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数电课程设计
信息科学与技术学院
数字电子技术基础课程设计
课题名称:
数字I/O实验设计
学生姓名:
孙恩强
2009082364
马乘云
2009082377
学院:
信息科学与技术学院
专业年级:
电子信息工程2009级
完成日期:
二○一一年七月五日
目录
第一章前言……………………………………………………………………………………3
第二章设计方案论证………………………………………………………………………4
2.1概述………………………………………………………………………………………4
2.2原理论证…………………………………………………………………………………4
第三章单元电路设计………………………………………………………………………5
3.1元件仪器表……………………………………………………………………………5
3.2单元电路结构…………………………………………………………………………5
第四章仿真原理图…………………………………………………………………………9
第五章仿真分析方案……………………………………………………………………10
第六章仿真结果与分析…………………………………………………………………12
第七章设计体会……………………………………………………………………………14
第八章参考文献……………………………………………………………………………15
第一章前言
《数字电子技术基础课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。
目的是通过解决比较简单的实际问题巩固和加深在《数字电子技术基础》课程中所学的理论知识和实验技能。
训练学生综合运用学过的电子技术基础知识,在教师指导下完成查找资料,选择、论证方案,设计电路,安装调试,分析结果,撰写报告等工作。
使学生初步掌握数字电子电路设计的一般方法步骤,通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力,为后续课程的学习、毕业设计和毕业后工作打下一定的基础。
第二章设计方案论证
2.1概述
此设计是利用Multisim7.0设计一个十二进制计数器并且进行仿真分析。
Multisim7.0不但提供了强大的元件库用来模拟实际器件,使我们可以在计算机上画出要进行仿真分析的电路,代替传统的实验室搭接硬件电路的实验发法;同时又提供了许多的分析命令和虚拟仪器,使我们可以用它们来分析电路,确定电路工作的性能。
计数器是一种最简单基本的运算,计数器就是实现这种运算的逻辑电路,计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数,以实现测量、计数和控制的功能,同时兼有分频功能,计数器在数字系统中欧那个应用广泛,十二进制计数器就在工业以及生活中有着重要的作用。
不仅能用于对时钟脉冲进行计数,还可以用于分频、定时、生产节拍脉冲和脉冲序列以及数字运算等。
本次设计的十二进制计数器由十进制计数器,逻辑门以及反向器构成,使其当进行仿真时,计数状态从1—12不断循环。
2.2原理论证
系统原理框图如下:
图1系统原理框图
工作原理:
本次课设为一个十二进制计数器,一个完整的计数系统要具有存储部分、显示译码器驱动部分,电路控制部分,输入部分等组成。
第三章单元电路设计
3.1元件仪器表
表1元件仪器列表
仪器名称
型号
数量
用途
同步十进制计数器
74LS160
2片
极联构成其他进制计数器
与门
或门
非门
74LS08D
74LS32D
74LS04D
各1个
辅助设计构成其他计数器
D触发器
74LS74D
1片
存储电路并分频
共阴极显示器
DCD-HEX
2只
显示数字计数
电压源
1个
提供电压
3.2单元电路结构
(1)同步十进制计数器74LS160D
结构图如下:
图274LS160十进制计数器
Q0、Q1、Q2和Q3为计数器的输出端,D0、D1、D2和D3为计数器的输入端。
ET和EP为输入控制端,CP为时钟脉冲输入,C为进位端。
为置位端,
为复位端。
74LS160是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器
其功能表如下:
表2十进制计数器功能表
其中EP、ET为控制计数端,均为高电平时为计数状态,否则为保持状态,CLK为时钟脉冲
输入端,LD为允许计数端,RD为清零端,当各控制端均为高电平、CLK端输入时钟脉冲时,计数器开始计数并输出。
(2)非门74LS04D
逻辑符号如下:
图3非门74LS04D
(3)
D触发器
D触发器74LS74为上升沿触发的边沿触发器,触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态。
逻辑符号如下:
图474LS74D触发器
(4)74LS74D型号触发器
本系统中用74LS74D作为D触发器,则可把D触发器先转换成T′触发器,然后根据74LS74D触发器是上升沿触发的触发器并且具有分频作用作为集成计数器的一个单元电路。
(5)74LS08D、74LS32D型号门电路
74LS08D为一个与非门、74LS32D为一个或非门。
它们与触发器以及十进制计数器相连接。
与门逻辑表达式:
Y=AB,或门逻辑表达式:
Y=A+B,其逻辑符号如下:
图5与门74LS08D图6或门74LS32D
(6)发光二极管
结构图如下:
图7发光二极管
(7)时钟脉冲与DCD-HEX的共阴极LED数码管如图8
图8时钟脉冲与七段字符显示器
为了能使二十四进制数码直观地显示数字系统的运行数据,比较广泛的应用七段字符显示器,称作七段数码管。
这种字符显示器由七段可发光的线拼合而成的。
每一段包含一个发光二极管。
外加正向电压时二极管导通,发出清晰的光,有红、黄、绿等色。
只要按规律控制各发光段的亮、灭,就可以显示各种字形或符号。
显示数码管在实际应用中起着非常重要的作用,它可以清晰明了的显示各种数字,它将二进制的数值通过译码器显示出十进制的数字。
第四章仿真原理图
图9仿真分析原理图
图中74LSl60(异步清零),它是边沿触发的同步加法计数器,速度普遍高于异步计数器。
CLR为清零端,LOAD为置数端,一般均以低电平为有效电平。
若需要构成其他进制计数器,只需把计数输出加上适当门电路反馈到异步清零端CLR或同步置数LOAD即可。
图10十位计数器图11个位计数
这里74LSl60被接成十进制计数器,其置数输入端A、B、C、D接低电平,ENT、ENP接高电平,脉冲由CP端输入。
计数器的输出端QA、QB、QC、QD接译码电路74LS48的输入端A、B、C、D。
当脉冲输入时,电路状态按二进制自然序列依次递增1,QA、QB、QC、QD输出为0000、000100100011010001010110011110001001,当输出为1010也就是10时,QA、QC输出都为1,经过一个与非门后一路经反相后送入或非门的一个输入端,输出送往计数器的清零端RD使U1计数器清零,另一路经反相后作为进位脉冲送入U2计数器的脉冲输入端。
第五章仿真分析方案
本次设计主要是利用Multisim7.0实现十二进制计数器。
测试步骤:
(1)双击软件图标,进入Multisim7界面
图12软件初始页面
(2)元件选择。
点击Place工具栏,选中Component进入元器件选择区,单击Search即可查找元器件。
取用原器件时,先用鼠标点击原器件工具栏中的按扭,打开相应的分类库,再从中选择所需的原器件,进行放置。
如图12图13
图13选择所需的原器件选框
图14搜索所需元器件选框
(3)元件参数设置。
用鼠标双击一个元件→弹出该元件的属性对话框→打开其中的“Value”页面设置参数→打开“Label”页设置标号。
例如:
将一个电压源的电压值设为5V,将电压的标号设置为Vcc,图上即可显示标有Vcc的5V电源了。
(4)线路的连接。
为使将两个元器件的引脚连接起来,可将鼠标指向其中的一个引脚,该处将出现一个圆点,单击左键,然后移动鼠标,此圆点也跟着移动,移至另一个引脚时再单击左键,两脚之间就连成一条线。
连线的时候一定要正确使各个线连接上,否则将会出现运行错误。
(5)原理图设置之后,检查是否有有误,在确保无误的情况下,点击开关按钮进行仿真。
观察输出结果。
第六章仿真结果与分析
(1)仿真结果
以下两个仿真结果分别是计数器计数的仿真起点01和仿真终点12,之后计数器会自动恢复原来的01起点继续进行循环计数,并且灯会随秒数的增加而伴随闪动。
图15仿真起点
图16仿真终点
计数器显示的状态转换图如下:
图17计数器显示的状态转换图
(2)误差分析
由于地球或外界电磁场干扰使实验器件参数有差异,由于室温不同导致二极管参数数值不一致,使最终结果参数存在误差。
如果仿真电路中元件之间的连线接口处没有连接上,电路将不能正常运行;如果仿真后数码管所显示的不是从01状态到12状态,也许是元件本身的精确度不够高,导致出现误差。
第七章设计体会
数电课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计,至今我仍感慨颇多,的确,从选题到定稿,从理论到实践,在短短的两个星期的日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做数电课程设计,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次数电课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多问题,最后在王老师的辛勤指导下,终于游逆而解。
同时,在王老师的身上我学得到很多实用的知识。
总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐.这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高:
1、提高了我们的逻辑思维能力,使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。
加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识,进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。
另外,我们还更加充分的认识到,数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性
2、查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要,我们在设计电路时,遇到很多不理解的东西,有的我们通过查阅参考书弄明白,有的通过网络查到,但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。
3、相互讨论共同研究也是很重要的,经常出现一些问题,比如电路设计中的分频器的设计,开始并不理解分频器的原理,但是和其他的专业同学讨论后,理解了分频器的基本原理后,很快的设计了电路原理图,通过这次设计我深深的体会到数字电路巨大的应用潜力,它相对于模拟电路来说更加容易理解而且实际应用更加广泛。
第八章参考文献
(1)阎石.数字电子技术基础.北京:
清华大学出版社,1998.11:
32—43
(2)康华光.电子技术基础(数字部分)第四版[M].高等教育出版社1999.33-65
(3)安兵菊.电子技术基础实验与课程设计.北京:
机械工业出版社,2007.2:
49—54
(4)杨欣,王玉凤,刘湘黔.电路设计与仿真[M].北京:
清华大学出版社2006.19-44
(5)罗杰.电子线路——设计.实验.测试.北京:
电子工业出版社,2008.4:
72—86
(6)王传新.电子技术基础——分析、调试、综合设计.北京:
高等教育出版社,2006.1:
270—275
(7)彭介华.电子技术课程设计指导.北京:
高等教育出版社,2002.6:
23—42
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