电子技术电路设计.ppt

10 1概述 10 2参考选题及参考方案 第10章课程设计 课程设计的基本任务 任务 培养学生对数字集成电路应用方面的综合实践技能 掌握综合运用理论知识以解决实际问题的能力 学生通过电路设计 安装 调试 整理资料 答辩等环形成独立思考问题的能力 以及培养他们课本知识以外的一些科技工作者必须具备的基本技能 并培养学生的创新能力和再学习的能力 如查阅资料 懂得如何根据需要选择器件等 从而逐步熟悉开展科学实践的程序和方法 课程设计的基本要求 1 初步掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法根据任务和指标 确定电路方案选测元件 安装电路 反复试验 改进方案分析结果 写出设计总结报告2 培养学生独立分析问题 解决问题能力 学会自己分析 找出解决问题的方法 对设计中遇到的问题和困难 独立思考 查阅资料 分析 观察 判断 试验 再判断以寻找答案 3 掌握制作电子产品的基本技能安装 布线 调试等基本技能 常用仪器的正确使用 课程设计的步骤和方法 1 方案设计明确待设计系统的总体方案 化整为零 将大任务划分为若干单元 设计并实施各个单元电路 尽可能采用中 大规模集成电路 减少连线 提高可靠性 降成本 组装单元电路成待设计系统 详细考虑各单元之间的连接问题 时序上协调一致的问题 电气特性上的匹配问题 竞争 冒险及电路的自启动问题 衡量一个电路设计的好坏 主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作 此外还应考虑经济实用 容易操作 维修方便 课程设计的步骤和方法 2 方案试验安装 一丝不苟 认真仔细 注意集成块方向 注意连线错 漏接 注意电源和接地线等 调试 第一步 各独立单元电路调试 可人为设定各单元电路的触发和控制信号 以达到项目要求 第二步 将控制电路与系统主电路中各个功能部件联接起来 进行电路统调 故障排除 理论与实践相结合 以查找故障所在 常见故障有 接触不良 接线错误 器件本身损坏 多余控制输入端未正确处理 设计上有缺陷 课程设计的步骤和方法 寻找故障的常用方法有 观察法 信号注入替代法 信号寻迹法 电路替代法 分段测试法 单步检查法 多步检查法 逻辑分析仪 3 工艺设计完成制作实验样机所必需的文件资料 包括整机结构设计及印制电路板设计等 4 样机制作及调试包括 组装 焊接 调试等 5 总结鉴定考核样机是否达到规定指标 能否长期可靠工作 同时写出设计总结报告 课程设计实验文件的格式 每个同学应完成三个文件 预设计作业 方案实验预习报告及课程设计总结报告 1 预设计作业 A 画框图的原则 所画的框图详细程度得适中 要反映出逻辑电路的主要单元电路 信号通路 输入 输出以及控制点的设计思路 框图要能清晰地表示出控制信息和数据信息的流向 每个方框不必指出功能块中所包含的具体器件 但应标明各方框的功能名称 所有连线必须清晰整齐 课程设计实验文件的格式 B 画逻辑图的原则 所有小规模器件应使用标准逻辑符号 我们规定画成一个方框 框内应标明器件的型号或名称 引出脚的符号应标注清楚 引出脚的顺序号 电阻 电容 电感类元件应计算出具体值 正式图纸还应列出元器件清单 放在图纸的右下角 2 方案试验预习报告由学生拟定 内容包括 调试和指标测试内容 方法及步骤 测试线路图 所用仪器设备 记录测试等 3 课程设计总结报告内容及格式要求如下 电子技术基础 课程设计数字部分总结报告题目 指导教师 设计人员 学号 组号 班级 日期 目录一 设计任务书二 设计框图及整机概述三 各单元电路的设计方案及原理说明四 调试过程 结果分析以及调试体会五 对本次课程设计的意见及建议六 附录 包括 整机逻辑电路图和元器件清单 参考选题及参考方案的前言 课程设计提倡学生自己选定选题和设计方案 方案必须涵盖的数字电子技术关知识点不少于三点 本指导书有的是给出方案设计的参考电路 有的直接给出一个设计结果 如采用本章所提供的直接设计结果 对其改进创新程度应不低于30 否则成绩最高不超过80分 课程设计结果最后必须利用万能板或敷铜板制成可以正常工作的电路板 以便老师考核 设计方案时 学生应通过期刊杂志 相关书籍及互联网等充分查阅相关资料 掌握相关的理论知识和电路制作技能 然后再制定方案并制作 参考选题如下 10 2 1数码抢答器 10 2 2数字钟 10 2 3音乐D A和A D转换电路 10 2 4波形产生电路 10 2 5霓虹灯控制电路 10 2 6汽车尾灯电路 10 2参考选题及参考方案 数码抢答器 1 设计要求0 7号表示8个选手 抢答中锁定并显示最先抢答选手报警提醒主持人有人抢答 主持人总控电路 2 课题涵盖的知识点编码器 锁存器 脉冲发生器 译码器 三极管的开关特性应用等知识 3 单元电路的原理说明A 数码抢答器整机工作电路原理图 框图如右 1 电路组成如下 U1组成8线3线编码器U3 U7A形成锁存脉冲C1起延时作用74LS175锁存编码信号S9为主持人复位开关U6 SMG1组成译码电路U5 U7B组成报警电路 数码抢答器组成 2 编码器为便于锁存 显示抢答的选手号 可利用二进制编码器将8位选手的按键号编为3位二进制数码 编码器可以用小规模集成电路设计而成 也可以直接用中规模集成电路如8线 3线编码器74148来实现 3 译码显示器本例采用七段数码管 将8421BCD码译码后通过数码管显示出来 驱动共阴数码管的译码器可采用MC14511 其功能表如可见表3 11 参考电路图4511输出所接R1 R7为限流电阻 阻值一般为470 数码管的dp端为小数点控制端 本例中不用 将其接地 数码抢答器 数码抢答器组成 4 锁存脉冲形成电路作用 当选手按下按键的瞬间形成脉冲信号 送到锁存器作为错存输入数码所需的时钟脉冲 因为本顶目中使用的锁存器74LS175所需的时钟脉冲为正边沿脉冲 所以在静态无人抢答时 锁存脉冲输出应为低电平0 而一旦有选手按下按键锁存脉冲输出应变为高电平1 由上分析可知 锁存脉冲形成电路满足与非门逻辑关系 全1为0 有0为1 选用8输入与非门集成电路 74LS30 本项目中74LS30输出端接一小容量电容的目的为延时时等待 以确保在锁存脉冲出现前编码器将需要锁存的数据已经准备好 数码抢答器 数码抢答器组成 5 锁存器利用集成正边沿D触发器74LS175完成数据锁存功能74LS175是由具有共用时钟脉冲和清零端的四个正边沿D触发器构成 在CP由低电平向高电平变化瞬间 锁存器将输入数据D4 D1锁存 由Q4 Q1输出 过后又维持不变 从而实现数据的锁存 所以要实现数据的锁存 关键有于CP时钟信号的控制 也可利用74LS373 三态输出8路透明同步锁存器 完成锁存功能 74LS373由8个三态输出的锁存器组成 常用于单片机系统中地址的锁存和微机总线系统 本项目也可利用来完成选手的抢答功能 数码抢答器 数码抢答器组成 6 报警器当有选手抢答时 报警器工作 报警器由脉冲振荡器U5 MC14060 报警控制门电路U7B和振荡驱动三极管VT1组成 没有选手抢答时 报警控制信号为低电平 U7B输出总为低电平 三极管VT1截止 扬声器无报警声音 有选手抢答时 报警控制信号变为高电平 U7B的输出为第五脚的脉冲信号 三极管VT1在脉冲信号的驱动下工作于开关状态 扬声器有报警声音输出 提示 可以将U7B改为3输入或4输入与门 分别接不同的U5输出端 使不同的脉冲信号相互调制 这样报警声音就不会太单调了 数码抢答器 数码抢答器组成 1 安装安装调试的先后顺序如下 先安装调试编码部分 然后安装译码显示部分 两部分安装完后可连接起来进行调试 此时 因为数据锁存部分没安装 所以没有锁存功能 按下相应按键 数码管显示目录相应数字 但松开后 数码管又显示数字0 然后断开前面编码和显示部分的连线 安装锁存部分 再统一调试编码 锁存 显示部分 最后再安装调试报警部分 这样可使学生边安装 边学习 边思考和巩固理论知识 同时进一步形成数字电路系统的概念 数码抢答器整机电路安装 调试 在安装数码管前 应选测量数码管的好坏 选用万用表的R 10欧或R 1欧档 根据内部等效电路将其等效为8个发光二极管进行测量 如共阴数码管为例 将红表笔接数码管公共端 接地端 黑表笔分别接其他各段 相应的字段应点亮 并且阻值较小 而共阳数码管则表笔接法相反 元件布局 选用万用板进行焊接前 应综合考虑整个项目元件的排布和走线 焊接集成电路最好使用集成电路插座 这样便于后面检修和元件的重复利用 焊接前先将插座插在万用板上模拟元件布局 考虑完全后再焊接电路 数码抢答器整机电路安装 调试 根据前面的真值表1 1按下相应的按键 用万用表检查输出的高低电平状态是否正确 具体确认以下 S1 S8没有按键按下时 编码集成电路U1a U1b U2a所有输入端都应为高电平 S1 S8没有按键按下时 编码集成电路U1a U1b U2a所有输出端都应为低电平 S1 S8某一个按键按下时 编码集成电路U1a U1b U2a三个组的编码状态是否符合编码要求 编码集成电路U1a U1b U2a三个编码输出管脚到锁存器74LS175的输入管脚是否连接正确 注意高位和低位 编码部分调试 显示部分调试将MC14511的ABC与编码输出的D0 D1 D2相连 接译码器输出端 应注意高低位不要接反 否则数据显示不正常 在按键S1 S8没有按下时 观测数码管应该显示为0 当某按键按下时 数码管应该显示相应数字 注意 因为此时并没有安装锁存部分 所以按键弹起来后 数据又恢复为0 即暂时没有锁存功能 并测试显示译码器集成块U6的各管脚电压是否与表10 1相同 数码抢答器整机电路安装 调试 表10 1U6MC14511各管脚电压值 锁存部分调试先按下复位开关S9 此时用万用表测量U4 74LS175 的1脚复位端应为低电平 松开复位开关S9 1脚恢复为高电平 同时数码管应该显示为0 S1 S8中没有按钮按下时 U3输入端应全部为高电平 U3输出端应全部为低电平 U7A输入脚2脚和输出脚3脚应全部为低电平 输入脚1脚应为高电平 当S1 S8中某一按键按下时 U3A输出应变为高电平 U7A输出应变为高电平测量集成块U4的各脚电压并与表10 2正常值比较 数码抢答器整机电路安装 调试 表10 2U4锁存器74LS175各管脚电压值 报警部分调试检查脉冲振荡器U5的12脚是否接地 判断U5是否起振 测试U5的第7脚是否有3 6V左右的脉冲 如果有 表明振荡和分频计数器U5工作良好 也可用万用表测量U5第3脚Q14端电压是否在0 3 6V之间摆动 如果有则正常 在脉冲振荡器U5工作正常后 按一次主持人复位键S9 用万用表检查报警控制门U7B的第4脚是否为低电平 三极管VT1应处于截止状态 基极为低电平 集电极为高电平 然后按动S1 S8中的任意一个 此时用万用表检查报警控制门U7B的第4脚是否为高电平 控制门U7B被打开 第6脚输出脉冲 三极管VT1应处于开关状态 扬声器B中应发出报警声音 数码抢答器整机电路安装 调试 数字钟 1 设计要求用数字显示时 分 秒 12小时循环一次 可以在任意时刻校准时间 要求可靠方便 能以音响自动正点报时 12小时循环一次 要求第一响为正点 以后每隔一秒或半秒钟响一下 几点钟就响几声 2 课题涵盖的知识点脉冲产生电路 任意进制计数器的构成 译码 显示电路 比较电路 3 原理说明原理图 数字钟的整体框图 MC14060的Q14产生2HZ信号 然后由计数器MC14040B和U3A U3B组成120计数器分频 从U3B的输出端输出分脉冲 作为分钟计数器的分钟信号 同时按键开关S作为分钟调时的手动脉冲开关 每按动一次 从U3B的输出端输出一个脉冲 同时U2的Q1管脚输出秒脉冲信号驱动发光二极管LED1 LED2 作为秒指示 从U3B输出端输出的分钟脉冲经U4 分钟个位 计数器计数 经U5七段译码驱动数码管U6 显示分钟的个位计时 时U7 U8 U9和U10A U10B组成六进制计数器 作为 分钟十位 计数器 同时U10B输出的复位信号又作为 小时计数器 的计数脉冲 U11 U14 U10C U10D组成二十四进制计数器 同时S2作为小时校时开关 数字钟的原理说明 脉冲振荡电路的作用 数字电路提供满足要求的脉冲信号 在本项目中主要为计数器产生满足要求的计数时钟脉冲 集成脉冲振荡和14位二进制计数器MC14060由MC14060组成的脉冲振荡的14位二进制计数器的电路图参见如图10 4相应部位的相线 MC14060是14位二进制计数器 当按照图10 4连接好电阻和晶振后 就能稳定地产生晶体所标称的振荡频率 图中为32768HZ 脉冲信号输入到后面的14位二进制计数器 所以从最后一级Q14输出的脉冲信号频率为 32768 214 32768 16384 2HZ 脉冲振荡电路 秒信号经秒计数器 分计数器 时计数器之后 分别得到 秒 个位 十位 分 个位 十位以及 时 个位 十位的计时输出信号 然后送至译码显示电路 以便实现用数字显示时 分 秒的要求 秒 和 分 计数器应为六十进制 而 时 计数器应为十二进制 要实现这一要求 可选用的中规模集成计数器较多 这里推荐74LS90 74LS161 74LS192 MC14510 由读者自行选择 参考电路用的是4510集成十进制计数器MC14510 时 分 秒计数器 用12位二进制计数器MC14040实现120进制计数器由于脉冲振荡电路产生的脉冲信号频率为2Hz 要作为分钟计数器的输入信号 必须进行120分频 所以我们需要一个一百二十进制的计数器 同样可利用反馈归零法使用12位二进制计数器MC14040实现一百二十进制计数器 写出120的译码表达式为 挑出状态表达式中的原变量写成与项 实例中MC14020为高电平复位 所以用与表达式 即R Q7Q6Q5Q4 具体连接图10 4所示 数字钟的原理说明 反馈归零法的具体实现步骤和实例 十进制计数器MC14511转换为六进制计数器写出N的状态译码表达式 N为想转换计数器的进制数 如本例中N取6 写出6的状态译码表达式为 挑出状态表达式中的原变量 即表达式中无横线标记的变量 写成与项 并根据集成计数器有效复位电平的高低 确定使用与表达式 高电平复位 或与非表达式 低电平 实例中MC14511为高电复位 所以用与表达式 即R Q2Q1 具体连接见路图10 4 数字钟的原理说明 利用二级MC14510构成二十四进制计数器因为MC14510为BCD码十进制计数器 所以写出二十四的BCD码状态译码表达式为前级计数器2 用8421BCD码表示为 后计数器4用8421BCD码表示为 挑出状态表达式中的原变量写成与项 实例中MC14020为高电平复位 所以用与表达式 R Q1 前级 Q2 后级 具体连接见路图10 4 数字钟的原理说明 3 译码显示电路选用译码和显示器件时应注意配合 一是驱动功率 二是逻辑电平的匹配 例如 共阴型的LED数码管配合采用 译码 输出为高电平有效的译码电路 若采用输出为低的译码电路 则需加非门 数码管工作电流较大 可选用功率门或者OC门 推荐使用MC14511 对于 时 十位的译码显示 在设计时应注意 一是在显示1点至 点时 时 的十位均是0 此时应使 时 十位上的 0 熄灭 二是 时 的十位实际上只是显示 0 和 1 两种状态 此时可以考虑不用七段显示译码电路 但必须另设计电路以驱动LED数码管 该驱动电路必须考虑驱动能力和电平匹配的问题 数字钟的原理说明 4 校对电路原理时钟出现误差时 需校准 校对时间总是在标准时间到来之前进行 一般分四个步骤 首先把小时计数器置到所需的数字 然后再将分计数器置到所需数字 在此同时或之后 应将秒计数器清零 时钟暂停计数 处于等待启动 当选定的标准时刻到达的瞬间 按起动按钮 电路则从所预置时间开始计数 由此可知 校时电路应具有预置小时 预置分 等待启动 计时四个阶段 因此 在设计校对电路时 应能方便 可靠地实现这四个阶段所要求的功能 本项目的校时电路用与非门74LS00实现 按动校时开关强制输入一个计数脉冲 从而改变时间 数字钟的原理说明 5 自动报时电路 原理图中省略了这一功能 1 音响电路 音频振荡器 数字钟的原理说明 音频振荡信号VS可用800 1000Hz的正弦波或矩形波 可用RC环形振荡器 自激对称自激多谐振荡器和555集成电路定时器构成 音响控制电路用TTL功率门或OC门可以直接驱动小功率喇叭发声 如左图 若VS是周期1S的矩形波 则会产生0 5秒的声音 Q是报时控制信号 音响控制电路 要实现整点报时 应当在产生分进位信号时响第一声 但响的次数则由时计数的状态来确定 由于时计数器为12进制 报时要求12小时循环一次 所以需要一个12进制计数器来计响声的次数 由分进位信号来控制报时的开始 每响一次让响声计数器计一个数 将小时计数器与响声计数器的状态进行比较 当它们的状态相同时 比较电路则发出停止报时的信号 见上图 自动报时原理 数字钟的原理说明 上述原理还可用右图的波形说明 例 2点正 从波形可以看出 当分进位信号产生负脉冲时 触发器被置为1状态 Q 1 在Vk控制下 响一秒 停一秒 由于此时的小时计数器的状态为 2 当响了第二声之后 响声计数器也计到 2 的状态 经电路比较后 输出一负脉冲信号加至RS触发器的控制端 使RS触发器变为0状态 即Q 0 停止报时 直接利用小时计数器输出状态与响声计数器的状态加以比较 来控制音响电路 由于小时计数器是由十位和个位计数器组成 且十位计数器为二进制计数器 个位计数器为十进制计数器 其输出状态为五位二进制数 因此这时响声计数器也应为与此相对应的五位二进制计数器 同样由十位和个位计数器构成 然后将其状态与时计数器的加以比较 如上图示 推荐两种自动报时方案 如右图利用一块集成电路芯片构成四位十二进制的响声计数器 那么在小时计数器与响声计数器的状态进行比较时 必须注意 这时的响声计数器为四位计数器 而小时计数器为五位计数器 两者不能直接加以比较 应先将五位的小时计数器的状态转换为相应的四位状态 然后再与响声计数器的状态相比较 推荐两种自动报时方案 数字钟的原理说明 4 比较电路的实现两个二进制数的比较 一种方法是利用数据比较器 另一种方法是按位加以比较 我们知道 两个二进制数 只有当它们每一对应位的数码均相同时 这两个数才相同 因此可以将小时计数器的状态与响声计数器的状态按对应的位利用门电路加以比较 其电路请同学们自己思考 5 RS触发器的选用在图五所示原理图中 利用RS触发器来控制音响电路 这就需要自己利用与非门构成RS触发器 实际上利用JK触发器或D触发器等集成触发器的直接置0 置1端也可以构成控制电路 请自行设计 焊好 检查无误后 按以下步骤调试 U1第3脚应有0 3 6V的电压 说明脉冲振荡部分正常 LED1 LED2每秒闪烁一次 说明U2工作正常 按动S1 若U3B输出应有0 3 6V电压变化 说明正常 按动一次S1 测U4的Q0 电压应向相反方向变化 说明U4计数基本工作正常 按动一次S1 数码管U6数值加1 则U5 U6工作正常 不按S1 一分钟后数码管U6加1 分个位计数器正常 数字钟电路安装 调试 断开U3B输出管脚8和U4时钟管脚CP的连线 用一根导线将U1的Q14输出脉冲引出 作为U4 U7R的快速计数脉冲 这样便于调试 观察分钟计数器是否正常 特别注意能否进位 是否计数到59后在下一脉冲时变为0 断开U100输出管脚和U11 U14时钟管脚CP的连线 用一根导线将U1的Q14输出脉冲引出 作为U11 U14的快速计数脉冲 这样便于调试 观察小时计数器是否正常 特别注意能否进位 是否计数到23后在下一脉冲时变为0 数字钟电路安装 调试 音乐D A和A D转换电路 1 设计要求以音乐IC作为模 数转换的信号源 用模 数转换后的二进制代码驱动发光二极管 产生转换所需的时钟信号 模数转换的速度可调 把数模转换后的二进制代码转换成模拟量 通过运放 驱动喇叭发出音响 2 课题涵盖的知识点A DD A转换 脉冲波形产生电路 运放和基本门电路 电路的原理说明 上图中ADC0804的作用是进行模数转换即把音乐集成电路发出的音乐声作为信号源 然后把它转换成数字信号 并把其转换的结果用发光二极管的发光情况表示出来 同时 这些数字信号送到模数转换器DAC0832把数字信号转换成模拟信号 然后输出经MIC4558放大后驱动喇叭发声 其中4060产生模数转换的启动转换脉冲 用来控制转换输出的频率 如输出频率太低 则喇叭发光的声音失真大 否则失真小 A D 模 数 转换器 本ADC0804属于逐次比较型 5 单电源供电 COMS工艺制造 输出电平与TTL COMS器件兼容 可直接驱动数据总线 分辨率为8位 转换时间为100 s 在课程设计的项目中利用ADC0804实现把输入的模拟信号转换为相应的数字信号 电路如图 0804的输入电压范围为0 5V 所以采用单端输入方式 则Vin 管脚接地 输入电压接在Vin 管脚 参考电压可由片内提供9 5V VREF 2管脚悬空 A D转换所需的时钟脉冲由内电路产生 所以 CLKR外接一个电阻和电容产生A D转换所要求的时钟脉冲 采用典型应用时的参数 R5 10k C1 150pF CLK 640kHz 转换速度为100 s 片选管脚接地 芯片正常工作 DB0 B7经排电阻PR1限流后驱动LED1 LED8 指示A D转换完成后 对应的数字信号 输入信号由拨动开关S2进行选择 当打到上端时 输入信号电位器的中间抽头 调节电位器可以实现输入电压在0 5V之间变化 当S2打到下端时 输入信号为音乐片U 输出经VT放大的音乐信号 为A D转换启动控制脚 接在U3A的输出端 U3A SP1 U 组成转换脉冲振荡和手动转换信号形成电路 当8位拨码开关SP1不同开关闭合时 利用U1 MC14060 自动为A D转换器提供转换所需的启动脉冲 当SP1全部断开时 按动一次按键开关S1即可产生一个启动信号 为转换结束输出信号 和读信号控制管脚连接 可以在每次转换完成后自动将转换结果由DB0 DB7输出 A D 模 数 转换器 数 模 转换器 本项目采用集成8位D A转换器0832 DAC0832是电流输出型器件 要获得电压输出 就需要外加电流 电压转换电路 一般可用运算放大器实现要转换的数字信号c由D0 D7输入 DAC转换器的供电电压为 5V 采用单缓冲工作方式 由来自ADC0804的信号控制DAC0830的输入寄存器的锁存 ADC0804转换完成时 其信号由高电平变为低电平 使外数字信号能够顺利的输入到DAC0830的输入寄存器 进入后面的DAC寄存器D A转换 而当ADC0804进入下次转换时 其信号由低电平为高电平 使已经输入到DAC0830输入寄存器的数字信号被锁存 外接的运算放大器U6a将DAC0830输出的Iout1电流转换为相应的电压 整机电路安装 调试 A D转换器的安装 一般音乐片中椭圆形凹起部分内有厂家生产时已经存储的音乐信号 图10 13是音乐管脚连接图 其第1脚旁边一般有 号表示正电源 第6脚接负电源 只要接好电源 内部音乐就可由第5脚输出 但一般声音很小 所以在4 5 6脚之间加入三极管VT1 焊接时注意第4脚接集电极 c极 第5脚接基极 b极 第6脚接发射集 e极 在1 4 6脚焊接短 硬导线连接于电路板 焊接时 切记焊接时间不能太长 三极管VT1在焊接前要先测量质量好坏和判断管脚 音乐片部分焊好后 可接一个32欧的小扬声器试听 将拨动开关S2拨到上端 用万用表测量VIN 端电压 同时调节RP 观察电压应在0 5V之间平滑变化 将示波器接于端 将拨码开关SP1的一个开关闭合 端应有就启动脉冲 将万用表接于端 将拨码开关SP1全部断开 按动按键开关S1 端电压在0 3 6V变化 整机电路安装 调试 A D转换器的安装 在以上调试全部正常后 将拨码SP1全部断开 将拨动开关S2拨到上端 A D转换处于手工启动状态 按动一次按键开关S1产生一个启动信号 发光二极管的亮灭代表了转换后的数字信号 调整RP1 结合万用表将输入电压数值间隔0 5v从0v调到5v 依次记录A D转换DB0 DB7的转换结果 将拨码开关SP1的一个闭合 此时A D转换的启动脉冲由U1 MC14060 产生 拨动开关S2拨到上端 平滑调节RP1 可以从发光二极管的亮灭指示当前输入信号的大小 整机电路安装 调试 A D转换测试 D A转换电路的安装 调试和检测 将拨码开关SP1全部断开 将拨动开关S2拨到上端 A D转换处于手工启动状态 按动一次按键开关S1产生一个启动信号 发光二极管的亮灭代表了转换后的数字信号 调整RP1 结合万用表将输入电压调到下表数值 填写在不同输入电压下的A D转换结果 即DB0 DB7的高低电平状态 同时 用万用表测量U6A的输出电压 填入下表10 4 并与输入模拟电压比较 将拨码开关SP1的一个闭合 此时A D转换的启动脉冲由U1 MC14060 产生 拨动开关S2拨到上端 平滑调节RP1 可以从发光二极管的亮灭指示当前输入信号的大小 同时 用万用表测量U6A的输出电压 并与输入模拟电压比较是否相同 将拨码开关SP1的一个闭合 此时A D转换的启动脉冲由U1产生 拨动开关S2拨到下端 此时音乐片信号输入到ADC0804进行A D转换 A D转换的结果又输入到DAC0803作为D A转换器的数字输入信号 此时可从扬声器中听到音乐 验证采样公式 将拨码开关SP1全部闭合 可发现 拨码开关中越靠近上端的开关闭合 频率越高 音乐的失真越小 声音的质量越好 拨码开关中越靠近下端的开关闭合 采样率越低 音乐失真越大 音质越差 当最下端的几个开关闭合时 采样频率太低而不满足采样要求 即不满足 s 2 imax 根本无法还原出原声音 D A转换电路的安装 调试和检测 波形产生电路 1 设计要求 可产生3种以上波形 正弦波 矩形波 锯齿波等 各种波的幅度和频率可调节 设计可采用中规模集成电路也可采用大规模集成电路 如ROM 2 课题涵盖的知识点 振荡电路 计数器 数模转换 运放电路等 若采用大规模集成电路则与存储器知识有关 采用存储器电路的波形产生电路可以参考第8章相关电路图 波形产生电路 3 电路框图及结构说明 时钟发生单元 时钟发生单元 Ram地址产生 波形存储ram 信号放大单元 D A转换单元 波形锁存 4 框图思路说明 利用串行2进制计数器做触发源来触发作为地址产生器的二进制计数器 使其产生为后级所用的地址码 使用ram存储器存储波形 通过不同的地址输入 读出ram中的波形数据 使用锁存器避免前后转换中的影响 将波形数据输入到后级的D A 完成数字到模拟的转换 最后由高输入阻抗的高精度集成运放完成放大作用 波形产生电路原理说明 A 时钟发生单元 CD4060为14位2进制串行计数器 搭配2mhz晶震可得f 2mhz 2n n 4 10 12 14 等10种频率的信号 如原理图图示接q4脚 则4060输出频率为 f 2mhz 2n n 4 12500hz q5 q6 的频率依此类推 可见本作为后级地址产生器的触发时钟的4060的最高频率只有12500hz 倘若本时钟不够 则可通过配接不同频率的晶震来达到调节触发频率的输出的目的 波形发生器电路原理说明 12位2进制计数器4040有q0 q11位输出 其中只选择q0 q9输出连到后级的ram的地址端a0 a9 刚好对应一个波形的地址空间 至于选中ram中8k的哪一k则由ram的高三位地址的组合情况决定 由如图所示接法 可知4040在q4的下降沿触发 地址变化速度为 q4 12500hz B 地址计数器 C 波形存储ram 本例中2864为8k 8位存储器 8k的空间 13根地址线 此处我们选用低10根地址线为每种波形的地址空间 故分8k为8段 每个波形占用一段 共可存储8种 波形发生器电路原理说明 波形 高3位通过开关组合可有23共8种状态对应8种波形的选择 利用一般的单片机通用编程器即可对2864编程 此外发现 片选信号 读出允许 写允许分别为 低低高 这是因为本例中ram已经通过编程器写入了波形 而要使用该ram 则必定要用片选 D 数据锁存器 数据锁存器hc574的作用是 在存储器从地址有效到数据输出的时间间隔内避免对后级转换的影响 74hc574锁存器是在脉冲上升沿读入数据由q0 q7输出 而地址计数器是脉冲下降沿动作 因此q输出的数据和ram指定的时间延时1 2个时钟 以此保证数据的有效性 波形发生器电路原理说明 E D A转换 D A转换的作用是将锁存器输出的波形数据转换成模拟信号 其中 输入锁存器功能ILE固定接高 cs片选固定接低 使芯片处于工作状态 wr1 wr2 xfer 固定为低电平时D A处于直通工作状态 输入数据直接转换为模拟量 8脚接电位器用于调节输出电压幅度 V0 VREF RF 2n Sn 2n 1 Sn 1 20 S0 2n由此可见 VREF的变化将直接影响输出V0 所以也可以接固定的VCC电压 本例中0832为电流型D A转换器 即输入全 0 时 IOUT1最小 全 1 时 IOUT2最小 波形发生器电路原理说明 F 放大电路 D A转换0832为电流型转换器 因为怕影响精度 后级不可接大负载并要求后级有高输入阻抗 本例中用LF356以满足要求 LF356输入阻抗超过1012欧 共模抑制比为100DB 频带0 5Mhz 输出若通过电容耦合可得交流波形 例中电位器W来调节运放的反馈深度 控制输出幅度 输出端的输出含有直流成分输出正弦波时 变化的幅度为0 5V 如果用电容耦合 隔离直流 输出电压为 2 5 2 5之间 由此可见 本实例中通过电位器W来改变输出幅度 而通过选择4060的不同频率输出来改变末级波形的频率 波形发生器电路原理说明 G 存储数据设计 存储器的数据设计与D A转换精度以及输出波形形状有关 设输出波形为一标准正弦波 在1024个字节中平均划波形为4个区 若规定0电位为07fh 则正弦波的最高点为0ffh 最低点为000h 其他关键点依此类推 由于1k 000h 3ffh 空间只能存储一个波形 一个字节数据最多有256种状态 所以8位数字量的步长为1 256 误差为0 4 可通过更多位数的D A来提高输出精度 但一般8位D A即可满足要求 根据步长和起始点的数值 可得波形地址单元表 整机的安装和调试 安装电路时 最好由前到后按照信号流程来走 有条件的 可以制板 需手工焊接的则也要有电路板的走线概念 该电路信号流程 条理和思路都非常清晰 便于查证错误所在 验证电路板时 最好选定ram为方波 因为只有0和1两种状态 这样更易于测试后级 选定4060的某一频率 测试地址产生器4040的输出 测试ram的输出 再测试锁存器的输出 依此类推直到末级信号波形 此外通过选择不同4060的输出 调节末级w电位器的反馈度 可以获得不同幅度和频率的波形 彩灯控制电路 利用存储器预先将彩灯的闪烁规则保存在ram中 再利用计数器作为地址依次读出原保存在ram中的数据 控制彩灯依照原编制好的闪烁花样有序的闪 灭以达到装饰的目的 1 目的要求 理解半导体存储器的工作原理 理解ram的应用和测试方面 掌握脉冲发生器以及计数器的应用 彩灯控制电路 2 电路框图及结构说明 3 框图思路说明 利用二进制串行计数器做时钟源 后加一频率选择开关 以选择合适的闪烁频率 该信号作为计数器的触发信号 使得计数器计数作为ram的地址 ram读出相应单元中的数据经过缓冲后来控制彩灯 见电路图 脉冲振荡 频率选择 计数器 存储器 缓冲 彩灯 彩灯控制电路原理说明 A 脉冲振荡单元 CD4060为14位2进制串行计数器 可搭配晶震也可搭配RC电路来振荡得到所需频率 搭配晶震时输出频率可由公式f 晶震 计算 若接RC振荡电路 原理一样 此处4060作为脉冲振荡单元产生一个振荡脉冲输出 来激励计数器计数工作 B 频率选择 4060输出的频率可能达到千赫兹 故需加一频率选择开关来选择4060的输出频率 以达到改变闪烁快慢和人眼所能识别的频率协调的目的 彩灯控制电路原理说明 C 计数器 计数器对输入的脉冲信号计数 依次形成读取存储单元所需的地址 如图所示计数器为12级二进制计数器MC14040利用计数器依次加1的功能 将其输出端连到后级的波形存储器ram地址输入端 作为一个递增的地址码 依次读出ram中的波形 以达到彩灯闪烁的目的 D 存储器28C04 28C04构成本电路核心 用于存储彩灯闪烁的 规则 前级计数器递增计数 产生一个递增的地址码输入到28C04 28C04读出相应地址单元中的内容到后面的彩灯 以达到控制彩灯闪烁的目的 本例中因为利用编程器已经写入了28C04的彩灯信号 此处只是读出 故片选端CE 写入WE 读出OE分别接 低 高 低 利用通用的单片机编程器即可对28C04进行编程 此外也可通过手动方式来编程 彩灯控制电路原理说明 E 数据缓冲器74LS245 缓冲器的作用主要是为提高信号对负载的驱动能力 减小负载对前级控制电路的影响 同时在各器件共用数据线时避免相互干扰 因为数字控制系统中前级控制信号的功率一般都较小 没有足够大的驱动电路直接驱动负载 如继电器 数码管 电机灯等 因此一般在控制电路的末级采用数据缓冲器驱动负载 本例中数据缓冲器采用74LS245 8线3态双向缓冲器 采用DIP20通用封装 管脚分布读者自行查证 彩灯控制电路原理说明 彩灯控制电路整机安装 调试 1 计数脉冲的调试 1 安装好 确认电路无误 接入5v电源 用示波器测量SP1的各点 如果有3 6v左右的矩形脉冲 说明4060以及SP1焊接正常 2 可以通过SP1开关选择不同的频率输出 同时也可通过改变电容C1的大小来改变输出频率 3 断开SP1开关 反复拨动开关S1 同时用万用表测量U3A的第三脚 如果指针在0 3 3 6v间摆动 则手动输入计数脉冲正常 彩灯控制电路整机安装 调试 2 计数器安装 调试 确认电路无误 接入5v电源 断开SP1 按下S2 测量计数器各输出端 全为0 5v以下的低电平 则复位部分正常 将SP1开关最上面的一个接通 用示波器观测U4的输出端q1应有脉冲输出 说明计数器U4工作正常 思考 为什么将计数器复位清零端和输出端Q5相连 就可以形成一个32进制的2进制计数器 从而使得彩灯循环往复闪烁 彩灯控制电路整机安装 调试 3 存储器安装 调试 特别检查U7的数据断口A是否和存储器的数据端口分保依次相连 U7的DIR是否接高 片选信号是否接低图中PR1可用8个470欧普通电阻替代 而PR2为排阻 有公共脚 以减少焊接 检查电路 确认无误 接通5v电源 用万用表测试各集成电路关键管脚电压 并与正常值相对照 存储器数据的手动写入 可利用编程器自动编程 也可通过手工手动写入 如图断开SP1 使计数器无计数脉冲输入 按一次复位清零开关S2 使计数器复位 存储器选定0地址单元保持不变 根据闪烁花样 确定0地址单元的数据 例 想要LED1发光 其他熄灭 则对应的SP2的第一个开关断开 其他闭合 按下S3 则4069的1脚为低电平 2脚为高 使得存储器OE为高不工作 存储器数据的手动写入 同时2脚高电平经U6反相 4脚为低电平控制u8的片选端 使得U8工作 并且U8的DIR接低电平 数据方向为BA 将拨码开关的高低电平送到存储器的数据线D0 D7 同时4脚两次反相后 经C2延迟 作为存储器写控制信号 we为低电平有效 存储器处于写入状态 松开S3开关 存储器推出写状态 按一次开关S1 计算机计数进入下一状态 存储器选中下一存储单元 重复以上 即可依次编写想要的闪烁花样 汽车尾灯控制电路 1 设计要求汽车尾部左右侧各3个灯A 正常运行 指示灯全灭B 左拐弯 左侧3个灯按左循环依次点亮C 右拐弯 右侧3个灯按右循环依次点亮D 刹车时 6个灯随1HZ脉冲同步闪烁 汽车尾灯设计构思 1 列出尾灯与汽车运行状态表 2 设计总体框图汽车左右拐时 3个灯循环点亮 故用3进制计数器控制译码电路顺序输出低电平 从而控制尾灯按要求点亮 由此得出在每种状态下 各指示灯与给定的条件 S1 S0 CP Q1 Q0 的关系 即逻辑功能表以及原理框图见下 汽车尾灯设计构思 控制逻辑功能表 控制原理图 开关控制电路 显示驱动 译码电路 3进制计数器 电路分析 3 设计单元电路1 根据上面的控制逻辑功能表可利用双JK触发器74LS76由读者自行设计2 电路图见下 显示驱动电路由6个发光二极管和6个非门构成 译码电路由3 8线译码器LS138和6个与非门构成 74LS138的三个输入端A2 A1 A0分保接S1 Q1 Q0而Q1Q0是计数器输出端 可知 当S1 0 使能信号A G 1 计数器状态为00 01 10时 LS138对应的输出端Y0Y1Y2依次为0有效 即反相器G1G2G3 电路分析 输出端也依次为0 故指示灯D1 D2 D3按顺序点亮示意汽车右拐 若上述条件不变 而S1 1 则LS138对应的输出端Y4Y5Y6对应的输出端依次为0有效 即反相器G4G5G6的输出端依次为0 故指示灯D4 D5 D6按顺序点亮示意汽车左拐 当G 0 A 1时 LS138输出全为1 G6 G1的输出端也全为1 指示灯全灭 当G 0 A CP时 指示灯随时钟CP同步闪烁 参考电路见下 电路调试 1 焊接完成后 检查电源线 地线 检查IC是否插反 检查各IC电源和接地 检查电路是否虚焊2 上述无误后 接通5v电源 测试3进制计数器的输出状态 计数器状态与开关S1S0无关 3 检查本电路的另一个核心点 使能G以及A4 分保调制开关S1S0为00 01 10 11这四种状态 检查LS138的输出5 注意JK触发器的J K端的悬空6 利用示波器测试秒脉冲发生器的输出