数电课程设计-五人表决器设计

数电部分 五人表决器设计 一 设计任务与要求 1 设计一个五人表决器 通过红绿两种不同颜色的灯来代表表决是否通过 并用 数码管显示出同意的人数 2 使用 74HC138 译码器芯片进行控制 按照少数服从多数的原则 多数人同意则 通过 少数人同意则被否决 用绿灯亮表通过 红灯亮表示否决 3 学会根据已学知识设计具有某一特定功能的电路 学会基本电路的组装与调试 二 方案设计与论证 当按下开关时 代表同意赞成 开关没有按下去时 表示不赞成 评委按照自己 的意愿投票 选择是否按下开关 即选择逻辑电位 对逻辑电位进行译码 对译码后 芯片的输出进行显示 对于五人表决器 首先设五人分别为 A B C D E 设 Y 为表决的结果 其中有三 人或三人以上同意 同意用 1 表示 不同意用 0 表示 则绿灯亮 绿灯用 1 表示 红灯亮 红灯用 0 表示 五人表决器真值表 输入输出 ABCDEY 000000 000010 000100 000110 001000 001010 001100 001111 010000 010010 010100 010111 011000 011011 011101 011111 100000 100010 100100 100111 101000 101011 101101 101111 110000 110011 110101 110111 111001 111011 111101 111111 如果绿灯亮了 则表示表决通过 若红灯亮了 表示不通过 三 单元电路设计与参数计算 芯片 74HC138 是典型的集成译码器 它是 3 线 8 线译码器 该译码器有 3 位二 进制输入 A B C 它们共有 8 种状态的组合 即可译出八个输出信号 输出为低电平有 效 此外 还设置了 3 个使能端 G1 G2A G2B 为电路的扩展提供了方便 74HC138 集成译码器功能表 输入输出 G1 G2A 非 G2B 非 CBA Y0 非 Y1 非 Y2 非 Y3 非 Y4 非 Y5 非 Y6 非 Y7 非 H HHHHHHHH H HHHHHHHH L HHHHHHHH HLLLLLLHHHHHHH HLLLLHHLHHHHHH HLLLHLHHLHHHHH HLLLHHHHHLHHHH HLLHLLHHHHLHHH HLLHLHHHHHHLHH HLLHHLHHHHHHLH HLLHHHHHHHHHHL U7 74HC138D 2V Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 74HC138 外围引脚分布图 芯片 74HC139 是双 2 线 4 线译码器 它的输出也是低电平有效 符号匡内部的 输入 输出变量表示其内部的逻辑关系 74HC139 2 4 线译码器真值表 输入输出 G 非BAY0 非Y1非Y2非Y3非 1 1111 0000111 0011011 0101101 0111110 U6A 74HC139DW 2V 1Y0 4 1Y1 5 1Y2 6 1Y3 7 1A 2 1B 3 1G 1 74HC139 外围引脚分布图 74LS161 计数是一种最简单基本的运算 计数器就是实现这种运算的逻辑电路 计 数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数 以实现测量 计数和控制的功能 同时兼有分频功能 计数器按计数进制不同 可分为二进制计数器 十进制计数器 其他进制计数器 和可变进制计数器 若按计数单元中各触发器所接收计数脉冲和翻转顺序或计数功能 来划分 则有异步计数器和同步计数器两大类 以及加法计数器 减法计数器 加 减 计数器等 如按预置和清除方式来分 则有并行预置 直接预置 异步清除和同步清 除等差别 按权码来分 则有 8421 码 5421 码 余 3 码等计数器 按集成 度来分 有单 双位计数器等等 74LS161 是四位二进制可预置同步计数器 由于它采用 4 个主从 JK 触发器作为记 忆单元 故又称为四位二进制同步计数器 其集成芯片管脚如图所示 74LS161 Q0 Q1 Q2 Q3 b 逻辑功能示意图 a 引脚排列图 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS161 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CET PE CR CP D0 D1 D2 D3 CEP GND CR D0 D1 D2 D3 CET CET CP CO PE 74LS161 管脚图 该计数器由于内部采用了快速进位电路 所以具有较高的计数速度 各触发器翻 转是靠时钟脉冲信号的正跳变上升沿来完成的 时钟脉冲每正跳变一次 计数器内各 触发器就同时翻转一次 74LS161 的功能表如表所示 74LS161 逻辑功能表 输 入输 出 RDLD ETEPCPABCDQAQBQCQD L LLLL HL abcdabcd HHHH 计 数 HHL 保 持 HH L 保 持 由于 74LS161 的计数容量为 16 即计 16 个脉冲 发生一次进位 所以可以用它构 成 16 进制以内的各进制计数器 实现的方法有两种 置零法 复位法 和置数法 置 位法 CD4511 引脚图 四 总原理图及元器件清单 1 Multisim 11 0 原理图 S2 Key E S1 Key D S3 Key C S4 Key B S5 Key A U1A 7400N U2A 7400N U3A 7400N U4A 7400N U5A 7400N U6A 74HC139DW 2V 1Y0 4 1Y1 5 1Y2 6 1Y3 7 1A 2 1B 3 1G 1 U7 74HC138D 2V Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 U8 74HC138D 2V Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 U9 74HC138D 2V Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 U10 74HC138D 2V Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 X1 2 5 V X2 2 5 V VCC 5V V2 5 V U11 A B C D E F G CK U12 4511BD 5V DA 7 DB 1 DC 2 DD 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11 OB 12 OG 14 EL 5 BI 4 LT 3 U13 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U14A 7400N U15A 7400N U16A 7400N U17A 7400N U18A 7400N 2 元件清单 元件序号型号主要参数数量备注 V15V1电源 S5开关 U7400N5非门 U674HC1392V1译码器 U74HC1382V5译码器 X2 5V2指示灯 五 安装与调试 将设计好的电路在 Multisim 11 0 中绘制出来 在绘制时 注意各器件的选择和 使用 开关应选择单刀双置式开关 共 5 个 开关连线时应保持处于断开状态 不得 提前接通电源 此外 接线时的走线 应选择合适的走线方式 使整个电路显得清晰 明确 尽量避免接线的来回交叉 或者绕远的走线方式 Multisim 11 0 的使用也是一项非常复杂的事情 需要足够的细心和耐心 一个很 小的疏忽就容易接错线 而接线错误就会造成仿真错误 甚至仿真失败 因此一定要 注意仿真时的正确接线 六 性能测试与分析 调试图 1 红灯亮 当 A B C D E 中只有任意两人或两人以下赞同时 红灯亮 同时数码管显示 出同意人数 2 调试图 2 绿灯亮 当 A B C D E 中有三人或三人以上一下赞同时 绿灯亮 同时数码管显示出 同意人数 3 七 结论与心得 在数字电子技术课程设计的尾声我认识到 我们做好课程设计 需要认真复习一 个学期以来学过的内容 需要翻阅课本知识才能确立实验方案 然后逐步进行细化设 计 我主要负责电路的模拟与仿真部分 在仿真过程中总会遇到各种各样的问题 需 要耐心地分析 解决 我知道 世上无难事 只怕有心人 经过我多日的不懈努力 我终于攻克了仿真过程中的大部分难题 成功地实现了仿真 基本达到了预期效果 通过这次的数电课程设计 我了解了五人表决器的制作过程及其工作原理 通过 和课本上的知识进行比较对照 更加深刻地理解了 74LS138 74LS139 等相关知识 我 还学会了模拟仿真软件 Multisim 11 0 的安装 汉化 及基本使用方法 学会简单电 路的模拟仿真 对今后的学习和生活会有很大的帮助 甚至可以不用去实验室就能在 电脑上模拟完成一些实验项目 此外 我理解了设计数字电路时如何正确选取合适的 元件 进一步地认识了数字电路的工作原理和它的性能指标 我们以前学的都是理论知识 仅仅能够通过不多的几次实验进行实践 这次课程 设计之后 我认识到只有自己深入到练习和实践中去 才能真正地了解电路 认识电 路 加深对所学知识的掌握理解 由于本次课程设计安排在期末考试前后 时间紧 任务重 最后的设计结果难免 存在一些问题 例如我们原本打算制作一个计数器 用来计算电路中共有几人同意 用 74LS161 4511 等相关芯片制做计数器并用数码管显示出来 在仿真中也进行了设 计 但不知何故运行时经常发生错误 计数器总是不能正常工作 由于时间紧 没有 足够的时间进行设计和调试 最终导致我们不得不删掉这一部分 我会在以后的实践 活动中认真思考 好好改进 吸取这次的经验教训 在实践中得到锻炼 在实践中得 以提高 通过本次课程设计 我学到不少东西 也得到了不少锻炼 在做课程实际之前 从大处着眼 统筹兼顾的看问题是必须的 首先的第一要务是将整个任务书综合考虑 比如本次的五人表决器的设计 要综合考虑各部分的联系 分块设计 分块设计中主 要考虑各个设计电路与其他部分的联系 各个部分电路功能的实现 最后是各部分电 路的整体连接与调试 而且 我也从这次实验中学到了不少在书本中没有的东西 明 白了实践与理论的结合的重要性 以及同学之间互相帮助 相互合作的重要性 更重 要的是对整个电路各个元器件及其模拟仿真有了深刻的认识 在遇到困难时运用学过 的相关知识 运用适当的方法尽力去解决各个难题 通过自己不懈的努力来达到目标 八 参考文献 1 康光华 电子技术基础 模拟部分 M 第五版 北京 高等教育出版社 2006 2 康光华 电子技术基础 数字部分 M