數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書(第二版)

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)院電工電子部一、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計的目的與意義電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程,加強工程訓(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)。畢業(yè)設(shè)計是系統(tǒng)的工程設(shè)計實踐,

2、而課程設(shè)計的著眼點是讓學(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)。二、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。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,以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。2、方案論證這一步的工作要

3、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。3、方案實現(xiàn)1單元電路設(shè)計單元電路是整機的一部分,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,

4、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。2參數(shù)計算為保證單元電路達(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。3器件選擇阻容元件的選擇: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

5、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:由于集成電路可以實現(xiàn)很多單元電路甚至整機電路的功能,所以選用集成電路來設(shè)計單元電路和總體電

6、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。安裝調(diào)試:安裝與調(diào)試過程應(yīng)按照先局部后整機的原則,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,使之達(dá)到性能的改善。測試是采用電子儀器測量相關(guān)點的數(shù)據(jù)與波形,以便準(zhǔn)確判斷設(shè)計電路的性

7、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。三、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題目(五題任選一題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)字鐘及擴大其應(yīng)用,有著非常現(xiàn)實的意義。1、設(shè)計目的1掌握數(shù)字鐘的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。2熟悉集成電路的使用方法。2、設(shè)計任務(wù)與要求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

8、功能。3整點自動報時,在整點時,便自動發(fā)出鳴叫聲,時長1s。選做:1鬧鐘功能,可按設(shè)定的時間鬧時。2日歷顯示功能。將時間的顯示增加“年”、“月”、“日”。3、數(shù)字鐘的基本原理及電路設(shè)計一個具有計時、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)字鐘的整機邏輯框圖如下: 圖1數(shù)字鐘整機邏輯圖1振蕩器石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準(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)頻率信

9、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Z1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4M H z時,則振蕩器輸出頻率為4M H Z。 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。2分頻器時間標(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4M H Z信號,可通過D觸發(fā)器(如74LS74進(jìn)行4分頻變成1M H Z,也可以將10分頻計數(shù)器74LS160(或74LS90行4分頻變成1M

10、 H Z,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1H Z的方波信號。3計數(shù)器整個計數(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。4譯碼器譯碼器由六片74LS247(或74LS48組成,74LS247驅(qū)動器是與8421BCD編碼計數(shù)器配合用的7段譯碼驅(qū)動器。一片74LS247驅(qū)動一只數(shù)碼,72LS247是集電極開路輸出,為了限制數(shù)碼管的導(dǎo)通電流,在72LS247的輸出與數(shù)碼管的輸入端之間均應(yīng)串有限流電阻。

11、5顯示器本系統(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。6校時電路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)校時電路的按鍵一般需要消除抖動,消除抖動的方法有很多,可以通過數(shù)字電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn),也可以簡單的通過電容濾波電路實現(xiàn)。還可以通過D觸發(fā)器實現(xiàn),如圖3所示。 圖3 D觸發(fā)器型單脈沖發(fā)生器4、設(shè)計要點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

12、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察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。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形成十字交叉路口,為確保車輛安全、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?？吭诮芯€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、設(shè)計目的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。2、設(shè)計任務(wù)與要求1.用紅、

13、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的黃燈作為過渡,設(shè)置5s計時顯示電路。3、交通燈控制電路基本原理及電路設(shè)計實現(xiàn)上述任務(wù)的控制器整體結(jié)構(gòu)如圖4 圖4交通燈控制器結(jié)構(gòu)圖1主控制器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)機的方法進(jìn)行設(shè)計

14、。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S0;主黃燈和支紅燈亮,主干道停車,啟動5s定時器,狀態(tài)為S1;主紅燈和支綠燈亮,支干道通行,啟動20s定時器,狀態(tài)為S2;主紅燈和支黃燈亮,支干道停車,啟動5s定時器,狀態(tài)為S3。四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5: 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。2計時器電路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S0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S2

15、狀態(tài)時開始計數(shù),而5s計時器則要在進(jìn)入S1或S3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,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。3譯碼驅(qū)動電路(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 (2計時顯示譯碼電路計時顯示實際是

16、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。4時鐘信號發(fā)生器電路產(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。4、設(shè)計要點1畫出整機電路圖,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

17、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主控器電路的調(diào)試,可用邏輯開關(guān)K1、K2、K3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)K4、K5代替Q2、Q1,當(dāng)Q2、Q1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)行總機調(diào)試。C:簡易數(shù)字頻率計電路設(shè)計數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器,被測信號可以是正弦波、方波或其它周期性變化的信號。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?可以對多種物理量進(jìn)行測試,比如機械振

18、動的頻率、轉(zhuǎn)速、聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。因此,數(shù)字頻率計是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。1、設(shè)計目的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)試方法及減小測量誤差的方法。2、設(shè)計任務(wù)與要求要求設(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:1H Z9.999K H Z,閘門時間1s;10 H Z99.99K H Z,閘門時間0.1s;100 H Z999.9K H Z,閘門時間10ms;1 K H Z9999K H Z,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.3、數(shù)字頻率計基本原理

19、及電路設(shè)計所謂頻率,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: 圖6數(shù)字頻率計原理圖1放大整形電路放大整形電路可以采用晶體管和74LS00,其中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,它對放大器的輸出信號進(jìn)行整

20、形,使之成為矩形脈沖。2時基電路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。 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/(R1+2R2*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信號,可采用74LS90分別經(jīng)過一級、二級、三級10分頻得到。圖7 555多諧振蕩電路3邏輯控制電路在時基信號II結(jié)束時產(chǎn)

21、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 4鎖存器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

22、的輸出等于輸入,即Q=D。從而將計數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖結(jié)束后,無論D 為何值,輸出端Q的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)Q n不變.所以在計數(shù)期間內(nèi),計數(shù)器的輸出不會送到譯碼顯示器.5報警電路本設(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: 圖9 數(shù)字頻率計報警電路4、調(diào)試要點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電源電壓值,之后再關(guān)掉電源,插上集成塊。2.單元

23、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=1k H z 的正弦信號,用示波器觀察放大電路和整形電路的輸出波形,應(yīng)為與被測信號同頻率

24、的脈沖波,顯示器上的讀數(shù)應(yīng)為1000H z 。D:洗衣機控制電路設(shè)計1、設(shè)計目的1.掌握洗衣機控制電路的設(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。2、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計制作一個洗衣機控制器,具有如下功能:1采用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計洗衣機的控制定時器,控制洗衣機電機作如下運轉(zhuǎn): 2洗滌電機用兩個繼電器控制。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H Z時間到而停機。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)終點時,一方面使電機停轉(zhuǎn),同時發(fā)出音響信號提醒用戶注意。5洗滌過程在送入預(yù)置時間后即開始運轉(zhuǎn)。3、洗衣機控制電

25、路原理及電路設(shè)計實現(xiàn)以上功能的洗衣機控制電路原理如圖10: 圖10洗衣機控制電路原理圖1電機驅(qū)動電路采用兩個繼電器控制電機的驅(qū)動電路如圖11, 圖11 洗衣機電機驅(qū)動電路表2驅(qū)動電路控制表 2兩級定時電路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)?。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)器中,使計數(shù)器運行在減計數(shù)狀態(tài),當(dāng)減到全零時,則定時時間到。本電

26、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。運行中間,剩余時間經(jīng)譯碼后在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。3電機控制信號產(chǎn)生電路Z1和Z2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,得到推動電機的工作信號。4、調(diào)試要點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的電源電壓值,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

27、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Z1和Z2的時間譯碼邏輯和電機驅(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,觀察電機運轉(zhuǎn)情況和數(shù)碼管顯示。E:四人智力競賽搶答器1、設(shè)計目的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。2、設(shè)計任務(wù)與要求1設(shè)計任務(wù)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。2

28、設(shè)計要求(14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,定時顯示器顯示倒計時間,若無人搶答,倒計時結(jié)束時,揚聲器響,音響持續(xù)1秒。參賽選手在設(shè)定時間(9秒內(nèi)搶答

29、有效,搶答成功,揚聲器響,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。3、四人智力競賽搶答器電路原理及設(shè)計電路主要由脈沖產(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)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

30、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1以鎖存器為中心的編碼顯示電路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 4個D觸發(fā)器的輸出Q非相與,為“1”時,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?”,使脈沖不能進(jìn)入觸發(fā)器,從而防止其他人搶答。2脈沖產(chǎn)生電路: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

31、。3倒計時顯示電路: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。4音響電路:可以利用單穩(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。4、設(shè)計要點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” 、 ，電源、接地，要正確處理。 3）單元電路檢測 接通電源后，雙蹤示波器觀察脈沖電路的輸出波形，看其是否滿足設(shè)計要求，主持人給開 始信號，再觀察減法計數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)碼管顯示是否正確。 觀察選手搶答時鎖存器輸出是否控制其時鐘脈沖的通斷，從而判斷是否自鎖了其他選手的 搶答信號。 搶答信號到 BCD 碼的轉(zhuǎn)化可將轉(zhuǎn)化邏輯的輸出與真值表對照檢查， 看設(shè)計是否正確。 揚聲器受主持人開始、搶答信號、計時器到零控制，可分別檢測。 4）