唐山学院电子实习.docx
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唐山学院电子实习
唐山学院
《数字电子技术》课程设计
题目迎宾机器人设计
系(部)信息工程系
班级11应用电子2班
姓名蔡盼盼
学号3110212240
指导教师成凤敏王蕾
2013年6月24日至6月28日共1周
2013年6月28日
课程设计成绩评定表
出勤
情况
出勤天数
缺勤天数
成
绩
评
定
出勤情况及设计过程表现(20分)
课设答辩(20分)
设计成果(60分)
仿真(45)
说明书(15)
总成绩(100分)
提问
(答辩)
问题
情况
1、迎宾机器人设计中电路主要由哪些芯片组成?
2、在仿真电路图中,显示模块的电路组成?
19、7448的功能?
20、七段显示管连接的电阻值多大,意义?
综
合
评
定
指导教师签名:
年月日
目录
1引言1
1.1设计背景1
1.2设计目的2
2设计原理与思路3
3总体设计4
3.1电路所需元件的功能介绍4
3.1.1十进制可逆计数器74LS192的功能4
3.1.2十进制计数器74160的功能4
3.1.37448译码器4
3.2加减计数模块6
3.3数据显示模块7
4仿真电路测试8
4.1来访人数仿真测试............................................................................................8
4.2当前人数仿真测试..........................................................................................9
4.3清零仿真图....................................................................................................10
5设计总结.................................................................................................................11
参考文献12
附录1器件明细表13
附录2仿真电路图14
1引言
1.1设计背景
随着生活水平的提高,许多大型超市利用机器人来统计来访人数及当前店内人数,这样既能降低超市的成本,又能准确的统计出人数。
Multisim本是加拿大图像交互技术公司(InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具,被美国NI公司收购后,更名为NIMultisim,而V10.0是其(即NI,NationalInstruments)最新推出的Multisim最新版本。
目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim4个部分,能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。
Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分相互独立,可以分别使用。
Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分有增强专业版(PowerProfessional)、专业版(Professional)、个人版(Personal)、教育版(Education)、学生版(Student)和演示版(Demo)等多个版本,各版本的功能和价格有着明显的差异。
NIMultisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件,虚拟电子与电工仪器和仪表,实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。
NIMultisim10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。
NIMultisim10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用,同时也可以新建或扩充已有的元器件库,而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到,因此也很方便的在工程设计中使用。
NIMultisim10的虚拟测试仪器仪表种类齐全,有一般实验用的通用仪器,如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源;而且还有一般实验室少有或没有的仪器,如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
NIMultisim10具有较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法,以帮助设计人员分析电路的性能。
NIMultisim10可以设计、测试和演示各种电子电路,包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。
可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障,如开路、短路和不同程度的漏电等,从而观察不同故障情况下的电路工作状况。
在进行仿真的同时,软件还可以存储测试点的所有数据,列出被仿真电路的所有元器件清单,以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。
因此本次课设能深入了解迎宾机器人设计原理,更好的掌握所学知识,将理论联系实际,而且在实际操作中培养自己的实际动手能力,将理论应用与实际生活中。
NIMultisim10有丰富的Help功能,其Help系统不仅包括软件本身的操作指南,更要的是包含有元器件的功能解说,Help中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。
另外,NIMultisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口,也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。
支持VHDL和VerilogHDL语言的电路仿真与设计。
利用NIMultisim10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验,与传统的电子电路设计与实验方法相比,具有如下特点:
设计与实验可以同步进行,可以边设计边实验,修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全,可以完成各种类型的电路设计与实验;可方便地对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际的元器件,实验所需元器件的种类和数量不受限制,实验成本低,实验速度快,效率高;设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
1.2设计目的
1.培养学生理论联系实际的正确设计思想,训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。
2.学习较复杂的电子系统设计的一般方法,了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题,由学生自行设计、自行制作和自行调试。
3.进行基本技术技能训练,如常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力,掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。
4.培养学生的创新能力,根据目标要求来设计实际电路。
2设计原理与思路
迎宾机器人设计是应用电子技术和计算机技术的综合设计,使用机器人时对机器人的功能有特定的要求,首先从机器人的功能上分析要求机器人能够在不用集成芯片的情况下实现计数功能并在数码管上显示出计数人数,然后还要在费用问题上进行分析比较尽可能降低设计成本。
本文综合考虑了降低成本与功能灵活性方面的要求,利用判断单元,加减计数器和显示器模块,再加上必要的辅助电路和电源,就构成了简单实用,成本低廉和控制灵活的迎宾机器人。
本电路可安装在商场,宾馆和舞厅等营业场所的门口,用该装置来代替迎宾小姐,不仅经济,而且十分有趣。
通过对题目要求的分析和各种芯片功能及费用的比较我们决定用74LS192、74LS161和7448芯片进行设计和电路连接。
图2-1原理框图
3总体设计
3.1电路所需元件的功能介绍
3.1.1十进制可逆计数器74LS192的功能
74LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,逻辑符号如图所示
图3-1逻辑符号图
3.1.2十进制计数器74160的功能
74160具有同步预置数,异步置零和保持的功能
表3-1十进制计数器74160的功能表
CLKRD’LD’EPET工作状态
X0XXX置零
上升沿10XX预置数
X1101保持
X11X0保持(但c=0)
上升沿1111计数
3.1.37448译码器
7448是7段显示译码器,输出高电平有效的译码器。
工作电压为5V,用于驱动共阴极数码管,7448除了有实现8段显示译码器基本功能的输入(DCBA)和输出(Ya~Yg)端外,7448还引入了灯测试输入端(LT)和动态灭零输入端(RBI),以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出(BI/RBO)端,如图3-2所示。
由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能如下:
图3-27448引脚功能图
(1)7段译码功能(LT=1,RBI=1)
在灯测试输入端(LT)和动态灭零输入端(RBI)都接无效电平时,输入DCBA经7448译码,输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号,显示相应字符。
除DCBA=0000外,RBI也可以接低电平,见表1中1~16行。
(2)消隐功能(BI=0)
此时BI/RBO端作为输入端,该端输入低电平信号时,表1倒数第3行,无论LT和RBI输入什么电平信号,不管输入DCBA为什么状态,输出全为“0”,7段显示器熄灭。
该功能主要用于多显示器的动态显示。
(3)灯测试功能(LT=0)
此时BI/RBO端作为输出端,该端输入低电平信号时,表1最后一行,与及DCBA输入无关,输出全为“1”,显示器7个字段都点亮。
该功能用于7段显示器测试,判别是否有损坏的字段。
(4)动态灭零功能(LT=1,RBI=1)
此时BI/RBO端也作为输出端,LT端输入高电平信号,RBI端输入低电平信号,若时DCBA=0000,表1倒数第2行,输出全为“0”,显示器熄灭,不显示这个零。
DCBA≠0,则对显示无影响。
该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。
3.2加减计数模块
加减计数单元和加法计数单元采用十进制可逆计数器74LS192来实现,通过电平的刺激来实现加减功能。
CO为进位信号输出端,BO为借位信号输出端,CLK为时钟信号输入端,电路图如下:
图3-3加减计数模块
设计加减模块时遇到的问题一:
电路连接好了进行调试时,闭合开关J1时,七段数码管没有显示数字,置零后再次闭合J1还是没有显示数字
解决方法:
查阅数字电子技术教科书和问同学,发现连线之间没有节点重新连线,再次调试七段数码管显示数字。
设计加减模块时遇到的问题二:
进行电路调试时,首先闭合J3,电路已被置零,在闭合J1,七段数码管显示数字,当显示的数字为10时,下面的七段数码管不进位
解决方法:
因为用的是十六进制的74LS161,所以当数字是10时,不会向前进位。
通过查阅资料,把十六进制的加减计数器74LS161改成了十进制的加减计数器74LS160,这样就和上面的进制统一了。
3.3数据显示模块
数据显示电路采用译码器7448和七段数码管来实现,电路如图所示:
图3-4数据显示模块
调试电路时首先将电路调零,闭合开关J3,电路就会被清零,电路图如下:
图3-5电路清零
4仿真电路测试
4.1来访人数仿真测试
调试电路时首先将电路清零,即闭合开关J3,七段数码管显示的数字为零,然后将开关J1闭合再打开七段数码管显示一个数,再次闭合J1再打开七段数码管显示的数字就会增加一个人,重复闭合开关J1,七段数码管显示的数字就会逐一增加,当闭合开关J2再次打开时,七段数码管显示的数据不再改变,即为当前的来访人数,如下图所示:
图4-1来访人数仿真测试
来访人数仿真电路图有以下几部分组成:
74LS160,7448,电阻和七段数码管组成。
74LS160为十进制加减计数器,7448是显示器。
电阻在此起保护的作用,防止电流过大将七段数码管损坏。
4.2当前人数仿真测试
调试电路时首先将电路清零,即闭合开关J3,七段数码管显示的数字为零,在闭合开关J1在断开开关J1,这时七段数码管显示的数字为店内当前人数,电路如图所示:
图4-2当前人数仿真图
当店内有人出去时,闭合开关J2再打开,七段数码管显示的数字就会减少一位,电路如图所示:
图4-3出去一人后仿真图
当店内有人进来时,闭合开关J1再断开,七段数码管显示的数字就会增加一位,电路如图所示:
图4-4进去一人后仿真图
4.3清零仿真图
调试电路时首先将电路清零,即闭合开关J3再打开,电路如图所示:
图4-5清零仿真图
5设计总结
通过本次的课程设计,我有如下几点心得:
首先,我进一步熟悉数字电路的知识,并将其应用于实际,并且掌握了几种常用芯片的工作原理,熟记他们的真值表。
更深刻的了解了74LS192,74LS160和7448等芯片的使用,主要是管脚的连接。
其次,器件的查找很困难,画图时应用器件很慢,开始部图也部不好,总是把线连错。
每一个器件就好像存在互斥的磁场一样,不能很好地结合在一起,但是慢慢熟悉之后,就会发现,其实没有那么难,每一个器件就好像是一个个会运动的音符,总是能够得到惊喜,每按动一次开关,都会显示出不同的结果,每一个译码器和计数器都会按照自己的功能对电路进行控制,每一次的成功都会带来喜悦,对于即将面临毕业的我们,这次课设将会给以后的生活和学习带来启发。
电路的调试是一个十分重要的环节。
大部分电路图接好后都不会一次性成功,都会或多或少的出现一些问题,毕竟理论和实际是有差距的。
这时就要调试电路,首先应该根据错误初步估计出错的地方和原因,有针对性的检查电路,对错误进行改正。
只有仔细的改正电路,才能将一个完美的仿真电路正确的运行,当正确的电路完整的运行的时候,每一个显示器上面都显示出了正确的数字,那种兴奋的心情是不能用语言来表达的,当时就拥有了一种成就感。
在每一次的成功背后,都蕴含着一次又一次的努力和坚持不懈,每一滴的汗水都不会浪费,不仅学到了如何使用软件,也学会了只有坚持不放弃才能取得最后的成功。
完成这次课程设计后,真正体会到将所学知识运用到实践中的快乐,最终得到了完美的结果,但是最重要的是经历了一次难忘的过程。
在电路设计和芯片连接时,也出现了很多问题,问题多并不可怕,可怕的是在反复的受挫中没有革新,不能改进自己的方法和思路。
通过这次课程设计,我对数字电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解,也初步学会了如何将理论知识有机的与实际结合加以运用。
这是一次受益匪浅的课设。
参考文献
[1]付家才.电子工程实践技术.北京:
北京工业出版社,2003
[2]毕满清.电子技术实验与课程设计.北京:
机械工业出版社,2001
[3]阎石主编.数字电子技术基础(第五版).北京:
高等教育出版社,2009
[4]丁润涛主编.电子工程手册.北京:
机械工业出版社,1995
附录1器件明细表
器件名称
器件型号
器件数目
十进制加法计数器
74LS192
2个
十进制计数器
74160
2个
非门
74LS04
1个
电阻
200Ω
28个
电阻
1KΩ
3个
开关
3个
七段显示器
4个
附录2仿真电路图
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