数字电路与逻辑设计实验电子制作内容(DOC)

项目四 数字电子设计内容项目四 数字电子设计内容 一 一 目的要求目的要求 1 熟悉数字系统的设计步骤 2 掌握数字系统的设计思想及实现方法 二 制作内容二 制作内容 1 声音响度显示电路 任务目标任务目标 设计声音响度显示电路 使其能够显示正常说话的音量 通过 发光二极管来判别说话的声音大小 并能够根据声音大小显示出亮 度 任务分析任务分析 根据任务目标 绘制原理框图如图所示 声音检测及 放大电路 声音大小显 示电路 图 2 4 1 声音响度原理框图 电路包括声音检测电路和显示电路两个部分 声音检测电路使 用放大器 LM386 来实现放大咪头拾取的语言信号 声音大小显示电 路用来检测无声状态 声音较小状态和声音足够大状态后用二极管 作出相应的显示 任务设计任务设计 根据任务目标 设计声音响度显示电路 如图所示 图 2 4 2 声音响度仿真原理图 proteus 环境 图中电路是由六个反相器 CD4069 构成的声音响度显示电路 电路主要由两只集成块和 6 只发光二极管构成 LM386 是一块音频 功率放大集成电路 CD4069 是一块非门集成电路 咪头提供给 LM386 声音声源 任务实现任务实现 1 供电电路 电池盒供给 5V 直流电压用于响度检测和显示电路作工作电压 2 声音检测放大电路 声音检测电路由咪头和 LM386 为主构成 由咪头检拾到的声音 信号 经变换为电信号后加至 LM386 放大输出 通过二极管对电容 进行充电 由此即可将声音的大小变换为电容上所充电压的大小 3 显示电路 显示电路由 CD4069 与 6 只发光二极管共同组成 CD4069 的 6 只非门的触发电平均为电源电压的 1 2 R1 R6 为降压电阻 由于降 压电阻的作用 使咪头上的充电电压分配到 6 只非门输入端的作用 电压依次降压 也就是使非门 1 至非门 6 翻转时所需的咪头端电压 依次升高 无声状态 当无声音被咪头检拾到时 电容两端电压略低于电 源电压 1 2 6 只非门电路的输入端均处于低电平状态 其输出均为 高电平 故 LED1 LED6 发光二极管均不会点亮 声音较小状态 当咪头检拾到的声音较小时 咪头两端所充电 压较低 只有前面一个或两个非门被触发器翻转输出低电平 以使 相对应的发光二极管被导通发光 声音足够大状态 当咪头检拾到声音足够大时 咪头两端的充 电电压会接近电源电压 该电压虽经 R1 R5 降压 但在 R6 的上端 仍可分得超过 1 2 电源电压的作用电压 使非门 6 也翻转 并输出 低电平 点亮 LED6 发光二极管 此时 LED1 LED6 全部点亮 以 显示声音的响度最高 这种声音响度显示电路适用于娱乐中测量掌声 喊叫声的响度 也可用于家庭音响系统 作为音响电平指示器等 任务难点 R1 R6 分压电阻的选取 电路设计者首先要在 multisim 或 proteus 中仿真出结果 仿真时 声音信号可以用信号发生器代替 当仿真出结果时 电阻值基本上粗略估定 然后用万用版插接实验 插接时可以电阻可以使用可变电阻代替 当实验得出效果后 测出 实际电阻用固定电阻代替 所用元件列表 表 2 4 1 声音响度电路元件清单 电池盒 四节 1 只 1 5V 干电池4 节 按键开关3 只 电阻若干只 CD4069 非门1 只 发光二极管6 只 电路板一块 导线若干 任务要求 1 要做出 multisim 或 proteus 仿真图 2 要做出 protel 原理图和 PCB 图 设置最小线宽及线间距大于 等于 8mil 0 2mm 焊盘内径为 20mil 40mil 0 6 1mm 焊 盘外径大于等于 60mil 1 5mm 3 做出实物要考虑电源开关 咪头输入和发光二极管等输入输出 及调整元件的位置以便包装 4 要写出设计文档 要求文章结构同电子类设计文档一样 文档 中要求写出 LM386 的有关电路 并说明本电路放大了多少倍 写出 CD4069 非门的管脚图及功能 写出分压电路各点的参考 电压等关键性数据 写出咪头的相关参数 给出 LM386 输出 电压的范围 2 水箱水位检测电路 任务目标 水位监测电路监测到水箱不同的水位后 通过译码器译码输出 控制音响电路发出不同声音或闪烁提示 任务分析 根据任务要求 该系统包括水位监测电路 译码器 音响电路 载频振荡电路 4 个部分 如下图所示 水位检测电路用来检测水位 信号 当水位到达某一位置时 给出输出信号 译码器电路主要目 的是把水箱水位信号转换为控制信号 显示电路把水位信号能够显 示出来 水位检测电 路 译码器电路显示电路 图 2 4 3 水位监测电路原理框图 任务设计 水箱水位监测电路设计图如下图所示 图 2 4 4 水位监测电路仿真图 protues 环境 电路主要由 2 块集成电路和四只发光二极管组成 其中 与非 门的型号为 CD4011 是一块 2 输入 4 与非门数字集成电路 CD4514 是一块 4 16 译码器 高电平有效 数字集成电路 任务实现 1 水位检测与信号转换 水箱中的水位用波动开关进行模拟 U1A U1B 组成 4 个反相器 将水位高低转换为 4 组二进制码加到 CD4514 的 2 3 21 22 脚上 2 信号译码 CD4514 是一块 4 16 译码器 它对检测到的水位信号进行译码 译码后的结果分别去控制发光二极管的亮灭 3 显示电路 通过二极管来显示水位的不同变化 所用元件列表 表 2 4 2 水位监测电路元件清单 电池盒 四节 1 只 1 5V 干电池4 节 4 排波动开关1 只 471K 电阻4 只 CD4011 与非门1 只 CD4514 译码器1 只 发光二极管4 只 二极管限流电阻若干 电路板一块 导线若干 任务要求 1 要做出 multisim 或 proteus 仿真图 2 要做出 protel 原理图和 PCB 图 设置最小线宽及线间距大于 等于 8mil 0 2mm 焊盘内径为 20mil 40mil 0 6 1mm 焊 盘外径大于等于 60mil 1 5mm 3 做出实物要考虑电源开关 咪头输入和发光二极管等输入输出 及调整元件的位置以便包装 4 要写出设计文档 要求文章结构同电子类设计文档一样 文档 中要求写出 CD4514 的相关技术资料及使用方法和作用 写出 CD4011 的相关技术资料 分析此处使用 4514 的目的 3 可预制时间的定时电路的设计 任务目标 用计数器构成可预制时间的定时电路 应用于各种智力和知识 竞赛场合 并设定抢答时间 任务分析 根据任务目标 绘制原理框图如下图 秒脉冲发生 器 计数器显示译码器数码管 图 2 4 5 定时电路原理框图 该设计包括秒脉冲发生器电路 计数器 显示译码器和数码管 4 个部分 在智力和知识竞赛中 节目主持人根据抢答题的难易程 度 通过计数器设定抢答时间 显示译码器驱动数码显示对应时间 秒脉冲电路给计数器提供时钟脉冲 任务设计 设计电路如下图所示 图 2 4 6 定时电路仿真图 proteus 电路由 2 块十进制同步加 减计数器 192 预制答题的抢答时间 计数器的时钟脉冲由 555 时基电路组成的多谐振荡器提供 显示译 码器 48 驱动数码管显示预制的时间 任务实现 1 秒脉冲电路 555 时基电路组成多谐振荡器 产生一定频率的矩形脉冲 脉 冲周期由电容 C 的充放电时间决定 T 0 7 R1 2R2 C 1s 2 时间显示电路 时间显示电路选用 2 块显示译码器 74ls48 来驱动数码管显示预 制的时间 3 预制时间电路 预制时间电路选用 2 块十进制同步加 减计数器 192 进行设计 两个集成块的时钟脉冲均从 DN down 输入 低位片的 DN 接秒 脉冲电路产生的秒脉冲信号 高位片的 DN 接低位片的借位端 BO 低位片每计 10 个秒脉冲 高位片计 1 个 即高位片预制定时时间的 十位数 低位片预制定时时间的个位数 假设定时时间预制为 30s 则预制高位片数据端 D3D2D1D0 0011 低位片数据的 D3D2D1D0 0000 接通电源和控制开关 S 七段数码管显示数据 30 然后断开 控制开关 S 每过 1s 数码管显示数据递减 直到 00 数码管显示 数据就不再变化 所用元件列表 表 2 4 3 可预置定时电路元件清单 74ls1922 个 74ls482 个 七段共阴极数码管 单个 8 引脚 2 个 74ls001 个 电阻若干 电容若干 5551 片 发光二极管1 只 5V 电源 单刀双掷开关8 个 按键开关1 个 任务要求 1 要做出 multisim 或 proteus 仿真图 2 要做出 protel 原理图和 PCB 图 设置最小线宽及线间距大于 等于 8mil 0 2mm 焊盘内径为 20mil 40mil 0 6 1mm 焊 盘外径大于等于 60mil 1 5mm 3 做出实物要考虑电源开关 预置开关和发光二极管等输入输出 及调整元件的位置以便包装 4 要写出设计文档 要求文章结构同电子类设计文档一样 文档 中要求写出 74LS192 74LS48 和 74LS00 的管脚图及功能表 试说明两个与非门在电路中的作用并计算时钟电路的参数 4 按键式加减电路的设计 任务目标 用一个拨动开关控制加减 用按键或一个秒脉冲发生器来产生 时钟脉冲 当开关拨动到加时 按键实现加计数 当开关拨动到减 时 按键实现减计数 任务分析 根据任务目标 绘制原理框图如下图 秒脉冲发生 器或按键 计数器加减 控制 显示译码器数码管 图 2 4 7 按键式加减电路原理框图 该设计包括秒脉冲发生器电路 或按键 计数器加减控制 显 示译码器和数码管 4 个部分 在很多应用场合 需要通过一个开关 来控制加减计数控制 通过按键来实现加减计数 显示译码器驱动 数码显示对应时间 秒脉冲电路给计数器提供时钟脉冲 任务设计 设计参考电路如图所示 图 2 4 8 按键式加减电路仿真图 Proteus 环境 任务实现 1 秒脉冲电路 555 时基电路组成多谐振荡器 产生一定频率的矩形脉冲 脉 冲周期由电容 C 的充放电时间决定 T 0 7 R1 2R2 C 1s 或是 通过按键方式来实现加减计数 555 时基电路图参考上例 2 时间显示电路 时间显示电路选用 1 块显示译码器 74ls48 来驱动数码管显示计 数内容 3 计数加减控制电路 加减控制可以通过一个单刀双掷开关来控制 通过它的拨动来 选择加或减计数 再配合秒脉冲发生器就可以实现上述功能 所用元件列表 表 2 4 4 按键式加减控制电路元件清单 74ls1921 个 74ls481 个 七段共阴极数码管 单个 8 引脚 1 个 电阻若干 电容若干 5551 片 发光二极管1 只 5V 电源 单刀双掷开关2 个 按键开关1 个 任务要求 1 要做出 multisim 或 proteus 仿真图 2 要做出 protel 原理图和 PCB 图 设置最小线宽及线间距大于 等于 8mil 0 2mm 焊盘内径为 20mil 40mil 0 6 1mm 焊 盘外径大于等于 60mil 1 5mm 3 做出实物要考虑电源开关 预置开关等输入输出及调整元件的 位置以便包装 4 要写出设计文档 要求文章结构同电子类设计文档一样 文档 中要求写出 74LS192 74LS48 的管脚图及功能表 试说明控 制加减功能的实现 5 如果要控制两位数的加减 试设计其实现电路 5 四人抢答电路 任务目标 用 D 触发器 74LS175 设计一个四人抢答器 当四人中有一人按 下按键则屏蔽其他人继续按下 任务分析 根据任务目标 绘制原理框图如下图 按键电路触发器记忆锁定显示 图 2 4 9 四人抢答电路原理框图 该设计包括按键电路 多触发器记忆电路 锁定电路和显示电 路 4 个部分 任务设计 设计电路如下图所示 图 2 4 10 四人抢答电路仿真图 proteus 环境 时钟信号采用 100Hz 可以自己参考上面的例子用 555 定时器 设计 任务实现 1 按键电路 当没有按键按下时 按键电路输出为低电平 当有按键按下时 输出为高电平 2 触发器记忆电路 74LS175 的 1 引脚为清零信号 当按下与它连接的按钮时 触 发器输出清零 即 Q0Q1Q2Q3 0000 相应的二极管都不亮 当有 一人按下按键时 屏蔽了时钟输入信号 此时其他人按下也不能使 状态进入触发器 3 显示电路 采用发光二极管用来显示按下的位置 用元件列表 表 2 4 5 四人抢答电路元件清单 74LS1751 个 发光二极管4 个 普通二极管1 个 三极管 2N2221 个 扬声器 8 欧姆 1 个 74LS001 个 74LS201 个 电阻若干 按键开关4 个 导线若干 时钟电路1 个 电源1 个 任务要求 1 要做出 multisim 或 proteus 仿真图 2 要做出 protel 原理图和 PCB 图 设置最小线宽及线间距大于 等于 8mil 0 2mm 焊盘内径为 20mil 40mil 0 6 1mm 焊 盘外径大于等于 60mil 1 5mm 3 做出实物要考虑电源开关 预置开关等输入输出及调整元件的 位置以便包装 4 要写出设计文档 要求文章结构同电子类设计文档一样 文档 中要求写出 74LS175 74LS20 和 74LS00 的管脚图及功能表 试说明抢答功能的实现及锁定抢答电路的原理 5 如果有 8 个人抢答 试设计其实现电路 6 三态逻辑电平笔 任务目标 设计一三态逻辑电平笔 不仅可以检测出电路的高电平 低电 平与高阻状态 还可以测出电路中是否存在脉冲信号 任务分析 根据任务目标 绘制原理框图如下图 检测电路显示电路 图 2 4 11 三态逻辑电平原理框图 该设计包括检测电路 显示电路 2 个部分 任务设计 设计电路如下图所示 图 2 4 12 三态逻辑电平仿真图 proteus 环境 当开关拨动到上方时 探笔与高电平连接 发光二极管 D3 导通 发光 当开关拨动到中间时 探笔为高阻悬空状态 两个发光二极 管都不发光 当开关拨动到下方时 发光二极管 D4 导通发光 任务实现 1 检测电路 当电路的测试点没有接触电路或者接触的是高阻状态时 由于 电阻 R3 R4 和二极管 D1 D2 的分压作用 使 PNP 型三极管 Q2 的基极电压约为 3 2V 它的发射级电压约为 3 8V 三极管 Q2 截止 发光二极管 D4 不亮 因为发光二极管的电压降为 1 8V 同样此时 NPN 型三极管 Q1 的基极电压约为 1 8V 它的发射极电压约为 1 2V 发光二极管 D3 也不亮 R5 的作用是减小逻辑电平笔对被测电路的影响 R1 和 R2 的作 用是限流 2 显示电路 当电路的测试点接触到高电平时 三极管 Q1 的基极电位升高 三极管 Q1 导通 发光二极管 D3 亮 而三极管 Q2 仍然截止 发光 二极管 D4 不亮 当电路的测试点接触到低电平时 三极管 Q2 的基极电位降低 三极管 Q2 导通 发光二极管 D4 亮 而三极管 Q1 仍然截止 发光 二极管 D3 不亮 用元件列表 表 2 4 6 三态逻辑电平电路元件清单 电阻若干 发光二极管2 个 普通二极管 1N41482 个 三极管 90151 个 三极管 90141 个 导线若干 电源1 个 任务要求 1 要做出 multisim 或 proteus 仿真图 2 要做出 protel 原理图和 PCB 图 设置最小线宽及线间距大于 等于 8mil 0 2mm 焊盘内径为 20mil 40mil 0 6 1mm 焊 盘外径大于等于 60mil 1 5mm 3 做出实物要考虑电源开关 预置开关等输入输出及调整元件的 位置以便包装 4 要写出设计文档 要求文章结构同电子类设计文档一样 文档 中要求写出电路工作原理 要有理论计算过程 5 如果测量 12V 的脉冲电路 应如何设计电路 7 秒表的制作 任务目标 设计一秒表实现电路 可以以 1 10s 或者 1 100s 为单位进行时 间的测定 4 位计数器分为 1 100s 1 1