數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書_廣東工業(yè)大學(xué)

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書 第二版物理與光電工程學(xué)院電工電子部2009年 4月 1日擬制2013年 5月 6日排版目 錄圖圖 1數(shù)字鐘整機(jī)邏輯圖 . . 5圖 2石英晶體振蕩電路 . . 6圖 3校時電路 . 7圖 4交通燈控制器結(jié)構(gòu)圖 . 9圖 5交通燈控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 . 10圖 6數(shù)字頻率計原理圖 . . 14圖 7555多諧振蕩電路 . . 15圖 8數(shù)字頻率計邏輯控制電路 . . 16圖 9數(shù)字頻率計報警電路 . 17圖 10洗衣機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) . 18圖 11洗衣機(jī)控制電路原理圖 . 19圖 12洗衣機(jī)電機(jī)驅(qū)動電路 . 19圖 13四人智能搶答器原理圖 . 23表表 1信號燈譯碼電路真值

2、表 . 11表 2驅(qū)動電路控制表 . 20表 3鎖存編碼真值表 . 231 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計的目的與意義電子技術(shù)是一門實踐性很強(qiáng)的課程,加強(qiáng)工程訓(xùn)練,特別是技能 的培養(yǎng),對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。在電 子信息類本科教學(xué)中,電子技術(shù)課程設(shè)計是一個重要的實踐環(huán)節(jié),它 包括選擇課題、電子電路設(shè)計、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報告等實踐內(nèi) 容。通過課程設(shè)計要實現(xiàn)以下兩個目標(biāo):第一,讓學(xué)生初步掌握電子 線路的試驗、設(shè)計方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計要求和性能參數(shù),查閱文獻(xiàn) 資料,收集、分析類似電路的性能,并通過組裝調(diào)試等實踐活動,使 電路達(dá)到性能指標(biāo);第二,課程設(shè)計為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。畢

3、業(yè)設(shè)計是系統(tǒng)的工程設(shè)計實踐,而課程設(shè)計的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從 理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用,從已學(xué)過的定性分析、定量計 算的方法,逐步掌握工程設(shè)計的步驟和方法,了解科學(xué)實驗的程序和 實施方法,同時,課程設(shè)計報告的書寫,為今后從事技術(shù)工作撰寫科 技報告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。2 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計的方法和步驟設(shè)計一個電子電路系統(tǒng)時,首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù),根據(jù) 任務(wù)進(jìn)行方案選擇,然后對方案中的各部分進(jìn)行單元的設(shè)計、參數(shù)計 算和器件選擇,最后將各部分連接在一起,畫出一個符合設(shè)計要求的 完整系統(tǒng)電路圖。2.1 設(shè)計任務(wù)分析對系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)進(jìn)行具體分析,充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)內(nèi) 容及要求,以便

4、明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。2.2 方案論證這一步的工作要求是把系統(tǒng)的任務(wù)分配給若干個單元電路,并畫 出一個能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖。方案選擇的重要任務(wù)是根據(jù)掌握的知識和資料,針對系統(tǒng)提出的 任務(wù)、要求和條件,完成系統(tǒng)的功能設(shè)計。在這個過程中要用于探索, 勇于創(chuàng)新,力爭做到設(shè)計方案合理、可靠、經(jīng)濟(jì)、功能齊全、技術(shù)先 進(jìn),并且對方案要不斷進(jìn)行可行性和優(yōu)缺點(diǎn)的分析,最后設(shè)計出一個 完整框圖?？驁D必須正確反映系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)和各組成部分功能, 清楚表示系統(tǒng)的基本組成和相互關(guān)系。2.3 方案實現(xiàn)單元電路是整機(jī)的一部分,只有把各單元電路設(shè)計好才能提高整 體設(shè)計水平。每個單元電路設(shè)計前都需明確本單元電路的

5、任務(wù),詳細(xì) 擬訂出單元電路的性能指標(biāo),與前后級之間的關(guān)系,分析電路的組成 形式。具體設(shè)計時,可以模仿成熟的先進(jìn)電路,也可以進(jìn)行創(chuàng)新或改 進(jìn),但都必須保證性能要求。而且,不僅單元電路本身要設(shè)計合理, 各單元電路間也要相互配合,注意各部分的輸入信號、輸出信號和控 制信號的關(guān)系。為保證單元電路達(dá)到功能指標(biāo)要求,就需要用電子技術(shù)知識對參 數(shù)進(jìn)行計算。例如,放大電路中各阻值、放大倍數(shù)的計算;振蕩器中 電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)的計算。只有很好地理解電路的工作原 理,正確利用計算公式,計算的參數(shù)才能滿足設(shè)計要求。阻容元件的選擇:電阻和電容種類很多,正確選擇電阻和電容是 很重要的。不同的電路對電阻和電容性能

6、要求也不同,有些電路對電容的漏電要求很嚴(yán), 還有些電路對電阻、 電容的性能和容量要求很高。 例如濾波電路中常用大容量鋁電解電容,為濾掉高頻通常還需并聯(lián)小 容量瓷片電容。設(shè)計時要根據(jù)電路的要求選擇性能和參數(shù)合適的阻容 元件,并要注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。分立元件的選擇:分立元件包括二極管、晶體三極管、場效應(yīng)管、 光電二(三極管、晶閘管等。根據(jù)其用途分別進(jìn)行選擇。選擇的器 件種類不同,注意事項也不同。例如選擇晶體三極管時,首先注意是 選擇 NPN 型還是 PNP 型管,是高頻管還是低頻管,是大功率還是小 功率,并注意管子的參數(shù)是否滿足電路設(shè)計指標(biāo)的要求。集成電路的選擇:由于集成電

7、路可以實現(xiàn)很多單元電路甚至整機(jī) 電路的功能,所以選用集成電路來設(shè)計單元電路和總體電路既方便又 靈活,它不僅使系統(tǒng)體積縮小,而且性能可靠,便于調(diào)試及運(yùn)用,在 設(shè)計電路時頗受歡迎。集成電路有模擬集成電路和數(shù)字集成電路。國 內(nèi)外已生出大量集成電路,其器件的型號、原理、功能、特征可查閱 有關(guān)手冊。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實現(xiàn)設(shè)計方案,而 且要滿足功耗、電壓、速度、價格等多方面的要求。安裝與調(diào)試過程應(yīng)按照先局部后整機(jī)的原則,根據(jù)信號的流向逐 塊調(diào)試,使各功能塊都要達(dá)到各自技術(shù)指標(biāo)的要求,然后把它們連接 起來進(jìn)行統(tǒng)調(diào)和系統(tǒng)測試。調(diào)試包括調(diào)整與測試兩部分,調(diào)整主要是 調(diào)節(jié)電路中可變元器件或更換器件

8、,使之達(dá)到性能的改善。測試是采 用電子儀器測量相關(guān)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與波形, 以便準(zhǔn)確判斷設(shè)計電路的性能。 裝配前必須對元器件進(jìn)行性能參數(shù)測試。根據(jù)設(shè)計任務(wù)的不同,有時 需進(jìn)行印制電路板設(shè)計制作,并在印制電路板上進(jìn)行裝配調(diào)試。 3 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題目(A-E 任選一題3.1 選題 A :功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)“時” 、 “分” 、 “秒”數(shù)字顯示的計時 裝置。 鐘表的數(shù)字化在提高報時精度的同時, 也大大擴(kuò)展了它的功能, 諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、 定時啟閉路燈等。因此,研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用,有著非常現(xiàn)實的 意義。(1掌握數(shù)字鐘的設(shè)計、組裝與

9、調(diào)試方法。(2熟悉集成電路的使用方法。(1時鐘顯示功能,能夠以十進(jìn)制顯示“時” 、 “分” 、 “秒” 。(2具有校準(zhǔn)時、分的功能。(1鬧鐘功能,可按設(shè)定的時間鬧時。一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振 蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等七 部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖,秒脈 沖送入計數(shù)器計數(shù),計數(shù)結(jié)果通過“時” 、 “分” 、 “秒”譯碼器譯碼, 并通過顯示器顯示時間。數(shù)字鐘的整機(jī)邏輯框圖,如圖 1所示。圖 1數(shù)字鐘整機(jī)邏輯圖石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易 調(diào)整,它是電子鐘的核心,用它產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率

10、信號,再由分頻器分成 秒時間脈沖。用反相器與石英晶體構(gòu)成的振蕩電路如圖 2所示。利用 兩個非門 G1和 G2自我反饋, 使它們工作在線形狀態(tài), 然后利用石英 晶體 Z 1來控制振蕩頻率。 振蕩器振蕩頻率的精度與穩(wěn)定度基本上決定 數(shù)字鐘的準(zhǔn)確度,晶振頻率越高,計時準(zhǔn)確度越高。目前常見的石英 晶振頻率是 4MHz 時,則振蕩器輸出頻率為 4MHz 。 圖 2石英晶體振蕩電路振蕩器還可以采用 555時基電路代替。時間標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率很高,要得到秒脈沖,需要分頻電路。例如, 振蕩器輸出 4MHz 信號,可通過 D 觸發(fā)器(如 74LS74進(jìn)行 4分頻 變成 1MHz ,也可以將 10分頻計數(shù)器 74LS

11、160(或 74LS90行 4分 頻變成 1MHz ,然后送到 10分頻計數(shù)器 74LS160(或 74LS90 ,經(jīng) 過 6次 10分頻而獲得 1Hz 的方波信號。整個計數(shù)器電路由秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器串接而成。秒 計數(shù)器和分計數(shù)器各自由一個十進(jìn)制計數(shù)器和一個六進(jìn)制計數(shù)器串接組成,形成兩個六十 進(jìn)制計數(shù)器。時計數(shù)器可由兩個十進(jìn)制計數(shù)器串接并通過反饋接成二 十四制計數(shù)器。本系統(tǒng)用七段發(fā)光數(shù)碼管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字,發(fā)光數(shù)碼管 有兩種:共陽極或共陰極。 74LS247驅(qū)動器是低電平輸出,采用共陽 極數(shù)碼管。剛接通電源或走時不準(zhǔn)時,都需要進(jìn)行時間校準(zhǔn)。實現(xiàn)校時電路 的方法有很多,采用基本R

12、-S 觸發(fā)器構(gòu)成單脈沖發(fā)生器是其中的一種,電路如圖 3所示。 圖 3校時電路(1畫出整個系統(tǒng)的電路圖,并列出所需器件清單。(2采購器件,并按電路圖接線,認(rèn)真檢查電路是否正確,注意 器件管腳的連接, “懸空端” 、“清零端” 、 “置 1端”要正確處理。(3調(diào)試振蕩器電路,用示波器觀察振蕩頻率輸出。(4 將振蕩輸出頻率送入各分頻器, 觀察其輸出頻率是否符合設(shè) 計要求。(5檢查各級計數(shù)器的工作情況。(6查校時電路的功能是否滿足校時要求。(7 分頻器和計數(shù)器調(diào)試正常后, 觀察電子鐘是否正常準(zhǔn)確地工 作。3.2 選題 B :交通燈控制電路設(shè)計由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口,為確保 車

13、輛安全、迅速地通行,在交叉路口的每個入口處設(shè)置了紅、綠、黃 三色信號燈。紅燈亮禁止通行;綠燈亮允許通行;黃燈亮則給行駛中 的車輛有時間停靠在禁行線內(nèi)。實現(xiàn)紅、綠燈的自動指揮對城市交通 管理現(xiàn)代化有著重要的意義。(1掌握交通燈控制電路的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。(2熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計和使用方法。(1用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。(2當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時,支干道亮紅燈,而支干道允許 亮綠燈時,主干道亮紅燈。(3 主支干道交替允許通行, 主干道每次放行 30s 、 支干道 20s 。 設(shè)計 30s 和 20s 計時顯示電路。(4在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過程中間,要亮 5s 的黃 燈作

14、為過渡,設(shè)置 5s 計時顯示電路。實現(xiàn)上述任務(wù)的控制器整體結(jié)構(gòu),如圖 4所示。圖 4交通燈控制器結(jié)構(gòu)圖主控電路是本課題的核心,主要產(chǎn)生 30s 、 20s 、 5s 三個定時信 號, 它的輸出一方面經(jīng)譯碼后分別控制主干道和支干道的三個信號燈, 另一方面控制定時電路啟動。主控電路屬于時序邏輯電路,可采用狀 態(tài)機(jī)的方法進(jìn)行設(shè)計。主干道和支干道各自的三種燈(紅、黃、綠 ,正常工作時,只有 4種可能,即 4種狀態(tài):主綠燈和支紅等亮,主干道通行,啟動 30s 定時器,狀態(tài)為 S 0; 主黃燈和支紅燈亮,主干道停車,啟動 5s 定時器,狀態(tài)為 S 1; 主紅燈和支綠燈亮,支干道通行,啟動 20s 定時器,

15、狀態(tài)為 S 2; 主紅燈和支黃燈亮,支干道停車,啟動 5s 定時器,狀態(tài)為 S 3。 四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系,如圖 5所示。 未過 20ss圖 5交通燈控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可用 2個 JK 觸發(fā)器表達(dá)上述四種狀態(tài)的分配和轉(zhuǎn)換。這些計時器除需要秒脈沖作時鐘信號外,還應(yīng)受主控器的狀態(tài)的 控制。例如 30s 計時器應(yīng)在主控器進(jìn)入 S 0狀態(tài)(主干道通行時開始 計時,同樣 20s 計時器必須在主控器進(jìn)入 S 2狀態(tài)時開始計數(shù),而 5s 計時器則要在進(jìn)入 S 1或 S 3狀態(tài)時開始計數(shù),待到規(guī)定時間分別使計 數(shù)器復(fù)零。設(shè)計中 30s 計數(shù)器可以采用兩個十進(jìn)制計數(shù)器級連成三十 進(jìn)制計數(shù)器,為使復(fù)零信號有足夠的寬度,

16、可采用基本 RS 觸發(fā)器組成反饋復(fù)零電路。按同樣的方法可以設(shè)計出 20s 和 5s 計時電路,與 30s 計時電路相比,后兩者只是控制信號和反饋信號的引出端不同而 已。(1信號燈譯碼電路主控器的四種狀態(tài)分別要控制主、支干道紅黃綠燈的亮與滅。令 燈亮為“ 1” ,燈滅為“ 0” ,主干道紅黃綠等分別為 R 、 Y 、 G ,支干道紅黃綠等分別為 r 、 y 、 g ,則信號燈譯碼電路真值表為:表 1信號燈譯碼電路真值表 由真值表可進(jìn)一步得到各燈的邏輯表達(dá)式, 進(jìn)而確定其電路形式。 (2計時顯示譯碼電路計時顯示實際是一個定時控制電路,當(dāng) 30s 、 20s 、 5s 任一計數(shù) 器計數(shù)時,在主支干道

17、各自可通過數(shù)碼管顯示出當(dāng)前的計數(shù)值。計數(shù) 器輸出的七段數(shù)碼顯示用 BCD 碼七段譯碼器驅(qū)動即可, 具體設(shè)計可參 考課題一電子數(shù)字鐘的譯碼、顯示部分。產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖信號,確保整個電路裝置同步工作和實現(xiàn) 定時控制。此電路與課題一數(shù)字鐘的秒脈沖信號產(chǎn)生電路相同,可參閱其中晶體振蕩電路、分頻電路的設(shè)計。如果計時精確度要求不高,也可采用 RC 環(huán)形 多諧振蕩器。(1畫出整機(jī)電路圖,并列出所需器件清單。(2采購器件,并按電路圖接線,認(rèn)真檢查電路是否正確,注意 器件管腳的連接, “ 懸空端 ” 、“ 清零端 ” 、 “ 置 1端 ” 要正確處理。(3秒脈沖信號發(fā)生器與計時電路的調(diào)試與上一設(shè)計相同。(4

18、主控器電路的調(diào)試,可用邏輯開關(guān) K 1、 K 2、 K 3分別代替 L 、 S 、 P 信號,秒脈沖作時鐘信號,主控器狀態(tài)應(yīng)按狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖轉(zhuǎn)換。 (5如果以上邏輯關(guān)系正確,即可與計時器輸出 L 、 S 、 P 相接, 進(jìn)行動態(tài)調(diào)試。(6信號燈譯碼調(diào)試亦是如此,先用兩個邏輯開關(guān) K 4、 K 5代替 Q 2、 Q 1,當(dāng) Q 2、 Q 1分別為 00、 01、 10、 11時, 6各發(fā)光二極管應(yīng)按 設(shè)計要求發(fā)光。(7各單元電路均能正常工作后,即可進(jìn)行總機(jī)調(diào)試。3.3 選題 C :簡易數(shù)字頻率計電路設(shè)計(1了解數(shù)字頻率計測量頻率與測量周期的基本原理;(2 熟練掌握數(shù)字頻率計的設(shè)計與調(diào)試方法及減小測量

19、誤差的方 法。要求設(shè)計一個簡易的數(shù)字頻率計,測量給定信號的頻率,并用十 進(jìn)制數(shù)字顯示,具體指標(biāo)為:(1測量范圍:1Hz 9.999KHz ,閘門時間 1s ;10Hz 99.99KHz ,閘門時間 0.1s ;100Hz 999.9KHz ,閘門時間 10ms ;1KHz 9999KHz ,閘門時間 1ms 。(2顯示方式:四位十進(jìn)制數(shù)(3當(dāng)被測信號的頻率超出測量范圍時,報警 .所謂頻率,就是周期性信號在單位時間(1s 內(nèi)變化的次數(shù).若 在一定時間間隔 T 內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)為 N ,則其 頻率可表示為 f x =N/T。因此,可以將信號放大整形后由計數(shù)器累計單 位時間內(nèi)的信號

20、個數(shù),然后經(jīng)譯碼、顯示輸出測量結(jié)果,這是所謂的 測頻法?？梢姅?shù)字頻率計主要由放大整形電路、閘門電路、計數(shù)器電 路、鎖存器、時基電路、邏輯控制、譯碼顯示電路幾部分組成,總體 結(jié)構(gòu),如圖 6所示。 圖 6數(shù)字頻率計原理圖從原理圖可知, 被測信號 V x 經(jīng)放大整形電路變成計數(shù)器所要求的 脈沖信號,其頻率與被測信號的頻率 f x 相同。時基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時 間基準(zhǔn)信號,具有固定寬度 T 的方波時基信號 II 作為閘門的一個輸 入端,控制閘門的開放時間,被測信號 I 從閘門另一端輸入,被測信 號頻率為 f x , 閘門寬度 T , 若在閘門時間內(nèi)計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為 N , 則被測信號頻率 f x =

21、N/TH z ?？梢?閘門時間 T 決定量程,通過閘門時 基選擇開關(guān)選擇,選擇 T 大一些,測量準(zhǔn)確度就高一些, T 小一些, 則測量準(zhǔn)確度就低 . 根據(jù)被測頻率選擇閘門時間來控制量程 . 在整個電 路中,時基電路是關(guān)鍵,閘門信號脈沖寬度是否精確直接決定了測量結(jié)果是否精確 . 邏輯控制電路的作用有兩個:一是產(chǎn)生鎖存脈沖,使 顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定;二是產(chǎn)生清 “0” 脈沖,使計數(shù)器每次測量從零 開始計數(shù)。放大整形電路可以采用晶體管 3DGl00和 74LS00,其中 3DGl00組成放大器將輸入頻率為 f x 的周期信號如正弦波、 三角波等進(jìn)行放大。 與非門 74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器, 它對放

22、大器的輸出信號進(jìn)行整形, 使之成為矩形脈沖。時基電路的作用是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的時間信號,可以由 555組成的振蕩 器產(chǎn)生,若時間精度要求較高時,可采用晶體振蕩器。由 555定時器 構(gòu)成的時基電路包括脈沖產(chǎn)生電路和分頻電路兩部分。圖 7555多諧振蕩電路555多諧振蕩電路產(chǎn)生時基脈沖采用 555產(chǎn)生 1000H Z 振蕩脈沖的參考電路如圖 7所示。電阻參 數(shù)可以由振蕩頻率計算公式 f=1.43/(R 1+2R 2 *C 求得。由于本設(shè)計中需要 1s 、 0.1s 、 10ms 、 1ms 四個閘門時間, 555 振蕩器產(chǎn)生 1000HZ ,周期為 1ms 的脈沖信號,需經(jīng)分頻才能得到其 他三個周期的閘門

23、信號,可采用 74LS90分別經(jīng)過一級、二級、三級 10分頻得到。在時基信號 II 結(jié)束時產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號,鎖存信 號的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清 “0” 信號 V 。脈沖信號和 V 可由兩個單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器 74LSl23產(chǎn)生,它們的脈沖寬度由電路的時間常數(shù)決定。觸 發(fā)脈沖從 B 端輸入時,在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下,輸出端 Q 可獲得 一正脈沖, Q 非端可獲得一負(fù)脈沖,其波形關(guān)系正好滿足和 V 的要 求。手動復(fù)位開關(guān) S 按下時,計數(shù)器清 “0” 。參考電路,如圖 8所示。圖 8數(shù)字頻率計邏輯控制電路鎖存器的作用是將計數(shù)器在閘門時間結(jié)束時所計得的數(shù)進(jìn)行鎖 存,使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時計

24、數(shù)器的值.閘門時間結(jié)束時,邏 輯控制電路發(fā)出鎖存信號,將此時計數(shù)器的值送譯碼顯示器。選用 8D 鎖存器 74LS273可以完成上述功能.當(dāng)時鐘脈沖 CP 的正跳變來 到時,鎖存器的輸出等于輸入,即 Q=D。從而將計數(shù)器的輸出值送到 本設(shè)計要求用 4位數(shù)字顯示,最高顯示為 9999。超過 9999就要 求報警,即當(dāng)千位達(dá)到 9(即 1001時,如果百位上再來一個時鐘脈 沖 (即進(jìn)位脈沖 , 就可以利用此來控制蜂鳴器報警。 電路如圖 9所示。 圖 9數(shù)字頻率計報警電路(1通電準(zhǔn)備打開電源之前,先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情 況,并取下電路板上的集成塊,然后接通電源,用萬用表檢查板上的

25、各點(diǎn)電源電壓值,之后再關(guān)掉電源,插上集成塊。(2單元電路檢測接通電源后,用雙蹤示波器(輸入耦合方式置 DC 檔觀察時基 電路的輸出波形,看其是否滿足設(shè)計要求,若不符合,則調(diào)整 R 1和 R 2。然后改變示波器的掃描速率旋鈕,觀察 74LSl23的第 13腳和第 10腳的波形是否為鎖存脈沖 和清零脈沖 V 的波形。將 4片計數(shù)器 74LS90的第 2腳全部接低電平,鎖存器 74LS273的第 11腳都接時鐘脈沖,在個位計數(shù)器的第 14腳加入計數(shù)脈沖,檢H Z查 4位鎖存、譯碼、顯示器的工作是否正常。(3系統(tǒng)連調(diào)在放大電路輸入端加入 Vpp=1V, f=1kHz的正弦信號,用示波器 觀察放大電路和

26、整形電路的輸出波形,應(yīng)為與被測信號同頻率的脈沖 波,顯示器上的讀數(shù)應(yīng)為 1000Hz 。3.4 選題 D :洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(1掌握洗衣機(jī)控制電路的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。(2熟悉數(shù)字和模擬集成電路的設(shè)計和使用方法。設(shè)計制作一個洗衣機(jī)控制器,具有如下功能:(1 采用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計洗衣機(jī)的控制定時器, 控制洗衣 機(jī)電機(jī)作如下運(yùn)轉(zhuǎn):圖 10洗衣機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)(2洗滌電機(jī)用兩個繼電器控制。(3用兩位數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時間(分鐘數(shù) ,按倒計時方 式對洗滌過程作計時顯示,直至?xí)r間到而停機(jī)。洗滌定時時間在 010min內(nèi)用戶任意設(shè)定。(4當(dāng)定時時間到達(dá)終點(diǎn)時,一方面使電機(jī)停轉(zhuǎn),同時發(fā)出音響 信號提醒用

27、戶注意。(5洗滌過程在送入預(yù)置時間后即開始運(yùn)轉(zhuǎn)。 實現(xiàn)以上功能的洗衣機(jī)控制電路原理,如圖 11所示。 圖 11 洗衣機(jī)控制電路原理圖采用兩個繼電器控制電機(jī)的驅(qū)動電路,如圖 12所示。 圖 12 洗衣機(jī)電機(jī)驅(qū)動電路表 2驅(qū)動電路控制表本定時器包括兩級定時:一是總洗滌過程的定時;二是在總洗滌 過程中包含電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和暫停三種定時,并且這三種定時是反復(fù)循環(huán)直至總定時時 間到為止。由驅(qū)動電路控制表 2可得:當(dāng)總定時時間在 010min 以內(nèi)設(shè)定一個數(shù)值后 T 為高電平, 然后 用倒計時方法每分鐘減 1, 直至 T 變?yōu)?0。 實現(xiàn)定時的方法很多, 比如 采用單穩(wěn)電路實現(xiàn),又如將定時初值預(yù)置到計數(shù)器

28、中,使計數(shù)器運(yùn)行 在減計數(shù)狀態(tài),當(dāng)減到全零時,則定時時間到。本電路就可采用這種 方法。當(dāng)秒脈沖發(fā)生器的時鐘信號經(jīng) 60分頻后, 得到分脈沖信號。 洗 滌定時時間的初值先通過撥盤或數(shù)碼開關(guān)設(shè)置到洗滌時間計數(shù)器中, 每當(dāng)分脈沖到來計數(shù)器減 1,直至減到定時時間到為止。運(yùn)行中間, 剩余時間經(jīng)譯碼后在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。Z 1和 Z 2的定時長度可由秒脈沖到分脈沖變換的六十進(jìn)制計數(shù)器 的狀態(tài)中得到,這兩個信號以及定時信號 T 經(jīng)控制門輸出后,得到推 動電機(jī)的工作信號。(1通電準(zhǔn)備打開電源之前,先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情 況,并取下電路板上的集成塊,然后接通電源,用萬用表檢查板上的 各點(diǎn)的

29、電源電壓值,完好之后再關(guān)掉電源,插上集成塊。(2單元電路檢測接通電源后,用雙蹤示波器(輸人耦合方式置 DC 檔觀察秒脈 沖電路的輸出波形,看其是否滿足設(shè)計要求,再觀察六十進(jìn)制計數(shù)器 和洗滌時間計數(shù)器,看其輸出波形是否正確。檢查 Z 1和 Z 2的時間譯碼邏輯和電機(jī)驅(qū)動電路是否正常工作。 (3系統(tǒng)聯(lián)調(diào)設(shè)定洗滌時間,觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況和數(shù)碼管顯示。3.5 選題 E :四人智力競賽搶答器(1掌握四人智力競賽搶答器電路的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。(2熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計和使用方法。設(shè)計一臺可供 4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。用數(shù)字顯示 搶答倒計時間,由“ 9”倒計到“ 0”時,無人搶答,蜂鳴器連續(xù)響

30、1秒。選手搶答時,數(shù)碼顯示選手組號,同時蜂鳴器響 1秒,倒計時停 止。(1 4名選手編號為:1, 2, 3, 4。各有一個搶答按鈕,按鈕的 編號與選手的編號對應(yīng),也分別為 1, 2, 3, 4。(2給主持人設(shè)置一個控制按鈕,用來控制系統(tǒng)清零(搶答顯示 數(shù)碼管滅燈和搶答的開始。(3搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后,若有選手 按動搶答按鈕, 該選手編號立即鎖存, 并在搶答顯示器上顯示該編號, 同時揚(yáng)聲器給出音響提示,封鎖輸入編碼電路,禁止其他選手搶答。 搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4搶答器具有定時(9秒搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按 鈕后,定時器開始倒計時,定時顯示器

31、顯示倒計時間,若無人搶答, 倒計時結(jié)束時,揚(yáng)聲器響,音響持續(xù) 1秒。參賽選手在設(shè)定時間(9秒內(nèi)搶答有效,搶答成功,揚(yáng)聲器響,音響持續(xù) 1秒,同時定時器 停止倒計時,搶答顯示器上顯示選手的編號,定時顯示器上顯示剩余 搶答時間,并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(5如果搶答定時已到,卻沒有選手搶答時,本次搶答無效。系 統(tǒng)揚(yáng)聲器報警(音響持續(xù) 1秒 ,并封鎖輸入編碼電路,禁止選手超時 后搶答,時間顯示器顯示 0。(6可用石英晶體振蕩器或者 555定時器產(chǎn)生頻率為 1H z 的脈 沖信號,作為定時計數(shù)器的 CP 信號。電路主要由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路、倒 計時電路和音響產(chǎn)生電路組成。當(dāng)

32、有選手搶答時,首先鎖存,阻止其 他選手搶答,然后編碼,再經(jīng) 4線 7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上 同時產(chǎn)生音響。主持人宣布開始搶答時,倒計時電路啟動由 9計到 0, 如有選手搶答,倒計時停止。電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 13:圖 13 四人智能搶答器原理圖搶答信號的判斷和鎖存可采用觸發(fā)器或鎖存器。若以四 D 觸發(fā)器 74LS175為中心構(gòu)成編碼鎖存系統(tǒng),編碼的作用是把鎖存器的輸出轉(zhuǎn) 化成 8421BCD 碼,進(jìn)而送給 7段顯示譯碼器。其真值表 3:表 3 鎖存編碼真值表 搶答信號的鎖存可通過 D 觸發(fā)器的輸出相“與”反饋門控觸發(fā)脈 沖實現(xiàn),當(dāng)無人搶答時, 4個 D 觸發(fā)器的輸出 Q 非相與,為“ 1”時

33、, 脈沖能夠進(jìn)入觸發(fā)器,有一人搶答時,與門中有一個變?yōu)椤?0” ,使脈主持人選手沖不能進(jìn)入觸發(fā)器,從而防止其他人搶答。采用石英晶體振蕩器可產(chǎn)生高精度的秒脈沖,電路可參考多功能 數(shù)字鐘設(shè)計中的時鐘電路。該電路可采用十進(jìn)制同步減計數(shù)器 74LS190, 主持人宣布開始時, 按下按鈕,同時使計數(shù)器置數(shù)為“ 9” ,并在脈沖作用下開始倒計時并 在顯示器上顯示,到零時停止?？梢岳脝畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS121產(chǎn)生定寬的搶答輸出脈沖, 接入 蜂鳴器,根據(jù)脈沖寬度可計算得蜂鳴器鳴叫時間。再由主持人、選手、 倒計時共同控制它的輸入,使其在主持人開始、選手搶答、倒計時到 零時都能鳴叫。(1畫出整個系統(tǒng)的電路圖,并列