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实习(设计)报告姓 名 张子望 班 级 13电51 学 号 130285041 实习(设计)科目 电子技术综合课程设计实习实习(设计)地点 403D 实习(设计)时间 2015.12.28-2016.1.8 电气工程及自动化学院School of Electrical Engineering & Automation实习(设计)科 目电子技术综合课程设计实习实习设计指导教师姓 名职 务所 在 部 门刘丽君教师谢新刚教师黄玲琴教师姜行东教师实习设计小组成员张子望实习设计要求1：设计8位流水灯2：可以控制流水灯的开始与停止3：可以控制流水灯的变化方向实习 设计任务设计流水灯电路说明：（1）本日志用于记录实习（设计）过程中的各项活动内容，要求学生必须填写具体、齐全、工整。 （2）实习（设计）结束后由专业科主任审查签字。目录第一篇 电子技术综合课程设计4一：设计题目4二：设计任务4三：原理框图4四：设计电路原理分析54.1 总体电路图54.2时钟发生电路64.3 按键控制电路64.4 移位寄存器部分7五 芯片介绍85.1 555定时器85.2 移位寄存器194115.3 控制电路与非门12六 整体电路图13七 仿真结果147.1 停止置数状态147.2 正向旋转状态147.3 反向旋转状态15第二篇 电子技术综合课程实习16一 课程实习任务16二 电机转速表功能介绍17三 电路原理图以及工作原理分析183.1转速表的原理图183.2转速表原理分析18四 芯片介绍234.1 CD40106介绍234.2 CD40110介绍24第三篇 总结26一 心得体会26二 参考文献27第一篇 电子技术综合课程设计一：设计题目设计一个循环彩灯控制电路二：设计任务1：设计制作一个八位循环彩灯，能够控制彩灯循环的开始与结束，也可以改变彩灯循环的方向；2：了解主要芯片使用方法；3：掌握所学数电知识；三：原理框图四：设计电路原理分析4.1 总体电路图图1 流水灯电路总体电路图本设计的流水灯为8位流水灯，能够实现8位循环移位。并且可以通过按键控制循环的方向。为了实现以上功能，本系统由时钟发生电路，按键控制电路，移位电路组成。4.2时钟发生电路图2 时钟发生电路时钟发生电路由555定时器电路组成。其震荡周期为T=(2R2+R1)*C2*ln3;其占空比为R2/(R1+R2);若想改变其震荡频率，即改变流水灯变化时间，只需要改变R1或R2的大小就可以。图三为时钟电路仿真结果：图3 时钟发生电路仿真图利用555定时器的输出方波作为移位寄存器的时钟，即可驱动移位寄存器工作。4.3 按键控制电路为了实现流水彩灯的控制，加入了按键控制电路。图四为按键控制电路：图4 按键控制电路按键控制电路可以实现流水灯的开始与结束，流水灯的正转与反转。下表为其输出真值表：S1S2U4U5 0 0 110 11110101 101表1 开关控制电路的真值表当S2打开后，U4，U5输出都为1，则移位器处于预置数状态。S1闭合后，移位器处于正常移位状态，这时可以通过改变S2开关状态来改变U4，U5的输出，改变移位器的控制线的状态，达到改变移位方向的目的。特别注意的是，U4与U5的输出借到移位寄存器的S0，S1。只有这样，我们才可以利用按键的输出改变电路的状态，达到控制电路的状态的目的。4.4 移位寄存器部分为了实现流水灯，我们需要使用相应的集成电路达到信号选择的目的。移位可以使用三线-八线译码器，或者计数器完成，也可以使用移位器完成。方案1：使用三线-八线译码器。138是三线-八线译码器，可以通过对三位输入信号选通对应的路。但是为了实现流水灯的正反转还需要使用192加减计数器。相应的电路较为复杂。方案2：使用移位寄存器。194是四位移位寄存器，本身带有左移与右移功能，且控制简单，对于本设计较为简单。所以，选择方案2；图五为移位寄存器194的链接电路：图5 194移位寄存器电路五 芯片介绍5.1 555定时器555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活，方便，所以555定时器在波形的产生与变换，测量与控制，家用电器，电子原件等许多领域得到了应用。图六是其内部原理图：图6 555定时器内部原理图可以看到，在555定时器内部，有两个集成运放C1，C2。C1同相输入端接到了2/3 VCC，并且由5号引脚引出，作为可变参考电压的输入端。C2的反相输入端接到了1/3 VCC。在5号引脚悬空时，555定时器内部阀值电压为1/3 VCC和2/3 VCC。表二为其功能表：输入输出RTHTRVOTd状态0低导通12/3 VCC1/3 VCC低导通11/3 VCC不变不变12/3 VCC2/3 VCC1/3 VCC高截止表2 555定时器功能表利用555定时器可以很方便的连接多谐振荡器，其连接方式如图二所示。结合555定时器内部结构，多谐振荡器的电路原理如图七：图7 多谐振荡器原理图由原理图可知，多谐振荡器实际上是在施密特触发器的基础上更改而来。其电容C上的电压在1/3 与 2/3 之间变动。设电容C的充电时间为T1，放电时间为T2，则其中， = 2/3, = 1/3；由此得，； ；又;；即可得到此多谐振荡器的震荡频率；其中，其占空比为：图八为电容C上的电压与输出电压的波形图：图8 多谐振荡器的波形5.2 移位寄存器194两片194组成8位移位电路，U1为低位片，U2为高位片。U1的Q3接到U2的DSR,Q0接到U2的DSL；U2的Q3接到U1的DSR,Q0，接到DSL；这样就将两片194接成可以左右移位的环形移位寄存器。下表为194的功能表：功能输入输出CPCRS1S0SRSLD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3清除00000送数111abcdabcd右移101DRDRQ0Q1Q2左移110DLQ1Q2Q3DL保持100Q0Q1Q2Q3保持1Q0Q1Q2Q3表3 194功能表由194的功能表可知，当S1=S2=1时，194处于预置数状态，其输出为预置数。当S1=0，S0=1时，194在上升延进行右移。当S1=1，S0=0时，194在上升延进行左移。当S1=0，S0=0和下降延时，194保持。利用S1与S2状态相反从而其移位方向的不同，可以顺利的链接出双向的移位控制电路；下图为CC40194的引脚逻辑图：图9 CC40194引脚图及逻辑图5.3 控制电路与非门由于按键控制电路需要三个与非门来实现，所以选择与非门芯片74LS00。其中有一路与非将两个输入端接到一起用作非门。下图为74LS00芯片引脚以及逻辑图：图9 74LS00引脚图74LS00为74系列与非门，其上升时间为9ns,下降时间为10ns，功耗为9mW。是74系列高速，低功耗的与非门。其功能逻辑图如下：ABY LLHLHHHLHHH L表4 与非门逻辑表利用与非门的配合，将控制电路的两个输出连接到两个移位寄存器的控制端上，实现对流水灯的开始，停止，正转，反转的控制。六 整体电路图下图为本设计的整体电路仿真图图10 仿真整体图七 仿真结果7.1 停止置数状态图11 停止置数状态7.2 正向旋转状态图12 正向旋转状态（1）图13 正向旋转状态（2）如图13（1）,13(2)所示，当S1闭合，S2打开，灯依次从上到下亮；7.3 反向旋转状态图14 反向旋转状态（1）图15 反向旋转状态（2）如图14（1）,14(2)所示，当S2闭合，S1打开，灯依次从下到上亮；第二篇 电子技术综合课程实习一 课程实习任务 组装一台数字转速表二 电机转速表功能介绍当电动机转动时，我们人眼无法统计电动机单位时间转过的圈数，即使电动机每秒钟只转过几圈，我们也无法准确的数数来得到电动机每分钟转动的圈数。本套件就可以测量电动机每秒转动多少圈，最大测量范围为每秒999圈，简单的修改电路，还可以当做电子计数器来使用。如果要显示更大的数字，用户可以自行增加CD40110和数码管，按照原理图的级联的方法进行跟多的级联。每增加一级，计数可增加10倍再加上9。本制作采用CD40110和CD40106来实现电动机转速表功能，其中CD40110是加减计数，译码，驱动，锁存专用芯片，可实现十进制加一，十进制减一，将计数值译成10进制LED显示码，并驱动LED。其内部计数器和显示驱动是分开的，受计数允许（TE），清零复位（RST），显示锁存控制（LE），其中计数器还有独立的加减输入端（+-IN）和进（借）位输出端（+-out）,本制作中，只需用到加计数，因此减计数对地短接，借位输出留空。三 电路原理图以及工作原理分析3.1转速表的原理图转速表原理图如下图16 电子转速表原理图3.2转速表原理分析3.2.1电机驱动部分电机转速表测量的电机的转速，由于电机的电压为模拟量，需要驱动电路进行驱动，下图为直流电机的驱动电路：图17 电机驱动电路如图所示电机驱动电路实际为三极管放大电路驱动，三极管的为：;其中为滑动电阻，则三极管的输入电压可调，从而控制电机转速；由于电机具有非线性，也为非线性。3.2.2测速部分电机的测速有许多的方法，有测电流法，有电压法，有光电法。其中光电法最为简单，本套件采用光电法。其基本原理是，在电机的轴上套有码盘，利用码盘上的光栅与发光二极管进行测速。下图为其原理图：图18 光电测速U5为光电编码器。光电编码器由发光二极管，光电三极管组成。当编码盘的光栅镂空部分转过发光二极管，发光二极管发出的光就照射到光电三极管，光电三极管由截止变为导通，由高电平跳转为低电平，当光线被遮住，光电三极管则有导通变为截止，由低电平跳为高电平。由此完成转速的测量。输出到CD40106的第一路反相器。3.2.3波形整定由于光电三极管不可能完全工作在饱和或者截止状态，另外由于测量噪声的存在，输出的波形不是标准的方波，此信号不能直接作为编码器CD40110的计数脉冲，所以需要进行波形的整定与变换。下图为波形整定部分：图19 波形整定波形整定是利用CD40106的第一路和第二路反相器组成滞回比较器，阀值电压为2.3V和2.6V；此电压完全可以做到波形的整定，使输出给CD40110的A1为方波。3.2.4定时与控制信号测速需要计算单位时间脉冲数，而这个计数时间即为测速周期。本套件的测速周期也由CD40106电路组成。图20 测速周期与控制信号反相器5将反相器的矩形波变成一个毫秒级宽度（由C6、R25决定宽度）的正脉冲；反相器6在反相器5正脉冲的上升沿产生一个毫秒级宽度的负脉冲（由C7、R27决定宽度）作为CD40110读取计数器值让abcdefg显示并锁存，反相器6在反相器5正脉冲的下降沿产生一个毫秒级宽度的正脉冲（由C8、R26决定宽度）作为CD40110计数器清零的复位信号。3.2.5显示部分本套件使用了LED8段数码管，使用CD40110驱动，具体电路如下：图21 显示部分CD40110为10进制译码，锁存，驱动一体的芯片，可以级联。四 芯片介绍4.1 CD40106介绍CD40106是低功耗宽电压供电的COMS芯片是带迟滞功能的6个反向器，本套件采用的是14脚DIP双列直插封装的芯片，每个反向器有具一个输入端和一个输出端，6反向器占用了12个引脚，剩下的14脚为电源正极，7脚为电源负极，工作电压为3-12V，推荐工作电压为5-6V。下图为其引脚逻辑图：图22 CD40106引脚图CD40106实际就是反相施密特触发器。4.2 CD40110介绍CD40110是加减计数、译码、驱动、锁存专用芯片，可以实现10进制加1、10进制减1、将计数值译成10进制的LED显示码、驱动LED，其内部的计数器和显示驱动是分开的，受计数允许（/TE）、清零复位（RST）、显示锁存控制（LE），其中计数器还具有独立的加减输入端（+-IN）和进（借）位输出端（+-OUT），本制作中，只需要用到加计数，因此减输入端(-IN)对地短路，减借位输出端（-OUT）留空。宽电压的CD40110，16脚为电源正极，8脚为电源负极，工作电压为3-12V，推荐工作电压为5-6V，其中abcdefg为7段LED数码管的驱动输出，输出不能短路，接数码管需要接限流电阻，限流电阻的大小一般为200欧到2000欧之间，电源电压高，限流电阻可适当取大；采用高亮LED数码管，限流电阻可适当取大；只有在电源电压较低、采用普通LED数码管或者大尺寸的数码管时，限流电阻可适当取小。本套件采用1K欧的电阻为限流电阻。/TE脚为计数器低电平允许脚，如果该脚为高电平，计数器在有输入信号时也会停止计数，本套件该脚接地，长为低电平，表示计数器一直处理计数状态。RST脚为计数器清零脚。清零，表示从0开始计数，允许计数时，+IN输入一个脉冲信号，在上升沿就会进行+1计数，如果逢9，+OUT还会输出一个进位信号给高位计数器的+IN；如果-IN输入一个脉冲信号，在上升沿就会进行-1计数，如果逢0，-OUT还会输出一个进位信号给高位计数器的-IN；这样就达到了多位数自动加减计数的效果。LE为显示锁存，平时该脚为低电平时，abcdefg的输出和计数器的值是相等，如果计数器这时是3，abcdefg输出会让LED显示成3；如果计数器加减计数变化成5，abcdefg输出就会让LED显示成5。当LE脚为高电平时，这时，显示的数字就会固定不变，不论计数器是加还是减还是清零，显示的数字一律不变，就好象被“锁”住了一样。下图为CD40110引脚逻辑图：图23 CD40110引脚图第三篇 总结一 心得体会两个星期的数电实习让我了解了数字系统设计的一般步奏和方法，掌握了一些常用的芯片功能和他的功能表，巩固了数电理论知识，查找了平时学习的不足，为以后学习打下了一定的基础。在一开始的设计阶段，在设计的过程中，由于缺少经验，刚开始基本不知道怎么设计。在翻阅了理论书后，再结合自己设计的要求进行设计，慢慢的有了头绪，一点点的将所学的知识串联起来，真真的做到了将所学的知识用于平时的实践，做到了学以致用。在第二部分的练习部分，我练习了自己的焊接技术，学习了分析电路的基本方法，进一步熟息数电知识，并且学会了掌握没有学过的芯片的方法。在实习过程中，我得到了许多老师和同学的支持，在这里多谢老师和同学的帮助。二 参考文献数字系统设计数字电路课程设计指南 北京邮电学院出版社 数字电路逻辑设计脉冲与数字电路 高等教育出版社 数字电子技术基础 高等教育出版社实习(设计)成绩评定表班级 13电51 姓名 张子望 学号 130285041 1、实习(设计)名称： 电子技术综合课程设计实习 2、实习(设计)题目： 循环彩灯控制电路 3、实习(设计)时间：自2015年 12月28日至 2016年1月 8日4、实习(设计)地点：12#403D5、主要内容简述： 6、指导教师评语： 7、指导小组复评意见： 8、成绩： 指导教师签名：年 月 日指导小组组长签名：年 月 日教研室主任签名：