数电实训报告.docx
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数电实训报告
实习(设计)报告
姓名张子望
班级13电51
学号1
实习(设计)科目电子技术综合课程设计实习
实习(设计)地点403D
实习(设计)时间
电气工程及自动化学院
SchoolofElectricalEngineering&Automation
实习(设计)
科目
电子技术综合课程设计实习
实习
设计
指导
教师
姓名
职务
所在部门
刘丽君
教师
谢新刚
教师
黄玲琴
教师
姜行东
教师
实习
设计
小组
成员
张子望
实习
设计
要求
1:
设计8位流水灯
2:
可以控制流水灯的开始与停止
3:
可以控制流水灯的变化方向
实习
设计
任务
设计流水灯电路
说明:
(1)本日志用于记录实习(设计)过程中的各项活动内容,要求学生必须填写具体、齐全、工整。
(2)实习(设计)结束后由专业科主任审查签字。
第一篇电子技术综合课程设计
一:
设计题目
设计一个循环彩灯控制电路
二:
设计任务
1:
设计制作一个八位循环彩灯,能够控制彩灯循环的开始与结束,也可以改变彩灯循环的方向;
2:
了解主要芯片使用方法;
3:
掌握所学数电知识;
三:
原理框图
四:
设计电路原理分析
总体电路图
图1流水灯电路总体电路图
本设计的流水灯为8位流水灯,能够实现8位循环移位。
并且可以通过按键控制循环的方向。
为了实现以上功能,本系统由时钟发生电路,按键控制电路,移位电路组成。
时钟发生电路
图2时钟发生电路
时钟发生电路由555定时器电路组成。
其震荡周期为T=(2R2+R1)*C2*ln3;其占空比为R2/(R1+R2);若想改变其震荡频率,即改变流水灯变化时间,只需要改变R1或R2的大小就可以。
图三为时钟电路仿真结果:
图3时钟发生电路仿真图
利用555定时器的输出方波作为移位寄存器的时钟,即可驱动移位寄存器工作。
按键控制电路
为了实现流水彩灯的控制,加入了按键控制电路。
图四为按键控制电路:
图4按键控制电路
按键控制电路可以实现流水灯的开始与结束,流水灯的正转与反转。
下表为其输出真值表:
S1
S2
U4
U5
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
表1开关控制电路的真值表
当S2打开后,U4,U5输出都为1,则移位器处于预置数状态。
S1闭合后,移位器处于正常移位状态,这时可以通过改变S2开关状态来改变U4,U5的输出,改变移位器的控制线的状态,达到改变移位方向的目的。
特别注意的是,U4与U5的输出借到移位寄存器的S0,S1。
只有这样,我们才可以利用按键的输出改变电路的状态,达到控制电路的状态的目的。
移位寄存器部分
为了实现流水灯,我们需要使用相应的集成电路达到信号选择的目的。
移位可以使用三线-八线译码器,或者计数器完成,也可以使用移位器完成。
方案1:
使用三线-八线译码器。
138是三线-八线译码器,可以通过对三位输入信号选通对应的路。
但是为了实现流水灯的正反转还需要使用192加减计数器。
相应的电路较为复杂。
方案2:
使用移位寄存器。
194是四位移位寄存器,本身带有左移与右移功能,且控制简单,对于本设计较为简单。
所以,选择方案2;
图五为移位寄存器194的链接电路:
图5194移位寄存器电路
五芯片介绍
555定时器
555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路,利用它能方便的构成施密特触发器,单稳态触发器和多谐振荡器。
由于使用灵活,方便,所以555定时器在波形的产生与变换,测量与控制,家用电器,电子原件等许多领域得到了应用。
图六是其内部原理图:
图6555定时器内部原理图
可以看到,在555定时器内部,有两个集成运放C1,C2。
C1同相输入端接到了2/3VCC,并且由5号引脚引出,作为可变参考电压的输入端。
C2的反相输入端接到了1/3VCC。
在5号引脚悬空时,555定时器内部阀值电压为1/3VCC和2/3VCC。
表二为其功能表:
输入
输出
R
TH
TR
VO
Td状态
0
×
×
低
导通
1
>2/3VCC
>1/3VCC
低
导通
1
<2/3VCC
>1/3VCC
不变
不变
1
<2/3VCC
<1/3VCC
高
截止
1
>2/3VCC
<1/3VCC
高
截止
表2555定时器功能表
利用555定时器可以很方便的连接多谐振荡器,其连接方式如图二所示。
结合555定时器内部结构,多谐振荡器的电路原理如图七:
图7多谐振荡器原理图
由原理图可知,多谐振荡器实际上是在施密特触发器的基础上更改而来。
其电容C上的电压在1/3
与2/3
之间变动。
设电容C的充电时间为T1,放电时间为T2,则
其中,
=2/3
=1/3
;
由此得,
;
;
;
;
;
又
;
;
即可得到此多谐振荡器的震荡频率;
其中,其占空比为:
图八为电容C上的电压与输出电压的波形图:
图8多谐振荡器的波形
移位寄存器194
两片194组成8位移位电路,U1为低位片,U2为高位片。
U1的Q3接到U2的DSR,Q0接到U2的DSL;U2的Q3接到U1的DSR,Q0,接到DSL;这样就将两片194接成可以左右移位的环形移位寄存器。
下表为194的功能表:
功能
输入
输出
CP
CR
S1
S0
SR
SL
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
清除
×
0
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
送数
↑
1
1
1
×
×
a
b
c
d
a
b
c
d
右移
↑
1
0
1
DR
×
×
×
×
×
DR
Q0
Q1
Q2
左移
↑
1
1
0
×
DL
×
×
×
×
Q1
Q2
Q3
DL
保持
↑
1
0
0
×
×
×
×
×
×
Q0
Q1
Q2
Q3
保持
↓
1
×
×
×
×
×
×
×
×
Q0
Q1
Q2
Q3
表3194功能表
由194的功能表可知,当S1=S2=1时,194处于预置数状态,其输出为预置数。
当S1=0,S0=1时,194在上升延进行右移。
当S1=1,S0=0时,194在上升延进行左移。
当S1=0,S0=0和下降延时,194保持。
利用S1与S2状态相反从而其移位方向的不同,可以顺利的链接出双向的移位控制电路;
下图为CC40194的引脚逻辑图:
图9CC40194引脚图及逻辑图
控制电路与非门
由于按键控制电路需要三个与非门来实现,所以选择与非门芯片74LS00。
其中有一路与非将两个输入端接到一起用作非门。
下图为74LS00芯片引脚以及逻辑图:
图974LS00引脚图
74LS00为74系列与非门,其上升时间为9ns,下降时间为10ns,功耗为9mW。
是74系列高速,低功耗的与非门。
其功能逻辑图如下:
A
B
Y
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L
表4与非门逻辑表
利用与非门的配合,将控制电路的两个输出连接到两个移位寄存器的控制端上,实现对流水灯的开始,停止,正转,反转的控制。
六整体电路图
下图为本设计的整体电路仿真图
图10仿真整体图
七仿真结果
停止置数状态
图11停止置数状态
正向旋转状态
图12正向旋转状态
(1)
图13正向旋转状态
(2)
如图13
(1),13
(2)所示,当S1闭合,S2打开,灯依次从上到下亮;
反向旋转状态
图14反向旋转状态
(1)
图15反向旋转状态
(2)
如图14
(1),14
(2)所示,当S2闭合,S1打开,灯依次从下到上亮;
第二篇电子技术综合课程实习
一课程实习任务
组装一台数字转速表
二电机转速表功能介绍
当电动机转动时,我们人眼无法统计电动机单位时间转过的圈数,即使电动机每秒钟只转过几圈,我们也无法准确的数数来得到电动机每分钟转动的圈数。
本套件就可以测量电动机每秒转动多少圈,最大测量范围为每秒999圈,简单的修改电路,还可以当做电子计数器来使用。
如果要显示更大的数字,用户可以自行增加CD40110和数码管,按照原理图的级联的方法进行跟多的级联。
每增加一级,计数可增加10倍再加上9。
本制作采用CD40110和CD40106来实现电动机转速表功能,其中CD40110是加减计数,译码,驱动,锁存专用芯片,可实现十进制加一,十进制减一,将计数值译成10进制LED显示码,并驱动LED。
其内部计数器和显示驱动是分开的,受计数允许(TE),清零复位(RST),显示锁存控制(LE),其中计数器还有独立的加减输入端(+-IN)和进(借)位输出端(+-out),本制作中,只需用到加计数,因此减计数对地短接,借位输出留空。
三电路原理图以及工作原理分析
转速表的原理图
转速表原理图如下
图16电子转速表原理图
转速表原理分析
电机驱动部分
电机转速表测量的电机的转速,由于电机的电压为模拟量,需要驱动电路进行驱动,下图为直流电机的驱动电路:
图17电机驱动电路
如图所示电机驱动电路实际为三极管放大电路驱动,三极管的
为:
;
其中
为滑动电阻,则三极管的输入电压可调,从而控制电机转速;
;
由于电机具有非线性,
也为非线性。
测速部分
电机的测速有许多的方法,有测电流法,有电压法,有光电法。
其中光电法最为简单,本套件采用光电法。
其基本原理是,在电机的轴上套有码盘,利用码盘上的光栅与发光二极管进行测速。
下图为其原理图:
图18光电测速
U5为光电编码器。
光电编码器由发光二极管,光电三极管组成。
当编码盘的光栅镂空部分转过发光二极管,发光二极管发出的光就照射到光电三极管,光电三极管由截止变为导通,
由高电平跳转为低电平,当光线被遮住,光电三极管则有导通变为截止,
由低电平跳为高电平。
由此完成转速的测量。
输出到CD40106的第一路反相器。
波形整定
由于光电三极管不可能完全工作在饱和或者截止状态,另外由于测量噪声的存在,
输出的波形不是标准的方波,此信号不能直接作为编码器CD40110的计数脉冲,所以需要进行波形的整定与变换。
下图为波形整定部分:
图19波形整定
波形整定是利用CD40106的第一路和第二路反相器组成滞回比较器,阀值电压为和;此电压完全可以做到波形的整定,使输出给CD40110的A1为方波。
定时与控制信号
测速需要计算单位时间脉冲数,而这个计数时间即为测速周期。
本套件的测速周期也由CD40106电路组成。
图20测速周期与控制信号
反相器5将反相器的矩形波变成一个毫秒级宽度(由C6、R25决定宽度)的正脉冲;反相器6在反相器5正脉冲的上升沿产生一个毫秒级宽度的负脉冲(由C7、R27决定宽度)作为CD40110读取计数器值让abcdefg显示并锁存,反相器6在反相器5正脉冲的下降沿产生一个毫秒级宽度的正脉冲(由C8、R26决定宽度)作为CD40110计数器清零的复位信号。
显示部分
本套件使用了LED8段数码管,使用CD40110驱动,具体电路如下:
图21显示部分
CD40110为10进制译码,锁存,驱动一体的芯片,可以级联。
四芯片介绍
CD40106介绍
CD40106是低功耗宽电压供电的COMS芯片是带迟滞功能的6个反向器,本套件采用的是14脚DIP双列直插封装的芯片,每个反向器有具一个输入端和一个输出端,6反向器占用了12个引脚,剩下的14脚为电源正极,7脚为电源负极,工作电压为3-12V,推荐工作电压为5-6V。
下图为其引脚逻辑图:
图22CD40106引脚图
CD40106实际就是反相施密特触发器。
CD40110介绍
CD40110是加减计数、译码、驱动、锁存专用芯片,可以实现10进制加1、10进制减1、将计数值译成10进制的LED显示码、驱动LED,其内部的计数器和显示驱动是分开的,受计数允许(/TE)、清零复位(RST)、显示锁存控制(LE),其中计数器还具有独立的加减输入端(+-IN)和进(借)位输出端(+-OUT),本制作中,只需要用到加计数,因此减输入端(-IN)对地短路,减借位输出端(-OUT)留空。
宽电压的CD40110,16脚为电源正极,8脚为电源负极,工作电压为3-12V,推荐工作电压为5-6V,其中abcdefg为7段LED数码管的驱动输出,输出不能短路,接数码管需要接限流电阻,限流电阻的大小一般为200欧到2000欧之间,电源电压高,限流电阻可适当取大;采用高亮LED数码管,限流电阻可适当取大;只有在电源电压较低、采用普通LED数码管或者大尺寸的数码管时,限流电阻可适当取小。
本套件采用1K欧的电阻为限流电阻。
/TE脚为计数器低电平允许脚,如果该脚为高电平,计数器在有输入信号时也会停止计数,本套件该脚接地,长为低电平,表示计数器一直处理计数状态。
RST脚为计数器清零脚。
清零,表示从0开始计数,允许计数时,+IN输入一个脉冲信号,在上升沿就会进行+1计数,如果逢9,+OUT还会输出一个进位信号给高位计数器的+IN;如果-IN输入一个脉冲信号,在上升沿就会进行-1计数,如果逢0,-OUT还会输出一个进位信号给高位计数器的-IN;这样就达到了多位数自动加减计数的效果。
LE为显示锁存,平时该脚为低电平时,abcdefg的输出和计数器的值是相等,如果计数器这时是3,abcdefg输出会让LED显示成3;如果计数器加减计数变化成5,abcdefg输出就会让LED显示成5。
当LE脚为高电平时,这时,显示的数字就会固定不变,不论计数器是加还是减还是清零,显示的数字一律不变,就好象被“锁”住了一样。
下图为CD40110引脚逻辑图:
图23CD40110引脚图
第三篇总结
一心得体会
两个星期的数电实习让我了解了数字系统设计的一般步奏和方法,掌握了一些常用的芯片功能和他的功能表,巩固了数电理论知识,查找了平时学习的不足,为以后学习打下了一定的基础。
在一开始的设计阶段,在设计的过程中,由于缺少经验,刚开始基本不知道怎么设计。
在翻阅了理论书后,再结合自己设计的要求进行设计,慢慢的有了头绪,一点点的将所学的知识串联起来,真真的做到了将所学的知识用于平时的实践,做到了学以致用。
在第二部分的练习部分,我练习了自己的焊接技术,学习了分析电路的基本方法,进一步熟息数电知识,并且学会了掌握没有学过的芯片的方法。
在实习过程中,我得到了许多老师和同学的支持,在这里多谢老师和同学的帮助。
二参考文献
《数字系统设计——数字电路课程设计指南》
——北京邮电学院出版社
《数字电路逻辑设计——脉冲与数字电路》
—— 高等教育出版社
《数字电子技术基础》
—— 高等教育出版社
实习(设计)成绩评定表
班级13电51姓名张子望学号1
1、实习(设计)名称:
电子技术综合课程设计实习
2、实习(设计)题目:
循环彩灯控制电路
3、实习(设计)时间:
自2015年12月28日至2016年1月8日
4、实习(设计)地点:
12#403D
5、主要内容简述:
6、指导教师评语:
7、指导小组复评意见:
8、成绩:
指导教师签名:
年月日
指导小组组长签名:
年月日
教研室主任签名:
- 配套讲稿:
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- 数电实训 报告