水位指示器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 畢業(yè)設(shè)計

1、 水位指示器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 班級：計算機(jī)1208班 姓名：楊學(xué)良 學(xué)號：20124032目 錄 第1章 概述3第2章 課程設(shè)計任務(wù)及要求4 2.1 設(shè)計任務(wù)4 2.2 設(shè)計要求4第3章 系統(tǒng)設(shè)計5 3.1方案論證5 3.2 系統(tǒng)設(shè)計5 3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明5 3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理8 3.3 單元電路設(shè)計10 3.3.1單元電路工作原理10 3.3.2元件參數(shù)選擇19第4章 軟件仿真20 4.1 仿真電路圖20 4.2 仿真過程21 4.3 仿真結(jié)果29第5章 安裝調(diào)試30 5.1 安裝調(diào)試過程30 5.2 故障分析32第6章 結(jié)論33第7章 使用儀器設(shè)備清單34參考文獻(xiàn)35收獲

2、、體會和建議36 第1章 概述水位指示器的主要任務(wù)是保證日常生活和工業(yè)生產(chǎn)用水的穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，減少對水資源的浪費(fèi)，減輕工作人員的勞動強(qiáng)度。水位指示器的主要功能是使水箱，太陽能熱水器等各種蓄水設(shè)備中的水位保持在一定的范圍內(nèi)：當(dāng)水位達(dá)到某個規(guī)定的水位刻度時，指示燈即會亮起，提醒工作人員，保證水位在一個合理控制的范圍內(nèi)。從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，由555定時器、cd4042鎖存器和運(yùn)算放大器構(gòu)成的水位指示器，可以用于家用太陽能熱水器的水位指示，也可用于各種儲水設(shè)備及水處理設(shè)備的水位指示。這種水位指示器采用脈沖的方式為采樣電極供電，不僅能大大減少工作電源的消耗，而且可以采用普通金屬電極作為水位探測電極

3、而不被很快腐蝕，因此具有很強(qiáng)的實(shí)用價值。本次設(shè)計使用的仿真軟件為multisim, multisim是一種專門用于電子電路仿真和設(shè)計的eda工具軟件，屬于electronics workbench（簡稱ewb）系列軟件的高版本。ewb仿真軟件是一款很強(qiáng)大的電路設(shè)計軟件，它為設(shè)計者提供各種元件及儀表。multisim在保留了ewb原有的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，大大的擴(kuò)充了元件庫中電路元件的數(shù)目，增強(qiáng)了軟件仿真測試和分析功能，可實(shí)現(xiàn)模擬/數(shù)字電路的spice仿真、vhdl/verilog設(shè)計與仿真、rf電路仿真等。通過multisim對電路的仿真，可證明此設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對水位的指示功能。關(guān)鍵詞 555 運(yùn)算放

4、大器 cd4042 水位指示 multisim 第2章 課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1 設(shè)計任務(wù)一、設(shè)計目的1. 進(jìn)一步熟悉中、小規(guī)模數(shù)字集成電路的工作原理及使用方法。2. 掌握水位指示器的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。二、設(shè)計內(nèi)容2.2 設(shè)計要求完成原理圖設(shè)計、模擬仿真，按要求完成設(shè)計報告。1.理論設(shè)計部分獨(dú)立完成系統(tǒng)的原理設(shè)計。說明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，應(yīng)達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行方案論證，確定設(shè)計方案。畫出電路圖，說明各部分電路的工作原理，初步選定所使用的各種器件的主要參數(shù)及型號，列出元器件明細(xì)表。2.模擬仿真根據(jù)理論設(shè)計用multisim 7在計算機(jī)上進(jìn)行仿真。驗(yàn)證所設(shè)計方案的正確性。分析電路的工作原理，寫出仿真

5、報告。3.安裝調(diào)試部分實(shí)現(xiàn)給定的數(shù)字式搶答器，進(jìn)行單元測試和系統(tǒng)調(diào)試。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，排除系統(tǒng)故障，分析并記錄系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因，并將此部分內(nèi)容寫在報告中。4.寫出課程設(shè)計總結(jié)報告 第3章 系統(tǒng)設(shè)計3.1 方案論證 本次課程設(shè)計是基于我們的數(shù)字電子技術(shù)理論課來進(jìn)行操作的，也涉及了一些我們寫沒有見過的電路元件。 在人們的日常生活或者工業(yè)生產(chǎn)用水中，經(jīng)常會用到水箱里面的水，如果水箱之類的盛水容器能夠保持在一定的范圍內(nèi)，并能較為準(zhǔn)確的顯示出容積。目前，555定時器構(gòu)成的脈沖振蕩器在工業(yè)生產(chǎn)和日常日常生活中有著越來越廣泛的應(yīng)用，各種各樣的產(chǎn)品層出不窮，555高性能水位指示器作為555脈沖振蕩器理論的實(shí)

6、際應(yīng)用的例子，其設(shè)計具有一定的代表性。3.2 系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 結(jié)構(gòu)及框圖說明由555構(gòu)成的水位指示器，可以用于家用太陽能熱水器的水位指示，也可用于各種儲水設(shè)備及水處理設(shè)備的水位指示。這種水位指示器采用脈沖的方式為采樣電極供電，不僅能大大減少工作電源的消耗，而且可以采用普通金屬電極作為水位探測電極而不被很快腐蝕，因此具有很強(qiáng)的實(shí)用價值。555高性能水位指示器具體設(shè)計思路如圖1.1 所示。圖 1.1 水位指示器設(shè)計圖 根據(jù)電路設(shè)計的思路分析，可以用555構(gòu)成的多諧振蕩器，電壓比較器，cd4042鎖存器和發(fā)光二極管來構(gòu)成水位指示器的電路。水位指示器的電路如圖1.2所示。圖1.2水位指示器電路55

7、5高性能水位指示器電路由脈沖振蕩器、電壓比較器和水位指示電路組成。與 , 、及 、組成一個窄脈沖振蕩器。根據(jù)脈沖振蕩器輸出脈沖周期的計算公式：它的脈沖占空比約等于0.027/1.386=1/51，可見采用這種脈沖供電方式，電源的利用率是很高的。運(yùn)算放大器a1a4 組成4 級電壓比較器，它的作用是通過檢測水位電極與水位接觸與否輸出信號。將檢測信號電壓與基準(zhǔn)設(shè)定電壓進(jìn)行比較，輸出水位探測信號。555高性能水位指示器電路中，、將工作電源分壓后，取得約1v 的參考電壓，加至4 個電壓比較器的反相輸入端，作為與水位探測信號電壓的比較參考。4 個水位探測電極b1 b4分別接到4個電壓比較器的同相輸人端。當(dāng)

8、探測電極未與水接觸時，由脈沖電源提供的電壓通過 分別向c6c9充電，當(dāng)充電電壓升高到1v以上時，電壓比較器輸出高電平。當(dāng)某一探測電極與水接觸后，該電極的電壓立即降低，當(dāng)降到低于1v 時，該電壓比較器輸出低電平。如果將水位探測電極b1b4由低到高依次安裝，并規(guī)定電壓比較器輸出高電平時稱為"1" ，輸出低電平時稱為"0" ，則當(dāng)無水時， 4 個電壓比較器a1a4 的輸出組合為"1 、1 、1 、1" 。當(dāng)向水箱注水時，首先由b1 與水接觸， al 輸出低電平。這時電壓比較器的輸出組合變?yōu)?quot;0 、1 、1 、1" 當(dāng)水滿

9、時， 4 個水位探測電極b1 b4全部與水接觸，電壓比較器a1a4 全部輸出低電平，它們的輸出組合為"0 、0 、0 、0"。555高性能水位指示電路由cd4042 與led1led4 組成。cd4042b 是一只4d鎖存觸發(fā)器，其內(nèi)部封裝有4 個d 觸發(fā)器，每個觸發(fā)器均能在時鐘脈沖的作用下，將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖定并傳送到輸出端。即當(dāng)時鐘脈沖的上升沿到來時，將數(shù)據(jù)鎖存;當(dāng)時鐘脈沖的下降沿到來時，將數(shù)據(jù)輸出。為了能夠控制時鐘脈沖的極性，cd4042b 還設(shè)有一個極性控制端cp 。當(dāng)cp 接低電平時，時鐘脈沖的上升沿起鎖存作用，下降沿起傳輸作用;當(dāng)cp 接高電平時，作用正好相反。

10、由水位比較器a1a4 輸出的信號按照"11110111001100010000" 這樣的順序排列并依次輸入到cd4042b 的數(shù)據(jù)輸入端d1d4 ，在由cp 端輸入的時鐘脈沖的控制下，它的輸出端q1q4 依次輸出低電平， led1led4 依次發(fā)光，指示水位的高低。3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理 555定時器電路結(jié)構(gòu) 555定時器引腳圖 2.1.1 555定時器的功能表清零端高觸發(fā)端th（6）低觸發(fā)端（2）qn+1放電管功能00導(dǎo)通直接清零10導(dǎo)通置0 11截止置11qn不變保持 窗口比較器電路及傳輸特性   鎖存器是一種在單片微型計算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常

11、廣泛的邏輯電路元件。它的作用是鎖存數(shù)據(jù)，即當(dāng)鎖存信號起鎖存作用時，數(shù)據(jù)就被鎖住，此后的待輸入數(shù)據(jù)將無法輸入；當(dāng)鎖存信號不起作用時，它相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)緩沖，此時輸出數(shù)據(jù)將隨著輸入數(shù)據(jù)的變化而變化。圖2.3.1為鐘控d觸發(fā)器電路圖。當(dāng)cp=0時，=1，=1,由基本觸發(fā)器的功能可知，觸發(fā)器的狀態(tài)q維持不變。當(dāng)cp=1時，d觸發(fā)器的下一狀態(tài)始終和d輸入一致，起鎖存功能。 表2.3.1 d觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表d0101圖2.3.1 鐘控d觸發(fā)器電路圖 本次設(shè)計采用的是四d鎖存器cd4042，它是由芯片內(nèi)部的4個d觸發(fā)器構(gòu)成的元件。cd4042的引腳如圖2.3.2所示。圖2.3.2 cd4042的引腳圖表2

12、.3.2 四d鎖存器cd4042的功能表輸 入輸 出 ×鎖存 ×鎖存3.3 單元電路設(shè)計3.3.1 單元電路工作原理一，555定時器圖2.1.2時器的引腳圖，各引腳功能如下所述：1腳：gnd電源負(fù)端或接地，一般情況下接地。2腳：為低電平觸發(fā)端，也稱為觸發(fā)端輸入端，由此輸入觸發(fā)脈沖。當(dāng)2端的輸入電壓高于時，的輸出為1；當(dāng)2端的輸入電壓低于時，的輸出為0，使基本rs觸發(fā)器置1，即；。這時定時器輸出。圖 2.1.1 555定時器電路結(jié)構(gòu) 圖2.1.2 555定時器引腳圖3腳：為輸出端,輸出電流可達(dá)200ma，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器、指示燈等。輸出高電壓低于電源電

13、壓約13v。4腳：為是復(fù)位端，端接低電平時，不論、th處于何電平，基本rs觸發(fā)器直接置“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：為co為控制電壓端。若此端另接外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器、的參考電壓。工作中不使用co端時，一般都通過一個0.01f電容接地，以防旁電路高頻干擾。6腳：為th高電平觸發(fā)端，又叫做閾值輸入端，由此輸入觸發(fā)脈沖。當(dāng)輸入電壓低于時，的輸出為1；當(dāng)輸入電壓高于時，的輸出為0，使基本rs觸發(fā)器置0，即、。這時定輸時器出。7腳：d為放電端。當(dāng)基本rs觸發(fā)器的時，放電晶體管導(dǎo)通，外接電容元件通過放電。555定時器在使用中大多與電容器的充放電有關(guān)，為了使充放電能夠反復(fù)進(jìn)行，電路特別設(shè)

14、計了一個放電端d。8腳：為外接電源，雙極型時基電路的范圍是4.516v，若為cmos電路，時基電路的范圍為318v;兩個比較器、基準(zhǔn)電壓分別為，555時基電路的功能表如表2.1.1： 2.1.1 555定時器的功能表清零端高觸發(fā)端th（6）低觸發(fā)端（2）qn+1放電管功能00導(dǎo)通直接清零10導(dǎo)通置0 11截止置11qn不變保持 二、電壓比較器電壓比較器通常由集成運(yùn)放構(gòu)成，與普通運(yùn)放電路不同的是，比較器中的集成運(yùn)放大多處于開環(huán)或正反饋的狀態(tài)。只要在兩個輸入端加上一個很小的信號，運(yùn)放就會進(jìn)入非線性區(qū)，屬于集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用范圍。在分析電壓比較器時，虛斷路原則仍成立，虛短及虛地等概念僅在判斷臨界情

15、況的時候才適應(yīng)。電壓比較器是將一個模擬輸入信號與一個固定的參考電壓進(jìn)行比較。 參考電壓為零的比較器稱為零電平比較器。按輸入方式的不同可分為反相輸入和同相輸入兩種零電位比較器，如圖2.2.1(a)、(b)所示：圖2.2.1 過零比較器      (a)反相輸入；(b)同相輸入通常用閾值電壓和傳輸特性來描述比較器的工作特性。 閾值電壓(又稱門檻電平)是使比較器輸出電壓發(fā)生跳變時的輸入電壓值，簡稱為閾值，用符號表示。 估算閾值主要應(yīng)抓住輸入信號使輸出電壓發(fā)生跳變時的臨界條件。這個臨界條件是集成運(yùn)放兩個輸入端的電位相等(兩個輸入端的電流也視為

16、零)，即。對于圖2.2.1(a)電路，。傳輸特性是比較器的輸出電壓與輸入電壓在平面直角坐標(biāo)上的關(guān)系。畫傳輸特性的一般步驟是：先求閾值，再根據(jù)電壓比較器的具體電路，分析在輸入電壓由最低變到最高(正向過程)和輸入電壓由最高到最低(負(fù)向過程)兩種情況下，輸出電壓的 變化規(guī)律，然后畫出傳輸特性。 將零電平比較器中的接地端改接為一個參考電壓(設(shè)為直流電壓)，由于的大小和極性均可調(diào)整，電路成為任意電平比較器或稱俘零比較器。圖2.2.2 任意電平比較器及傳輸特性(a) 任意電平比較器；(b)傳輸特性電平電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但它的抗干擾能力差。也就是說，如果輸入信號因干擾在閾值附近 變化時，輸出電壓

17、將在高、低兩個電平之間反復(fù)地跳變，可能使輸出狀態(tài)產(chǎn)生誤動作。為了提高電壓比較器的抗干擾能力，下面介紹有兩個不同閾值的滯回電壓比較器。 圖2.2.3 電平檢測比較器信傳輸特性  (a)電平檢測比較器；(b)傳輸特性 滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器,遲滯比較器。這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。滯回比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。是某一固定電壓，改變的值能改變閾值及回差大小。38電子 以圖2.2.4(a)所示的反相滯回比較器為例，計算閾值并畫出傳輸特性。 圖2.2.4 滯回比較器及其傳輸特性(a) 反相輸入；(b

18、)同相輸入、正向過程正向過程的閾值為 形成電壓傳輸特性的abcd段。、負(fù)向過程負(fù)向過程的閾值為形成電壓傳輸特性的defa段。由于它與磁滯回線形狀相似，故稱之為滯回電壓比較器。利用求閾值的臨界條件和疊加原理方法，不難計算出圖2.24(b)所示的同相滯回比較器的兩個閾值： 兩個閾值的差值稱為回差.由上分析可知，改變值可改變回差大小，調(diào)整可改變和，但不影響回差大小。即滯回比較器的傳輸特性將平行右移或左移，滯回曲線寬度不變。 圖2.2.5 比較器的波形變換  (a)輸入波形；(b)輸出波形例如，滯回比較器的傳輸特性和輸入電壓的波形如圖2.2.6(a)、(b)所示。根據(jù)傳輸特性和兩個閾值(2v

19、, =2v)，可畫出輸出電壓的波形，如圖2.2.6(c)所示。從圖(c)可見，在與之間變化，不會引起的跳變。但回差也導(dǎo)致了輸出電壓的滯后現(xiàn)象，使電平鑒別產(chǎn)生誤差。圖2.2.6 說明滯回比較器抗干擾能力強(qiáng)的圖    (a)已知傳輸特性；(b)已知波形；   (c)根據(jù)傳輸特性和波形畫出的波形電平比較器和滯回比較器有一個共同特點(diǎn)，即單方向變化(正向過程或負(fù)向過程)時，只跳變一次。只能檢測一個輸入信號的電平，這種比較器稱為單限比較器。 雙限比較器又稱窗口比較器，它的特點(diǎn)是輸入信號單方向變化(例如從足夠低單調(diào)升高到足夠高)，可使輸出電壓跳變兩次，其傳輸特性如圖2.2.7(

20、b)所示，它形似窗口，稱為窗口比較器。窗口比較器提供了兩個閾值和兩種輸出穩(wěn)定狀態(tài)可用來判斷是否在某兩個電平之間。圖2.2.7 窗口比較器電路及傳輸特性   (a)窗口比較器；(b)傳輸特性三 cd4042鎖存器圖2.3.1為鐘控d觸發(fā)器電路圖。當(dāng)cp=0時，=1，=1,由基本觸發(fā)器的功能可知，觸發(fā)器的狀態(tài)q維持不變。當(dāng)cp=1時，d觸發(fā)器的下一狀態(tài)始終和d輸入一致，起鎖存功能。 表2.3.1 d觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表d0101圖2.3.1 鐘控d觸發(fā)器電路圖 本次設(shè)計采用的是四d鎖存器cd4042，它是由芯片內(nèi)部的4個d觸發(fā)器構(gòu)成的元件。cd4042的引腳如圖2.3.2所示。

21、圖2.3.2 cd4042的引腳圖表2.3.2 四d鎖存器cd4042的功能表輸 入輸 出 ×鎖存 ×鎖存四 水位指示led發(fā)光二極管簡稱為led。由鎵（ga）與砷（as）、磷（p）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以led的抗震性能好。 發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型

22、半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為pn結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的pn結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。pn結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱led。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從led陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應(yīng)接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。 與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：

23、工作電壓很低；工作電流很?。豢箾_擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號顯示器。發(fā)光二極管有共陰極和共陽極兩種接法。對于共陰極的顯示器，某一段接高電平時發(fā)光；對于共陽極的顯示器，某一段接低電平時發(fā)光。本次水位指示采用的是共陽極接法。3.3.2 元件參數(shù)選擇 第4章 軟件仿真4.1 仿真電路圖總電路的仿真如圖4.2.1所示。用開關(guān)a和b代表水位的位置，當(dāng)水位到達(dá)a和b所代表的位置時，開關(guān)a、b閉合，led1和led2都發(fā)光，如圖4.2.2。圖4.2.1 總電路仿真圖4.2.2

24、 總電路仿真4.2 仿真過程1、 打開仿真軟件multisim7，新建文件“水位指示器.ms7”2、 對元件的操作1、創(chuàng)建元件對于元件庫中沒有的元件，可以根據(jù)已知的模型參數(shù)進(jìn)行創(chuàng)建。創(chuàng)建后的元件只能存在user數(shù)據(jù)庫中。創(chuàng)建元件，選擇tools/create component命令，程序會自動引導(dǎo)創(chuàng)建元件，即出現(xiàn)create component wizard對話框。下面以晶體管9013為例說明創(chuàng)建過程。（1）輸入元件的基本屬性，如圖3.2.1所示。其中在component name文本框鍵入元件名；在component type下拉列表框選擇元件類型。（2）在如圖3.2.2對話框中設(shè)置元件的封

25、裝參數(shù)。 圖3.2.1 圖3.2.2（3）在如圖3.2.3所示的對話框中編輯元件的符號。（4）在如圖3.2.4所示的對話框中編輯元件封裝形式中引腳名稱與編號的對應(yīng)關(guān)系。 圖3.2.3 圖3.2.4（5）編輯元件的模型參數(shù)。（6）編輯仿真模型中引腳名稱與編號的對應(yīng)關(guān)系。六步完成之后，單擊finish按鈕，此元件就添加到元件庫中了。2、對元件賦值如需要對器件賦值，則用鼠標(biāo)雙擊器件（例如電容），出現(xiàn)一個賦值對話框，如圖3.2.5所示。然后點(diǎn)擊edit按鈕，在如圖3.2.6所示對話框中對電容進(jìn)行賦值即可。 圖3.2.5 圖3.2.63、旋轉(zhuǎn)元件要旋轉(zhuǎn)一個在電路窗口中的元件，即右擊元件，彈出如圖3.2.

26、7所示的快捷菜單，進(jìn)行相應(yīng)操作。flip horizontal（水平翻轉(zhuǎn)）、flip vertical（垂直翻轉(zhuǎn)）、90 clockwise（順時針轉(zhuǎn)90°）、90 clockwisecw（逆時針轉(zhuǎn)90°）。當(dāng)然也可在選中元件后，選擇edit菜單欄中相應(yīng)的命令進(jìn)行操作。4、替換原件若替換一個在電路中的元件，首先雙擊元件，也可選中元件后選擇placereplace component命令，出現(xiàn)所選元件的對話框，如圖3.2.8所示。然后單擊replace按鈕，則出現(xiàn)component browser瀏覽器，選擇合適的元件，單擊ok即可。5、移動元件若移動一個在電路窗口中的元件，

27、首先單擊此元件，將元件選中，按住鼠標(biāo)將元件拖動至合適位置，再釋放鼠標(biāo)，元件就被放置在電路窗口中了。 圖3.2.7 圖3.2.8三、繪圖的基本操作1、 連線在電路圖窗口中，通過連線（wire）將元件與元件或元件與儀器連接起來。multisim中沒有專門的連線命令，是自動的連線功能。其過程為：將鼠標(biāo)置于元件的端點(diǎn)處，光標(biāo)變成一個黑色的點(diǎn)，說明可以連線了。然后拖動鼠標(biāo)，出現(xiàn)虛線。到達(dá)另一端點(diǎn)處單擊，則連線完成，松開鼠標(biāo)即可。2、改變連線顏色改變連線顏色，只需將光標(biāo)移到連線上，右擊即彈出快捷菜單，如圖3.2.9所示。然后選擇color命令，出現(xiàn)color設(shè)置對話框就可以設(shè)置新的顏色了。 圖3.2.9

28、圖3.2.103、刪除、移動連線首先選中連線，方法是單擊連線，處于選中狀態(tài)的連線如圖3.2.10所示。刪除連線只需單擊delete鍵即可。移動連線則按住鼠標(biāo)左鍵，拖動連線至合適位置即可。4、放置連接點(diǎn)在multisim中，若連線成t型交叉時，會自動出現(xiàn)連接點(diǎn)（junction）。手動放置連接點(diǎn)，需選擇editplace junction命令，光標(biāo)上就出現(xiàn)一個連接點(diǎn)，然后拖動連接點(diǎn)至合適位置，再單擊就行了。四、555構(gòu)成多諧振蕩器的仿真驗(yàn)證此電路用于產(chǎn)生一個周期性的時鐘脈沖。從前面章節(jié)1-2-2中我們可以知道，ic與,、及、組成一個窄脈沖振蕩器。根據(jù)脈沖振蕩器輸出脈沖周期的計算公式可知，它的脈沖

29、占空比約等于0.027/1.386=1/51。為了能夠短時間內(nèi)看見波形，將10改成。在multisim仿真軟件中連接好電路圖，將時鐘脈沖發(fā)生電路的輸出端接到示波器的a通道端口，如圖4.1.1所示。運(yùn)行電路，然后雙擊示波器，則出現(xiàn)的波形圖如圖4.1.2所示。由此555構(gòu)成的脈沖振蕩器功能得到了驗(yàn)證。圖4.1.1 555多諧振蕩器功能驗(yàn)證圖圖4.1.2 555多諧振蕩器波形圖五、電壓比較器的驗(yàn)證運(yùn)算放大器a1a4 組成4 級電壓比較器，它的作用是通過檢測水位電極與水位接觸與否輸出信號。將檢測信號電壓與基準(zhǔn)設(shè)定電壓進(jìn)行比較，輸出水位探測信號。在multisim仿真軟件中連接好電路圖，將電壓比較器的的

30、輸出端接到電壓表正極端口，將電壓表的負(fù)極端口接地，如圖4.1.3所示。運(yùn)行電路，將開關(guān)a打開的時候，電壓比較器的同相端輸入高于反相端輸入，此時，電壓比較器輸出高電平，如圖4.1.4所示。將開關(guān)a閉合時，電壓比較器的同相端輸入低于反相端輸入，此時，電壓比較器輸出低電平，如圖4.1.5所示。圖4.1.3 電壓比較器功能驗(yàn)證圖4.1.4 電壓比較器輸出高電平圖4.1.5 電壓比較器輸出低電平六、cd4042鎖存器的驗(yàn)證在multisim仿真軟件中連接好電路圖，當(dāng)開關(guān)b接低電平時，數(shù)據(jù)不進(jìn)行鎖存，即當(dāng)開關(guān)a接高電平時，x1發(fā)光；當(dāng)開關(guān)a接低電平時，x1不發(fā)光，如圖4.1.6所示。當(dāng)開關(guān)b接高電平時，數(shù)

31、據(jù)進(jìn)行鎖存，即此時無論開關(guān)a接高電平或者低電平，x1的狀態(tài)都是不變的，如圖4.1.7所示。由此證明cd4042鎖存器的功能正常。圖4.1.6 cd042鎖存器功能驗(yàn)證圖4.1.7 cd4042鎖存器功能驗(yàn)證4.3 仿真結(jié)果總電路的仿真如圖4.2.1所示。用開關(guān)a和b代表水位的位置，當(dāng)水位到達(dá)a和b所代表的位置時，開關(guān)a、b閉合，led1和led2都發(fā)光，如圖4.2.2。圖4.2.1 總電路仿真圖4.2.2 總電路仿真由以上驗(yàn)證及仿真可證明，本電路可以實(shí)現(xiàn)水位指示的功能。 第5章 安裝調(diào)試5.1 安裝調(diào)試過程由于實(shí)驗(yàn)器件的原因，本次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計安裝調(diào)試部分給定了我班共同的數(shù)字系統(tǒng)交通燈定

32、時控制系統(tǒng)。本次安裝調(diào)試部分以實(shí)物驗(yàn)收的形式提交，學(xué)生自由組合，2人一組。實(shí)驗(yàn)室提供：印刷電路板、電烙鐵、芯片 74190、74161、74138、7432、7404、7400、555定時器、電阻等，學(xué)生先在multisim仿真，在規(guī)定時間在實(shí)驗(yàn)室焊接、調(diào)試、驗(yàn)收。 實(shí)驗(yàn)分為基本設(shè)計任務(wù)和擴(kuò)展設(shè)計任務(wù)。 基本設(shè)計任務(wù)要求如下：1. 十字路口設(shè)有紅，黃，綠指示燈；有數(shù)字顯示通行時間，以秒為單位作減法計數(shù)。2. 主，支干道交替通行，主干道每次綠燈亮30s，支干道每次綠燈亮20s。3. 每次綠燈變時，黃燈先亮5s（此時另一干道上的紅燈不變），指示變紅燈時，黃燈先亮5s（此時另一干道上的紅燈不變）。4

33、. 當(dāng)主，支干道任意干道出現(xiàn)特殊情況時，進(jìn)入特殊運(yùn)行狀態(tài)，兩干道上所有車輛都禁止通行，紅燈全亮，時鐘停止工作。5. 要求主，支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在0-99s任意設(shè)定。 擴(kuò)展設(shè)計任務(wù)要求如下： 1.滿足以2位數(shù)（2片74190）實(shí)現(xiàn)計數(shù)器的30、20秒倒計時； 2.滿足信號燈的工作順序流程圖中不同顏色燈的閃爍。交通燈定時控制系統(tǒng)參考電路圖如5-2圖5-2 參考電路5.2 故障分析出現(xiàn)故障：紅綠燈閃爍順序不對。故障分析和解決：焊接的經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)線看起來雜亂無章，越連越亂，按照仿真電路一點(diǎn)一點(diǎn)仔細(xì)連接，最后測試成功。出現(xiàn)故障：電路中某些芯片沒有工作。故障分析和解決：芯片沒有工作，是因?yàn)樾?/p>

34、片的電源引腳沒有接到正確的電源線上?；蛘唠姲迳系碾娫春偷亟拥搅艘黄?。 第6章 結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計我的題目是水位指示器的設(shè)計與仿真，一拿到題目，便對其進(jìn)行仔細(xì)分析研究，并且在老師的指點(diǎn)下，確定了要實(shí)現(xiàn)水位指示的主要模塊，即脈沖振蕩器，電壓比較器，以及水位指示電路。之后便是對這幾個部分中所用到的芯片的功能進(jìn)行的具體分析和研究，終于設(shè)計出了水位指示器，再對三個部分進(jìn)行合理配置，以達(dá)到題目的要求，連接好電路對每個部分的元器件進(jìn)行仿真，都能正常工作。這個電路的原理其實(shí)也不是很復(fù)雜，所以經(jīng)過仔細(xì)的連接調(diào)試，整個電路很快的就實(shí)現(xiàn)了題目所要求的功能。本次畢業(yè)設(shè)計的脈沖振蕩器用的是555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，5

35、55定時器使用方便、靈活，因而被廣泛應(yīng)用。完成了電路的設(shè)計，再對電路圖的連接和仿真過程中，我充分的了解了仿真軟件multisim軟件。multisim是一款強(qiáng)大的設(shè)計軟件，它是ewb仿真軟件的最高版本，multisim在保留了ewb原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，multisim仿真軟件在保留了ewb原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，大大擴(kuò)充了元件庫中電路元件的數(shù)目，增強(qiáng)了軟件的仿真測試和分析功能，可實(shí)現(xiàn)模擬/數(shù)字電路的spice仿真、vhdl/verilog設(shè)計與仿真、rf電路仿真等多種仿真功能。最突出的是軟件中提供各種虛擬儀器。其控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)。軟件帶有豐富的電路元件庫，并提供多種電

36、路分析方法?？刹捎弥庇^的電路圖輸入方式。繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從運(yùn)行的窗口上選取。multisim仿真軟件操作起來也方便、易學(xué)易用，很適合電子類課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。在仿真的過程中我也遇到了很多問題，例如在驗(yàn)證555的時候，發(fā)現(xiàn)等了很長時間都觀察不到波形，經(jīng)過試驗(yàn)，才發(fā)現(xiàn)是電容值過大的原因等等。在解決完這些問題后終于驗(yàn)證出了電路的正確性。第7章 使用儀器設(shè)備清單4042bt_5v 1個opamp_3t_virtual 2個555定時器 1個電壓9v 1個二極管 若干電阻 若干電容 若干導(dǎo)線 若干參考文獻(xiàn)1.馬學(xué)文,李景宏 主編，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程。北京：科學(xué)出版社，2

37、013.032李晶皎，李景宏 編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20123.高吉祥，易凡 編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，20024.陳大欽 編著. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). 北京：高等教育出版社，20005.李晶皎,李景宏 主編.邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計.清華大學(xué)出版社6.李景華,杜玉遠(yuǎn) 主編.可編程邏輯器件及eda技術(shù).東北大學(xué)出版社7.馬學(xué)文,趙麗紅 主編.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)習(xí)題解答與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).電子工業(yè)出版社8.謝自美 主編.電子線路設(shè)計、實(shí)驗(yàn)、測試（第二版）.華中理工大學(xué)出版社9.梁宗善 主編.新型集成電路的應(yīng)用.華中理工大學(xué)出版社10.彭介華 主編.電子技術(shù)

38、課程設(shè)計指導(dǎo).高等教育出版社 收獲、體會和建議經(jīng)過數(shù)字電子技術(shù)理論課的學(xué)習(xí)，我們進(jìn)行了一次數(shù)字電子課程設(shè)計，并在這個假期完成了課程設(shè)計報告。通過本次課程設(shè)計，我鞏固了很多以前學(xué)過的理論知識，更學(xué)會了很多課本上學(xué)不到的東西，同時也加強(qiáng)了我的動手、思考和解決問題的能力，受益匪淺。在此，我要感謝給予我們精心輔導(dǎo)的馬老師和實(shí)驗(yàn)室的遲老師！ 在做課程設(shè)計之前，馬老師已經(jīng)通過數(shù)字電子技術(shù)理論課為我們詳細(xì)講述了數(shù)字電子的基礎(chǔ)知識，以及各中小規(guī)模集成芯片的相關(guān)知識和工作原理。在以前第幾次小型數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，我們也通過遲老師的指導(dǎo)和自己的實(shí)踐操作培養(yǎng)了一些在電子實(shí)驗(yàn)中連接電路、檢查電路以及電路仿真的能力。而對于像數(shù)字搶答器這樣大規(guī)模的電路連接和仿真，我們還是頭一次遇到，這對于我們來說是一次很大的挑戰(zhàn)。我們在實(shí)驗(yàn)室的主要任務(wù)是實(shí)際操作。雖然老師已經(jīng)給出了總體的電路圖，但是對于這樣的電路連接，我們還是遇到了許多問題。比如，一開始我根本不知道電路從哪里開始連接，只是看到電路圖中哪里有導(dǎo)線就連哪里，結(jié)果沒過一會兒就連亂套了，還得需要重新檢查。另外，在連接之前，我們需要將每一