保證速度表顯示的正確性。(5)結(jié)構(gòu)簡單,所用器件少,便于調(diào)整,成本低。
三、參考元件與使用元件清單1、參考元件
CD40106、NE555、CD4553、CD4543、CD4511、LG5631AX共陰數(shù)碼管、三極管(NPN、PNP)、紅外光電傳感器、電位器、電阻、電容等。
2、使用元件清單
CD40106一片NE555一片CD4553一片CD4511一片LG5631AX共陰數(shù)碼管一個(gè)
三極管(NPN、PNP)9014*1、9012*3紅外光電傳感器一個(gè)電位器一個(gè)電阻、電容若干
四、設(shè)計(jì)思路與方案1、設(shè)計(jì)思路
通過測量在單位時(shí)間內(nèi)通過紅外光電傳感器的輪輻數(shù),折算出車輪走過的距離,即每秒通過多少根條幅等于1公里/小時(shí)的速度。時(shí)速值按十進(jìn)制由三位數(shù)碼管顯示。
換算公式如下:
前提條件:兩根輻條間的輪周長為2cm
(1)1公里/小時(shí)=27.8cm/s相當(dāng)于(27.8cm/2cm)根條/s即:13.9根條/s(2)由于顯示最小精度為0.1公里/小時(shí),所以要以0.1公里/小時(shí)為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn),用以折合其它速度對應(yīng)在每秒的條幅數(shù):
0.1公里/小時(shí)=2.78cm/s相當(dāng)于(2.78cm/2cm)根條/s即:1.39根條/s(3)1/(1.39根條/s)=1根條/0.719s,則0.719s為兩根輻條間的輪周長為2cm的標(biāo)準(zhǔn)下的測條幅數(shù)的時(shí)間基準(zhǔn),用于統(tǒng)一換算與對應(yīng)速度值。
2、設(shè)計(jì)方案
速度表方案一:
在自行車的前主撐架的兩邊離軸到輪鋼圈的最遠(yuǎn)處分別安裝光電式傳感器接收和發(fā)射兩元器件。當(dāng)一根鋼絲輪輻通過光電傳感器元件就可以檢測到脈沖,將脈沖數(shù)經(jīng)過施密特觸發(fā)器整形,或用反相器整形、555來整形后。將其換算好的速度脈沖單位時(shí)間常數(shù)的施密特觸發(fā)器多諧振蕩器,來控制用2片74HC161集成計(jì)數(shù)器和2片74LS48七段譯碼器組成的檢測計(jì)數(shù)顯示電路以來顯示速度。
速度表方案二:
此電路由速度脈檢測電路、計(jì)數(shù)譯碼顯示電路和控制電路組成。工作原理是用前輪支撐腳的兩側(cè),輪胎稍下光電傳感器檢測到脈沖經(jīng)過整形后輸入CD4553的時(shí)鐘脈沖CLK端。用555電路組成的多諧振蕩器,控制由3位BCD計(jì)數(shù)器CD4553和7段譯碼器CD4511及3位共陰極數(shù)碼顯示管組成的計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。共同組成速度表。
3、方案比較
方案一需要芯片較多,功能集成度較低,且在接線時(shí)容易出錯(cuò),故不選擇。方案二使用芯片較少,功能集成度較高,各芯片執(zhí)行功能相對獨(dú)立,易于設(shè)計(jì)與組裝,故選擇方案二。4、使用方案設(shè)計(jì)框圖與電路圖脈沖整形輪輻計(jì)數(shù)器紅外傳感譯碼驅(qū)動(dòng)器整形復(fù)位脈沖門控脈沖電路鎖存信號(hào)
3數(shù)碼管五、主要元件說明
1、CD40106:六施密特觸發(fā)器(1)管腳圖:
(2)原理與功能:
CD40106是一個(gè)擁有六個(gè)施密特觸發(fā)器的集成芯片,施密特觸發(fā)器的最大用途在于整波,它可以把任何一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)方波整形為標(biāo)準(zhǔn)方波,且可以提升方波幅值至5V?梢援(dāng)反向器來使用。
2、NE555:定時(shí)器(1)管腳圖:
(2)原理與功能:
NE555是一個(gè)功能強(qiáng)大的定時(shí)器芯片,接發(fā)多種多樣,可執(zhí)行的功能也不盡相同。其主要功能有:施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等。本設(shè)計(jì)方案只涉及由NE555接成多諧振蕩器,故只對多諧振蕩器加以詳細(xì)說明。
由以上電路可以在輸出端得到一定占空比的方波。占空比計(jì)算公式如下:
左圖中:output輸出波形即為由NE555多
諧振蕩器產(chǎn)生的方波
3、CD4553:帶鎖存、復(fù)位功能的3位BCD計(jì)數(shù)器(1)管腳圖:
(2)原理與功能:
CD4553是集計(jì)數(shù)、鎖存、復(fù)位功能為一身的3位BCD計(jì)數(shù)器,是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描的關(guān)鍵,由它控制的BCD3位數(shù)碼管能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示,由于其輸出端(管腳:2、1、15)分時(shí)依次輸出低電平,且時(shí)間間隔很短,來控制數(shù)碼管的顯示與刷新,故人肉眼無法識(shí)別,只認(rèn)為數(shù)碼管是靜態(tài)顯示的。
Nochange:由于外界和自身輸入信號(hào)不滿足變化條件,輸出信號(hào)不變。Advance:表示輸出信號(hào)隨輸入端的信號(hào)而計(jì)數(shù)。Latched:表示芯片工作,但輸出信號(hào)由于鎖存功能而不變,要注意其與Nochange
的區(qū)別。
以下是動(dòng)態(tài)掃描控制DS1,DS2,DS3依次有效輸出的波形關(guān)系:
以下是CD4553的設(shè)計(jì)原理圖:
4、CD4511:BCD鎖存、7段譯碼驅(qū)動(dòng)器(1)管腳圖:
(2)原理與功能:
CD4511自身具有鎖存功能(LE端,管腳:5),可以保持出信號(hào)在一定條件下不變。其最大功能是可以驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管。與CD4543不同之處在于,CD4511只能用來驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管,而CD4543既可以驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管,也可以驅(qū)動(dòng)共陽數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)方案中沒有用到其鎖存功能,故LE端,管腳:5接地。
5、LG5631AX:3位7段共陰數(shù)碼管(1)管腳圖:
(2)原理與功能:
三位共陰數(shù)碼管,帶小數(shù)點(diǎn),自身無顯示驅(qū)動(dòng),需要外接顯示驅(qū)動(dòng)。
六、技術(shù)難點(diǎn)分析與解決
1、如何將輻條計(jì)數(shù)信號(hào)與速度聯(lián)系起來?
由于CD4553是DIS端(管腳:11)輸入低電平時(shí)電路執(zhí)行計(jì)數(shù)功能,所以要想將輻條計(jì)數(shù)信號(hào)與速度聯(lián)系起來,則需要設(shè)定合理的計(jì)數(shù)時(shí)間,這個(gè)功能由NE555搭成的多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)。低電平時(shí)間長度為0.719s(具體算法請見設(shè)計(jì)思路部分)。
其中的滑動(dòng)變阻器用于調(diào)整輸出信號(hào)占空比,使輻條計(jì)數(shù)信號(hào)與速度對應(yīng)關(guān)系可調(diào),以適應(yīng)于不同輪子的記速要求。
2、如何在合適時(shí)刻產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)?
復(fù)位信號(hào)應(yīng)該是在CD4553DIS端輸入信號(hào)處于下降沿時(shí)產(chǎn)生一個(gè)占空比較小的高電平復(fù)位脈沖。我組原設(shè)想是用NE555搭建一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,即由多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖下降沿來觸發(fā)單穩(wěn)產(chǎn)生復(fù)位脈沖,但是仿真總無法通過,且仿真時(shí)兩個(gè)NE555產(chǎn)生的信號(hào)總不能同時(shí)正常得到。后得知原因?yàn)椋篘E555無法搭成占空比很小的單穩(wěn)觸發(fā)器,故另求它法。想到了用電阻、電容和反向器搭建單穩(wěn)觸發(fā)器的方法,且反向器最好用CMOS芯片,因?yàn)镃MOS功耗小,電壓在其上損失較小。
3、如何實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示,而肉眼卻無法觀察到?
我組初始設(shè)計(jì)的電路總能用肉眼看到數(shù)碼管在掃描,原是以為由于送數(shù)時(shí)間較長造成的。后經(jīng)指導(dǎo)老師指點(diǎn)和自己的思考發(fā)現(xiàn):送數(shù)時(shí)間是很短的,只是我們沒有很好地利用起CD4553的鎖存功能造成的。
起初的電路圖為:
NE5553端輸出直接CD4553的LE和DIS端,沒有認(rèn)真分析兩者波形關(guān)系下的作用,忽略了CD4553鎖存功能的使用方法。
后來改進(jìn)的電路圖為:
正如上圖中所寫的:多諧振蕩器輸出端:一段直接CD4553的DIS管腳,另一端經(jīng)CD40106接CD4553的LE管腳上。完整示意圖見下圖。
由其產(chǎn)生的時(shí)間閘門、復(fù)位、鎖存信號(hào)的關(guān)系為:
其中,復(fù)位信號(hào)與時(shí)間閘門信號(hào)關(guān)系如下:
(即:CD4553DIS管腳與MR管腳的輸入信號(hào)關(guān)系)
4、如何只點(diǎn)亮個(gè)位與十位之間的小數(shù)點(diǎn),且保持“常亮”?
所謂“常亮”并不是說小數(shù)點(diǎn)總亮不滅,而是由于小數(shù)點(diǎn)亮滅速度太快,人的肉眼無法分辨出來而產(chǎn)生的錯(cuò)覺。
我組起初的小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)亮總是有兩位同時(shí)亮,無法做到只使某一位亮。當(dāng)時(shí)CD4553與數(shù)碼管的連接方式是:DS2(控制數(shù)碼管十位)端直接數(shù)碼管的3管腳(LP端,該端高電平有效,為小數(shù)電供電),產(chǎn)生的現(xiàn)象為百位的小數(shù)點(diǎn)亮,個(gè)位的小數(shù)點(diǎn)亮,唯獨(dú)十位管子上的小數(shù)點(diǎn)不亮。起初根本無法搞懂這是為什么,但是經(jīng)過偶然的一試,發(fā)現(xiàn)如果在DS2(控制數(shù)碼管十位)端先接一個(gè)CD40106再接數(shù)碼管的3管腳(LP端,該端高電平有效,為小數(shù)電供電),現(xiàn)象為只有十位管子上的小數(shù)點(diǎn)亮,就對上了,且數(shù)碼管的亮度比以前更亮了。
觀察上圖可以發(fā)現(xiàn):CD4553上的DS輸出為低電平有效。我由此猜測出了使任意一位小數(shù)點(diǎn)工作的控制方法。
小數(shù)點(diǎn)亮的條件:
(1)數(shù)碼管3號(hào)管腳保持在高電平狀態(tài)。
(2)CD4553上的DS2輸出為低電平時(shí),數(shù)碼管十位上所接的三極管導(dǎo)通,數(shù)
碼管十位處于點(diǎn)亮狀態(tài)。
得到不同試驗(yàn)現(xiàn)象的原因:起初不接CD40106:
DS2=0時(shí),十位工作,但由于LP端=0,小數(shù)點(diǎn)不亮
DS2=1時(shí),十位不工作,個(gè)位、百位依次為低電平一次,此時(shí)控制小數(shù)點(diǎn)的LP端=1,所以在個(gè)位、百位依次工作時(shí),小數(shù)點(diǎn)也就跟著亮了。再加上快速的亮滅,好似百位、個(gè)位的小數(shù)點(diǎn)保持“常亮”。
之后接CD40106:
DS2=0時(shí),十位工作,由于LP端=1,十位小數(shù)點(diǎn)亮
DS2=1時(shí),十位不工作,個(gè)位、百位依次為低電平一次,此時(shí)控制小數(shù)點(diǎn)的LP端=0,所以盡管個(gè)位、百位依次工作,但其相應(yīng)小數(shù)點(diǎn)卻不會(huì)亮。再加上快速的亮滅,好似十位管子上的小數(shù)點(diǎn)保持“常亮”。
七、改進(jìn)意見及收獲體會(huì)
1、改進(jìn)意見
由于時(shí)間倉促,完成實(shí)驗(yàn)已然很緊迫,沒有再做擴(kuò)展功能。但是,實(shí)際起初我已經(jīng)向好了擴(kuò)展的設(shè)想。就是在速度表的基礎(chǔ)之上,追加超速報(bào)警功能,可以在數(shù)碼管的某個(gè)管腳或者是計(jì)數(shù)裝置上引出一根線接在發(fā)光二極管或蜂鳴器上,當(dāng)超過某一限速時(shí),引發(fā)報(bào)警裝置的反應(yīng)。本想法的具體實(shí)現(xiàn)方案還有待商討與深思。
此外,數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片也可以選用CD4511,因?yàn)镃D4511既可驅(qū)動(dòng)共陽數(shù)碼管,又可以驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管,使用起來比較靈活,兼容性較強(qiáng)。
2、收獲體會(huì)
通過這次課設(shè),我對數(shù)電的認(rèn)識(shí)又更深了一步。使我對數(shù)電的感覺從以往的靜態(tài)感向現(xiàn)在的現(xiàn)實(shí)感有著明顯的轉(zhuǎn)變。盡管在實(shí)驗(yàn)中遇到了不少困難,但是在指導(dǎo)老師的幫助和自己的努力下解決了困難又是十分讓人振奮的!我從其中體驗(yàn)到了快樂,一種從忙碌到沮喪到豐收的快樂。我感覺自己成熟了,其中有對知識(shí)的感悟的,也有對小組伙伴的交流相處的。
最后,衷心感謝學(xué)校,感謝電工電子試驗(yàn)中心,感謝指導(dǎo)幫助過我的紀(jì)寶倫老師,真心希望我校的學(xué)生課設(shè)活動(dòng)越辦越好,讓更多同學(xué)從中受益!
參考資料:
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[7]電子電路實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用課題設(shè)計(jì)盧結(jié)成編著中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社[8]全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)竟賽歷年題析上海交通大學(xué)出版社[9]74系列集成電子元件手冊
[10]數(shù)字集成電路應(yīng)用300例徐巧魚主編
附錄:主要器件的PDF文件和外擴(kuò)電路選截
計(jì)數(shù)器編譯碼器應(yīng)用舉例8十擋互鎖觸摸開關(guān)
十擋互鎖觸摸開關(guān)電路見圖8。F1、F2組成時(shí)鐘脈沖振蕩器。由于CD4017的
端通過一10M電阻接高電平,故時(shí)鐘被抑制。當(dāng)用手觸摸某一觸片時(shí),
如果與其相連的輸出端為高電平,則電路無任何反應(yīng);如果為低電平,則相當(dāng)于將
端接低電平,故CD4017開始計(jì)數(shù),直至與觸片相連的輸出端輸出高電平
為止。由此形成觸摸互鎖。
9三位半計(jì)數(shù)、顯示電路
三位半計(jì)數(shù)、顯示電路由CD4553、CD4511組成,如圖9所示。該電路最高計(jì)數(shù)值為“1999”。譯碼器采用一片CD4511,顯示部分使用了三只共陰極LED數(shù)碼管和兩只扁方形LED。其中千位的“1”由兩只扁方形LED組成。電路加電時(shí),由于01μF電容的復(fù)位作用使“或非”門HF2輸出低電平,兩只LED均不亮;當(dāng)電路計(jì)數(shù)值由“999”變?yōu)椤?00”時(shí),CD4553的{14}腳輸出一個(gè)正脈沖,此脈沖使HF1輸出低電平、HF2輸出變?yōu)楦唠娖,故兩只LED點(diǎn)亮,整個(gè)顯示部分顯示出“1000”字樣,從而組成了三位半計(jì)數(shù)電路。此電路加上適當(dāng)?shù)妮斎虢涌,如光電轉(zhuǎn)換、磁電轉(zhuǎn)換、聲電轉(zhuǎn)換等,便可直接用于各種計(jì)數(shù)場合;如在時(shí)鐘輸入端加一單穩(wěn)電路,便可用于人工手動(dòng)計(jì)數(shù)。
10六位計(jì)數(shù)顯示電路
六位計(jì)數(shù)顯示電路由CD4553、CD4543組成,見圖10。最高計(jì)數(shù)值為
“999999”。兩片CD4553級(jí)聯(lián)使用,利用一組分時(shí)控制輸出形成六位動(dòng)態(tài)顯示。兩片CD4553的掃描振蕩均取自一個(gè)芯片,由此形成只用一組三只晶體管對六位數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。譯碼器采用兩片CD4543,顯示部分所用六位數(shù)碼管是共陽極的。
11系數(shù)變換電路
系數(shù)變換電路見圖11。利用CD4553的一些控制輸入端,可以組成一種“系數(shù)變換”電路。此電路可以將具有固定比例關(guān)系的一對“可測量”(ED)和“欲測量”(UD)中的“ED”變換成“UD”,并以數(shù)字方式予以顯示。概而言之,這種“系數(shù)變換電路”實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字乘法器兼計(jì)數(shù)顯示電路。例如,我們要測量汽車的行駛速度(UD),可以通過測量推動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速(ED)來間接得到。假設(shè)根據(jù)某汽車的缸數(shù)及齒輪比,已求出當(dāng)推動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為2200轉(zhuǎn)/分時(shí),車速為80km/小時(shí),設(shè)推動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一圈得到4個(gè)輸入脈沖,這可以通過在推動(dòng)軸上均勻設(shè)置四只小磁鐵來得到,則每秒輸入脈沖的個(gè)數(shù)為2200×4÷60=146.66個(gè)。我們的要求是將推動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速最后轉(zhuǎn)變成以“公里/小時(shí)”為單位的車速,即要完成當(dāng)輸入脈沖頻率為146.66Hz時(shí),數(shù)字顯示正好為80這樣一個(gè)線性變換。顯然,只需在CD4553中建立一個(gè)合適的清零周期即“閘門時(shí)間”、再適時(shí)進(jìn)行鎖存和送數(shù)就行了。
圖11a就是為執(zhí)行“系數(shù)變換”而附加的一部分電路,其中譯碼顯示部分同圖9,故略去未畫。IC1A組成多諧振蕩器,產(chǎn)生計(jì)數(shù)時(shí)基閘門。IC1B用作緩沖放大。IC1C及其輸入端的微分電路產(chǎn)生鎖存脈沖。IC1D及其輸入端的微分電路產(chǎn)生復(fù)位脈沖。電路各點(diǎn)波形如圖11b所示。按如上介紹,當(dāng)輸入脈沖頻率為146.66Hz時(shí),數(shù)碼顯示應(yīng)為80,則閘門時(shí)間應(yīng)調(diào)定為80/146.66=0545秒。它是通過細(xì)調(diào)R來實(shí)現(xiàn)的。此電路的精度完全取決于閘門時(shí)間的準(zhǔn)確度,如
用在特殊要求場合,時(shí)基閘門應(yīng)通過晶振分頻來實(shí)現(xiàn)。圖中IC1使用一片CMOS六施密特觸發(fā)器CD40106。12脈沖數(shù)字編碼多路收發(fā)裝置
發(fā)射電路見圖12。PT2262是一片數(shù)字編碼電路,A0~A7是地址輸入,可編成1、0、開路3種狀態(tài)。D0~D3是數(shù)據(jù)輸入,只可編為1、0兩種狀態(tài)。是發(fā)送控制端,當(dāng)
為低電平時(shí),由D0UT端輸出代表地址和數(shù)據(jù)狀態(tài)的串行
端的狀態(tài)和D0~D3的輸入狀態(tài)由
信號(hào),經(jīng)發(fā)射機(jī)調(diào)制放大后經(jīng)天線發(fā)射。
前面講過的CD4532組成的鍵盤編碼器控制,完整的鍵盤編碼器電路見第五講的圖3。為示區(qū)別,將原圖3中的輸入D0~D15改成I0~I(xiàn)15。靜態(tài)時(shí),I0~I(xiàn)15均為低電平,GS′端為低電平,所以任一端變高時(shí),GS′亦變高,
為高,PT2262不發(fā)射信號(hào)。當(dāng)I0~I(xiàn)15
變低,PT2262開始發(fā)射信號(hào),其數(shù)據(jù)輸入由代
表I0~I(xiàn)15輸入狀態(tài)的Y0~Y3提供。
接收電路見圖13。接收機(jī)將發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)接收并恢復(fù)到與D0UT輸出相同的波形,送至PT2272譯碼。PT2272是一片數(shù)字譯碼電路,當(dāng)其地址輸入A0~A7與PT2262相同時(shí),在D0~D3端即恢復(fù)出原來加在PT2262的D0~D3端的數(shù)據(jù),且VT變高,指示傳輸有效。D0~D3這4位數(shù)據(jù)輸出經(jīng)CD4514譯碼后輸出,驅(qū)動(dòng)其它控制或指示裝置,輸出Y0~Y15和發(fā)射端I0~I(xiàn)15相對應(yīng),由此形成多路收發(fā)。對于A0~A7的每一個(gè)固定地址,可形成D0~D3共15路信號(hào),而A0~A7一共可編成38=6561種碼。所以,此種電路一共可形成15×38=98415種編碼。當(dāng)然,在發(fā)射電路中可將鍵盤編碼換成第五講中的圖2,相應(yīng)地在接收電路中,將CD4514換成CD4028。工作原理類似,只是編碼路數(shù)稍少。
1316通道DTMF紅外遙控系統(tǒng)
發(fā)射電路見圖14。發(fā)射指令鍵采用標(biāo)準(zhǔn)的4×4導(dǎo)電橡膠鍵盤,當(dāng)任一鍵按下時(shí),MK5087的{16}腳便輸出一對應(yīng)的DTMF信號(hào),經(jīng)三極管互補(bǔ)放大電路放大后,驅(qū)動(dòng)兩只紅外發(fā)射管發(fā)射紅外遙控指令信號(hào)。
接收電路見圖15。由發(fā)射器發(fā)出的DTMF紅外指令信號(hào)被PH302光電管接收、三極管放大后送至CM8870內(nèi)部進(jìn)一步放大、檢測,輸出8421碼,由CD4514譯碼,輸出Y0~Y15一共16種控制信號(hào)。
14多路數(shù)顯收發(fā)電路
發(fā)射電路見圖16。MK5087輸出DTMF信號(hào),經(jīng)發(fā)射電路輸出。傳輸媒介可以是射頻、紅外、超聲、有線、電力線載波等。編碼鍵盤只選用0~9,因在DTMF編碼中,代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0000”的是字母“D”,所以用“D”鍵形成阿拉伯?dāng)?shù)字“0”。
接收電路見圖17。CM8870將接收到的DTMF信號(hào)譯成8421碼,輸出至各片CD4511譯碼器的輸入端,但各片CD4511傳輸鎖存由CD4017的Y1~YN來控制。當(dāng)接收到第一個(gè)DTMF編碼信號(hào)時(shí),CM8870的{15}腳變?yōu)楦唠娖,觸發(fā)CD4017,使其Y1輸出高電平,經(jīng)施密特門后形成一負(fù)脈沖,使第一片CD4511的LE端傳輸有效,所以,第一片CD4511譯碼顯示的是第一個(gè)DTMF信號(hào)。當(dāng)接收到第二個(gè)DTMF信號(hào)時(shí),CD4017的Y2輸出高電平,如上所述,最終使第二片CD4511譯碼顯示第二個(gè)DTMF信號(hào)。依此類推,可逐位顯示各個(gè)DTMF信號(hào)。當(dāng)最后一位傳輸完畢后,CD4017復(fù)零,為下一次接收做好準(zhǔn)備。
15DTMF選呼電路
DTMF選呼電路見圖18。
CM8870將DTMF信號(hào)譯為8421碼,CD4028將8421碼譯成十進(jìn)制碼。當(dāng)發(fā)射端分別按D、1~9這10個(gè)按鍵時(shí),CD4028的Y0~Y9會(huì)對應(yīng)輸出高電平。CD4043組成密碼對碼電路,詳細(xì)工作原理請參見觸發(fā)器一講中應(yīng)用舉例中第一個(gè)例子說明。此處只把結(jié)論表述如下:僅當(dāng)K1~K4順序輸入高電平時(shí),Q4輸出才由高變低,控制低放工作,使揚(yáng)聲器發(fā)聲。因此,選呼密碼設(shè)置是通過Y1~Y9至K1~K4的連線來完成的。由于有4位密碼,且Y1~Y9不能重復(fù)連接,所以發(fā)射端最多可控制9×8×7×6=3024路接收機(jī)。S1是復(fù)位開關(guān)。按S1時(shí),Q4即輸出高電平。在發(fā)射端按“D”鍵,CD4028的Y0輸出高電平,其作用相當(dāng)于S1。所以在發(fā)射端可用“D”鍵關(guān)閉所有的接收電路。
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