数字电子技术课程设计.ppt

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1、数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 课课 程程 设设 计计 题题 目目设计设计1 简简 易易 电电 子子 琴琴 电电 路路设计设计2 四四 人人 抢抢 答答 电电 路路设计设计3 数数 控控 步步 进进 电电 机机 设计设计4 数数 字字 频频 率率 计计数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 设计设计1 简易电子琴电路简易电子琴电路 1.设计目的(1)掌握用NE555组成多谐振荡器的方法；（2)了解简易电子琴的组成原理。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 2 设计设备与器材 IC芯片NE555两片扬声器1个，琴键开关（或用常用按钮代替）8个，电阻、电容若干，二极管（4148）1

2、只，+5 V直流稳压电源1台，示波器1 台。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 3设计原理用555组成多谐振荡器的电路如图1.1所示。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图1.1 NE555构成的振荡器数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 产生的方波的频率为简易电子琴电路如图1.2所示。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图1.2 简易电子琴电路数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 4.接上电源，分别按下S1S8开关，试听C调的1，2，3，4，5，6，7，1，音调要清晰，节拍发生电路应工作正常。5 设计报告（1）通过改变C1的值改变输出信号的频率可不可以？与改变R2（

3、R21R28）的值的方法相比，哪一种更好？为什么？（2）去掉C3，把NE555A的3脚直接接在扬声器上会有什么现象？数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 设计设计2 四人抢答电路四人抢答电路1.设计目的 （1）掌握四D触发器74LS175的原理及使用；（2）熟悉与非门的使用；（3）掌握实践电路的工作原理；（4）培养独立分析故障及排除故障的能力。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 2.设计设备与器材 74LS175一片，74LS20一片，74LS00一片，NE555一片，电阻、电容若干，常光二极管4只，常闭按钮5个，+5 V直流稳压电源 1台，蜂鸣器 1个。数数字字电电子子技技术术课课

4、程程设设计计 3.设计原理 实验电路如图2.1所示。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图2.1 四人优先判决电路数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 4.设计步骤 （1）按图2.1连接电路，检查电源线、地线是否连接正确。将按钮S1、S2、S3、S4分别按下，观察发光管LED是否正常，蜂鸣是否发声。（2）按下S5按钮，观察工作是否正常，当按下S5时，发光管LED全灭，蜂鸣器不发声。（3）如果发现电路工作不正常，按照原理进行分析，用仪表检查，找出原因加以解决。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 5.设计报告 （1）发光二极管LED为什么要串联一个电阻？发光二极管正常工作时的电流大

5、约为多少？（2）若发光二极管改为共阳极接法，则电路将如何改动？试说明原因。（3）如果有两个按键同时按下，有两个灯同时亮，可能是何原因？如何解决。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 设计设计3 数控步进电机数控步进电机 1.设计目的（1）了解反应式步进电机的结构及工作原理；（2）掌握步进电机的驱动和控制方法；（3）理解环形脉冲分配器的作用。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 2.设计设备与器材 NE555一片，74LS74 2片，74LS04一片，发光二极管3只，续流二极管3只，电阻、电容若干，+5 V直流稳压电源 1台，反应式步进电机（三相）1台，示波器1台。数数字字电电子子技技术

6、术课课程程设设计计 3.设计原理 电路如图3.1所示。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图3.1 数控步进电机电路数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 4.设计步骤（1）连接脉冲发生电路、环形脉冲分配电路，先不接步进电机，用示波器测量555的输出，调节R2，观察R2对输出脉冲频率的影响。（2）在Q、Q、Q端分别接上发光二极管，观察发光二极管发光的规律是否符合单三拍方式的顺序，如果不是，则仔细检查电路。（3）检查无误后，接上步进电机电源，观察步进电机的转动规律。改变R2的大小，观察步进电机转速的变化。（4）改变步进电机通电的顺序，观察步进电机是否反转。数数字字电电子子技技术术课课程程

7、设设计计 5.设计报告（1）在555输出脉冲频率较高的情况下，怎样保证按下启动按钮时，D触发器不输出连续的两个“1”？（2）环形脉冲分配环节能否用74LS175或74LS174来代替74LS74？（3）若要使步进电机工作在双三拍方式，应该怎样接线？数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 设计设计4 数字频率计数字频率计 在许多情况下，要对信号的频率进行测量。利用示波器可以粗略测量被测信号的频率，精确测量则要用到数字频率计。数字频率计用到的数字技术很多。本节数字频率计的设计与制作项目可以进一步加深我们对数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。数数字

8、字电电子子技技术术课课程程设设计计 一、电路设计一、电路设计 1 设计要求设计要求 设计并制作出一种数字频率计，其技术指标如下：（1）频率测量范围：109 999 Hz。（2）输入电压幅度：300 mV3 V。（3）输入信号波形：任意周期信号。（4）显示位数：4位。（5）电源：220 V、50 Hz。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 2 数字频率计的基本原理数字频率计的基本原理 数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是在单位时间（1 s）内信号周期性变化的次数。如果我们能在给定的1 s时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对

9、稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图 4.1 数字频率计框图 3 系统框图系统框图 从数字频率计的基本原理出发，根据设计要求，得到如图4.1所示的电路框图。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 1）电源与整流稳压电路 框图中的电源采用50 Hz的交流市电。市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源。系统对电源的要求不高，可以采用串联式稳压电源电路来实现。2）全波整流与波形整形电路 本频率计采用市电频率作为标准

10、频率，以获得稳定的基准时间率漂移不能超过0.5 Hz，即在1的范围内。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 用它作普通频率计的基准信号完全能满足系统的要求。全波整流电路首先对50 Hz交流市电进行全波整流，得到如图4.2(a）所示100 Hz的全波整流波形。波形整形电路对100 Hz信号进行整形，使之成为如图4.2(b)所示100 Hz的矩形波。采用过零触发电路可将全波整流波形变为矩形波，也可采用施密特触发器进行整形。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图 4.2 全波整流与波形整形电路的输出波形数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图4.3 分频器的输出波形数数字字电电子子技技

11、术术课课程程设设计计 3）分频器 分频器的作用是为了获得1 s的标准时间。首先对如图4.2所示的100 Hz信号进行100分频得到如图4.3（a）所示周期为1 s的脉冲信号。然后再进行二分频得到如图4.3（b）所示占空比为50脉冲宽度为1 s的方波信号，由此获得测量频率的基准时间。利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在1 s时间内通过控制门的被测脉冲的数目。分频器可以由计数器通过计数获得。二分频可以采用T触发器来实现。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 4）信号放大、波形整形电路 为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行放大与整形处理，使之成为能被计数器有效识别的

12、脉冲信号。信号放大与波形整形电路的作用即在于此。信号放大可以采用一般的运算放大电路，波形整形可以采用施密特触发器。5）控制门 控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。它的一个输入端接标准秒信号，一个输入端接被测脉冲。控制门可以用与门或或门来实现。当采用与门时，秒信号为正时进行计数，当采用或门时，秒信号为负时进行计数。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 6）计数器 计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求，最高测量频率为9 999 Hz，应采用4位十进制计数器。可以选用现成的十进制集成计数器。7）锁存器 在确定的时间（1 s）内计数器的计数结果（被测信号频率）必须经锁定后才能获得稳定的显

13、示值。锁存器通过触发脉冲的控制，将测得的数据寄存起来，送显示译码器。锁存器可以采用一般的8位并行输入寄存器。为使数据稳定，最好采用边沿触发方式的器件。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 8）显示译码器与数码管 显示译码器的作用是把用BCD码表示的十进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，以获得数字显示。显示译码器的输出方式必须与数码管匹配。4 实际电路实际电路 根据系统框图，设计出的电路如图4.4所示。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图 4.4 数字频率计电路图数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 图中，稳压电源采用7805 来实现，电路简单可靠，电源的稳定度与波纹系数均

14、能达到要求。对100 Hz全波整流输出信号，由7位二进制计数器74HC4024组成的100进制计数器进行分频。计数脉冲下降沿有效。在74HC4024的 Q7、Q6、Q3端通过与门加入反馈清零信号。当计数器输出为二进制数1100100（十进制数为100）时，计数器异步清零，实现100进制计数。为了获得稳定的分频输出，清零信号与输入脉冲“与”后再清零，使分频输出脉冲在计数脉冲为低电平时能保持高电平一段时间（10 ms）。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 电路中采用双JK触发器74HC109中的一个触发器组成T触发器。它将分频输出脉冲整形为脉宽为1 s、周期为2 s的方波。从触发器Q端输出的

15、信号加至控制门，确保计数器只在1 s的时间内计数。从触发器 端输出的信号作为数据寄存器的锁存信号。被测信号通过741组成的运算放大器放大20倍后送施密特触发器整形，得到能被计数器有效识别的矩形波输出。通过由74HC11组成的控制门送计数器计数。为了防止输入信号太强损坏集成运放，可以在运放的输入端并接两个保护二极管。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 频率计数器由两块双十进制计数器74HC4518组成，最大计数值为9 999 Hz。由于计数器受控制门控制，每次计数只在JK触发器Q端为高电平时进行。当JK触发器Q端跳变至低电平时，端由低电平向高电平跳变，此时，8D锁存器74HC374（上升沿

16、有效）将计数器的输出数据锁存起来送显示译码器。计数结果被锁存以后。即可对计数器清零。由于74HC4518为异步高电平清零，所以将JK触发器的 同100 Hz脉冲信号“与”后的输出信号作为计数器的清零脉冲。由此保证清零是在数据被有效锁存一段时间（10 ms）以后再进行。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 二、频率计的制作与调试二、频率计的制作与调试 1 所需仪器设备所需仪器设备 所需仪器设备有示波器、音频信号发生器、逻辑笔、万用表、数字集成电路测试仪和直流稳压电源。2 参考步骤参考步骤 1)器件检测 用数字集成电路检测仪对所要用的IC进行检测，以确保每个器件完好。如有兴趣，也可对LED数码

17、管进行检测，检测方法由自己确定。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 2)电路连接 在自制电路板上将IC插座及各种器件焊接好；装配时，先焊接IC等小器件，最后固定并焊接变压器等大器件。电路连接完毕后，先不插IC。3)电源测试 将与变压器连接的电源插头插入220 V电源，用万用表检测稳压电源的输出电压。输出电压的正常值应为5 V。如果输出电压不对，应仔细检查相关电路，消除故障。稳压电源输出正常后，接着用示波器检测产生基准时间的全波整流电路输出波形。正常情况应观测到如图4.2(a)所示波形。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 4)基准时间检测 关闭电源后，插上全部IC。依次用示波器检测由

18、U1(74HC4024)与U3A组成的基准时间计数器与由U2A组成的T触发器的输出波形，并与图4.3所示波形对照。如无输出波形或波形形状不对，则应对U1、U3,U2各引脚的电平或信号波形进行检测，消除故障。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 5)输入检测信号 从被测信号输入端输入幅值在1 V左右，频率为1 kHz左右的正弦信号，如果电路正常，数码管可以显示被测信号的频率。如果数码管没有显示，或显示值明显偏离输入信号频率，则做进一步检测。6）输入放大与整形电路检测 用示波器观测整形电路U1A(74HC14)的输出波形。正常情况下，可以观测到与输入频率一致、信号幅值为5 V左右的矩形波。数数

19、字字电电子子技技术术课课程程设设计计 7)控制门检测 检测控制门U3C(74HC11)输出信号波形。正常时，每 间隔1 s时间，可以在荧屏上观测到被测信号的矩形波。如观测不到波形，则应检测控制门的两个输入端的信号是否正常,并通过进一步的检测找到故障电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测计数器电路。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 8)计数器电路的检测 依次检测4个计数器74HC4518时钟端的输入波形。正常时，相邻计数器时钟端的波形频率依次相差10倍。正常情况时，各电平值或波形应与电路中给出的状态一致。如频率关系不一致或波形不正常，则应对计数器和反馈门的各引脚电平与波形进行检测,通过分析找出原因，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。数数字字电电子子技技术术课课程程设设计计 9)锁存电路的检测 依次检测74HC374锁存器各引脚的电平与波形。正常情况时，各电平值应与电路中给出的状态一致。其中，第11脚的电平每隔1 s跳变一次。如不正常，则应检查电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。10)显示译码电路与数码管显示电路的检测检测显示译码器74HC4511各控制端与电源端引脚的电平，同时检测数码管各段对应引脚的电平及公共端的电平。通过检测与分析找出故障。