数字电路学习机的设计与实现毕业论文.doc
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1、毕业设计(论文)数字电路学习机的设计与实现专业(系) 电气工程系 班 级 学生姓名 指导老师 完成日期 目 录第1章 任务与要求 21.1课题概述 21.2设计内容与要求 21.3参数要求 2第2章 引 言 32.1研究背景 32.2论文研究目标和意义 3第3章 方案论证与设计 43.1 总体设计分析 43.2 方案的选择与设计 43.2.1 电源电路 43.2.2 逻辑电平开关电路 43.2.3 逻辑电平显示电路 53.2.4 数码管显示电路 53.2.5 555检测电路 53.2.6 时钟与分频电路 53.2.7集成数字IC电路 5第4章 硬件电路设计 64.1 原理分析 64.1.1 电
2、源电路 64.1.2 555检测电路 74.1.3 逻辑电平开关电路 94.1.4 逻辑电平显示电路 94.1.5 数码管显示电路 124.1.6 时钟与分频电路 17第5章 电路调试 195.1调试的设备 195.2调试步骤 195.2.1 电源模块调试 195.2.2 逻辑开关与显示电路模块调试 195.2.3 数码管显示调试 195.2.4 555检测电路调试 205.2.5 时钟与分频电路调试 205.2.6集成数字IC电路 20第6章 使用说明 216.1 使用方法 216.2 注意事项 216.3 故障分析 216.3.1 电源模块 216.3.2 逻辑开关与显示模块 216.3.
3、3 数码管显示模块 226.3.4 555检测电路模块 226.3.5 时钟与分频电路模块 22参考文献 23致谢 24附件一: 25摘 要数字电路是一门电子技术专业的基础课程,在基本概念和基本方法方面,逻辑代数基本定律、组合逻辑和时序逻辑的概念是分析和设计数字系统的基础,也是设计大规模集成芯片的基础,中、大规模集成电路已成为数字系统的主体,因此,数字电路学习机是一个不可或缺的学习工具。本学习机包括了五个基本功能模块,分别是电源模块、逻辑电平开关电路与显示电路、数码管显示电路、集成数字IC电路、555芯片测试电路、时钟与分频电路。电源模块为电路与其他模块提供电源。数码管显示电路是四位二进制BC
4、D码输入显示10进制数也可以调整为直驱数码管也可以通过反相器使其变成共阳显示。在电子技术实验教学过程中发现数字电路实验箱上电平指示灯不能区分高电平和高阻抗输入,原因是设计上的先天不足。为方便学生对实验现象的理解,在数字电路实验箱内部空间和线路板允许的前提下,本文针对数字电路实验箱存在的问题,提出了改进方法,文章阐述改进方案及相关电原理图。改进后数字电路实验箱既能指示高低电平输入,也能区分高电平和高阻抗输入,提高了教学效果。【关键词】数字电路;电源;时钟分频;555检测;数码管显示电路AbstractDigital circuit is a professional basic course o
5、f electronic technology, the basic concept and the basic method of logic algebra, basic law, combinational logic and sequential logic concept is the analysis and design of digital system based, is also the design of large-scale integrated chip based, in large scale integrated circuit, has become the
6、 subject of digital system, therefore, digital circuit learning machine is an indispensable tool for learning.The learning machine includes five basic function modules, respectively is the power supply module, a logic level switch circuit and display circuit, digital display circuit, integrated digi
7、tal IC testing circuit, 555 chip test circuit, a clock divider circuit with.Power module circuit and other modules to provide power. Digital tube display circuit is a four bit binary BCD code input display 10 hex numbers can also be adjusted for direct drive digital control can also be achieved thro
8、ugh the inverter make it into a total display.In electronic technology experiment teaching process found in the digital circuit experiment box level indicator lamp cannot distinguish between a high level and a high input impedance, reason is the design be congenitally deficient. For the convenience
9、of students on the experimental phenomenon of understanding, in the digital circuit experiment box interior space and the circuit board is allowed under the premise of the digital circuit experiment box, aiming at the existing problems, puts forward the improved method, the article expounds the impr
10、oving scheme and related electrical schematic diagram. Improved digital circuit experiment box can indicate low level input, are able to distinguish between a high level and a high impedance input, improve the teaching effect. Key words digital circuit power supply clock divider 555 detection digita
11、l tube display circuit第1章 任务与要求1.1课题概述数字电路实验箱是进行数字电子技术课程学习必不可少的工具,为学生理解数字逻辑电平的概念、测试逻辑电路的功能、搭建简单的数字电路等提供了有利的条件。我校数字电子实验室的ELL-3型数电逻辑实验箱功能比较简单,并且数量不多,导致实验时2-3位同学共用一个实验箱,严重影响了学生的学习积极性,教学效果不佳。市售的数字逻辑实验箱价格昂贵,功能和我校数字电子技术课程教学内容不完全匹配。因此,本课题意在设计一款能够满足我校数字电子技术课程改革需求的、价格实惠的多功能数字电路学习机。1.2设计内容与要求(1)绘制系统组成框图,确定设计方
12、案。(2)使用protel软件绘制各模块电路原理图,并分析其工作原理。(3)使用protel软件绘制整机电路原理图。(4)制作实物并进行电路的调试。(5)提交毕业设计说明书。1.3参数要求(1)电源输入:交流220V10%。(2)电源输出:直流 +12V/200mA 和+5V/2A。(3)基本功能模块包括:逻辑电平开关电路、逻辑电平显示电路、数码管显示电路、集成IC测试电路、555测试电路、时钟与分频电路。(4)扩展功能:为设计和搭建数字电路提供条件的其他电路。第2章 引 言2.1研究背景我校数字电子实验室的ELL-3型数电逻辑实验箱功能比较简单,并且数量不多,导致实验时2-3位同学共用一个实
13、验箱,严重影响了学生的学习积极性,教学效果不佳。市售的数字逻辑实验箱价格昂贵,功能和我校数字电子技术课程教学内容不完全匹配。2.2论文研究目标和意义因此,本课题意在设计一款能够满足我校数字电子技术课程改革需求的、价格实惠的多功能数字电路学习机。第3章 方案论证与设计3.1 总体设计分析本学习机主要包括逻辑电平开关电路、逻辑电平显示电路、数码管显示电路、集成IC测试电路、555测试电路、时钟与分频电路共六个模块。通过各模块的组合可实现多个实验的测试。3.2 方案的选择与设计3.2.1 电源电路方案一:线性电源。优点:反应速度快,输出纹波较小;工作噪声低;缺点:体积大,重量大,效率较低,发热量大。
14、方案二:开关电源。优点:体积小、重量轻(体积和重量只有线性电源的2030%)、效率高(一般为6070%,而线性电源只有3040%)、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。缺点:输出波纹大,故障时输出电压失控升高,容易烧毁设备。严重的开关干扰。开关稳压电源中,功率调整开关晶体管工作在开关状态,它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰,这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽,就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离,这些干扰就会串入工频电网,使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。方案确定:由于开关电源的输出纹波
15、大,而且开关电源的故障可能性较高,输出电压失控,容易烧毁设备。3.2.2 逻辑电平开关电路方案一:无按键消抖。方案二:利用电容的放电延时,采用并联电容法,实现硬件消抖。方案确定:通常的按键所用开关为机械弹性开关,当机械触点断开、闭合时,由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动,为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。这种抖动会影响信号的输出,所以我们选用方案二来减小干扰。3.2.3 逻辑电平显示电路方案一:利用LM339芯片组成一个电压比较电路,外加发光二极管来进行高低电平的显示。方案二:三极管来实现
16、可以降低成本用两个互补对称的三极管来实现高电平,低电平,高阻态的显示。方案确定:方案二相对方案一更加实用,且成本较低。3.2.4 数码管显示电路方案一:不带译码部分的数码管显示模块。方案二:具有译码功能的数码管显示模块。方案确定:将译码功能整合到数码管显示模块中使使用者操作更加方便。3.2.5 555检测电路利用555构成多谐振荡电路,驱动两个发光二极管来判断芯片的好坏。此电路原理简单,而且直观可靠。3.2.6 时钟与分频电路方案一:晶振分频采用标准晶振对它分频然后整形输出分频采用的是CD4060而整形采用的是74hc74(D触发器)2,4分频输出可以同开关选择CD4060的几分频输出就可以实
17、现多频率选择频率了。方案二:555多谐振荡价格便宜,电路简单,内部的比较器灵敏度较高,而且采用差分电路的形式,它的震荡频率受电源电压和温度变化的影响很小,将输出信号接入分频芯片,即可实现分频。方案确定:方案二的成本较低,而且抗干扰的能力较强,产生的信号可调,维修也比较方便。3.2.7集成数字IC电路方案确定:此电路较为简单,电路主要包括实验所用的所有芯片,为其他模块提供芯片支持。第4章 硬件电路设计4.1 原理分析4.1.1 电源电路电源电路为整个设备提供电源,如图4.1.1 220V交流电经两个变压器降压,桥堆整流,电容滤波,7805和7912稳压块稳压,电容二次滤波得到标准的输出。图4.1
18、.1电源电路滤波电容的大小通常比较多的是根据电源滤波输出波纹系数这个公式来计算滤波电容。C 0.289/f(U/I)ACv=0.289/50*(12/0.5)*0.2= 0.000701。 所以滤波电容取1000uf,而滤波电容所跟的抵消电解电容的感抗的瓷片电容取0.1uf。在78 * 、79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如图4-5所示。 从正面看引脚从左向右按顺序标注,接入电路时脚电压高于脚,脚为输出位。如78*系列的三端稳压管一脚输入 二脚接地三脚输出,如下图图表4-2所示。对79*负压系列,脚接地,脚接负电
19、压,输出都是脚。4.1.2 555检测电路设计一个能检测555芯片好坏的电路,如图4-1。主要思路为采用NE555构成多谐振荡器产生信号脉冲,当3脚为低电频时,LED1亮,LED2暗;当3脚为高电频时,LED2亮,LED1暗。调节R2可以改变发光二极管的闪光频率,T=0.7(R 1+2R 2)C。电路原理图如图4.2-1。图4.2-1 555检测电路NE555引脚位配置说明下: NE555接脚图Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ,通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC,下缘须低于1/3
20、VCC 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位,移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7
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