数电实训报告

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

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电气工程及自动化学院

School of Electrical Engineering & Automation 实习(设计) 科 目 姓 名 实习 设计 指导 教师 刘丽君 谢新刚 黄玲琴 姜行东 实习 电子技术综合课程设计实习 职 务 教师 教师 教师 教师 所 在 部 门 张子望 设计 小组 成员 1：设计8位流水灯 实习 设计 要求 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 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。

设计流水灯电路 2

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 ........................................................................................................... 5

4.1 总体电路图 ................................................................................................................ 5 4.2时钟发生电路 ............................................................................................................. 6 4.3 按键控制电路 ............................................................................................................ 6 4.4 移位寄存器部分 ........................................................................................................ 7 五 芯片介绍 ............................................................................................................................. 8

5.1 555定时器 .................................................................................................................. 8 5.2 移位寄存器194 ....................................................................................................... 11 5.3 控制电路与非门 ...................................................................................................... 12 六 整体电路图 ....................................................................................................................... 13 七 仿真结果 ........................................................................................................................... 14

7.1 停止置数状态 .......................................................................................................... 14 7.2 正向旋转状态 .......................................................................................................... 14 7.3 反向旋转状态 .......................................................................................................... 15

第二篇 电子技术综合课程实习 ................................................................................................... 17

一 课程实习任务 ................................................................................................................... 17 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 ....................................................................................... 18

3.1转速表的原理图 ....................................................................................................... 18 3.2转速表原理分析 ....................................................................................................... 18 四 芯片介绍 ........................................................................................................................... 23

4.1 CD40106介绍 .......................................................................................................... 23 4.2 CD40110介绍 .......................................................................................................... 23

第三篇 总结 ................................................................................................................................... 26

一 心得体会 ........................................................................................................................... 26 二 参考文献 ........................................................................................................................... 27

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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

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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。

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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：

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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：

S1 S2 U4 U5 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 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

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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：

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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 R TH TR VO Td状态 0 低 导通 × × 1 >2/3 VCC >1/3 VCC 低 导通 1 <2/3 VCC >1/3 VCC 不变 不变 1 <2/3 VCC <1/3 VCC 高 截止 1 >2/3 VCC <1/3 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：

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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 VCC 与 2/3 VCC之间变动。设电容C的充电时间为T1，放电时间为T2，则

T1(R1R2)ClnVCCVT

VCCVT其中，VT = 2/3VCC,VT = 1/3VCC； 由此得，T1(R1R2)Cln2；

T2R2Cln0VT； 0VTT2R2ln2；

TT1T2； (R12R2)Cln2；

又f1; T10

f1；

(R12R2)Cln2即可得到此多谐振荡器的震荡频率； 其中，其占空比为：

qT1R1R2 T2R12R2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 清除 送数 右移 左移 保持 保持 输入 CP CR S1 S0 × 0 × × ↑ 1 1 1 ↑ 1 0 1 ↑ 1 1 0 ↑ 1 0 0 ↓ 1 × × 输出 SR SL D0 D1 D2 D3 Q0 × × × × × × 0 × × a b c d a DR × × × × × DR × DL × × × × Q1 × × × × × × Q0 × × × × × × Q0 表3 194功能表

Q1 0 b Q0 Q2 Q1 Q1 Q2 0 c Q1 Q3 Q2 Q2 Q3 0 d Q2 DL Q3 Q3 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：

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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：

A B Y L L H L H H H L H H H 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。

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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

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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）

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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）

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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；

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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。

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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：

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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UB为：

R'wR22UbVCC;

RwR22'其中Rw为滑动电阻，则三极管的输入电压可调，从而控制电

机转速；

IaIb；

由于电机具有非线性，Ia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：

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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，B1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，B1由低电平跳为高电平。由此完成转速的测量。

B1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，B1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：

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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、

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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。

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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

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器还具有的加减输入端（+-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

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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

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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。

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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》 《数字电子技术基础》

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—— 高等教育出版社

—— 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#403D

5、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：

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