《数字电路课程设计》.doc

实验三 旋转灯光电路与追逐闪光灯电路一、实验目的1熟悉集成电路CD4029、CD4017、74LS138的逻辑功能。2学会用74LS04、CD4029、74LS138组装旋转灯光电路。3. 学会用CD4069、CD4017组装追逐闪光灯电路。二、实验电路与原理1旋转灯光电路：图3-1 旋转灯光电路将16只发光二极管排成一个圆形图案，按照顺序每次点亮一只发光二极管，形成旋转灯光。实现旋转灯光的电路如图3-1所示，图中IC1、R1、C1组成时钟脉冲发生器。IC2为16进制计数器，输出为4位二进制数，在每一个时钟脉冲作用下输出的二进制数加“1”。计数器计满后自动回“0”，重新开始计数，如此不断重复。输入数据的低三位同时接到两个译码器的数据输入端，但是否能有译码器输出取决于使能端的状态。输入数据的第四位“D”接到IC3的低有效使能端G2和IC4的高有效使能端G1，当4位二进制数的高位D为“0”时，IC4的G1为“0”，IC4的使能端无效，IC4无译码输出，而IC3的G2为“0”，IC3使能端全部有效，低3位的CBA数据由IC3译码，输出D0时的8个输出，即低8位输出（Y0Y7）。当D为“1”时IC3的使能端处于无效状态，IC3无译码输出；IC4的使能端有效，低3位CBA数据由IC4译码，输出D1时的8个输出，即高8位输出（Y8Y15）。由于输入二进制数不断加“1”，被点亮的发光二极管也不断地改变位置，形成灯光地“移动”。改变振荡器的振荡频率，就能改变灯光的“移动速度”。注意：74LS138驱动灌电流的能力为8mA，只能直接驱动工作电流为5mA的超高亮发光二极管。若需驱动其他发光二极管或其他显示器件则需要增加驱动电路。2. 追逐闪光灯电路图3-2 追逐闪光灯电路（1）CD4017的管脚功能 CD4017集成电路是十进制计数时序译码器，又称十进制计数脉冲分频器。它是4000系列CMOS数字集成电路中应用最广泛的电路之一，其结构简单，造价低廉，性能稳定可靠，工艺成熟，使用方便。它与时基集成电路555一样，深受广大电子科技工作者和电子爱好者的喜爱。目前世界各大通用数字集成电路厂家都生产40171C，在国外的产品典型型号为CD4017，在我国，早期产品的型号为C217、C187、CC4017等。（2）CD4017C管脚功能 CMOSCD40171C采用标准的双列直插式16脚塑封，它的引脚排列如图3-3(a)所示。CC4017是国标型号，它与国外同类产品CD4017在逻辑功能、引出端和电参数等方面完全相同，可以直接互换。本书均以CD40171C为例进行介绍，其引脚功能如下：脚(Y5)，第5输出端；脚(Y1)，第1输出端，脚(Yo)，第0输出端，电路清零时，该端为高电平，脚(Y2)，第2输出端；脚(Y6)，第6输出端；脚(Y7)，第7输出端；脚(Y3)，第3输出端；脚(Vss)，电源负端；脚(Y8)，第8输出端，脚(Y4)，第4输出端；11脚(Y9)，第9输出端，12脚(Qco)，级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。13脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效；14脚(CP)，时钟输入端，脉冲上升沿有效；脚(R)，清零输入端，在“R”端加高电平或正脉冲时，CD40171C计数器中各计数单元输出低电平“0”，在译码器中只有对应“0”状态的输出端Y0为高电平，脚(VDD)，电源正端，318V直流电压。 下图是CD4017管脚排列图，采用16脚双列直插式塑料封装形式。 （a）CD4017 (b) CD4069图3-3 CD4017 和CD 4069 管 脚 排 列 图（3）追逐闪光电路原理图3-2是CD4017构成的追逐闪光电路，电路中，CD4069中非门F1、F2及R1、C1，组成自激多谐振荡器，振荡频率由R1、C1的时间常数决定。CD4017在输入振荡脉冲作用下，Q0Q9依次为高电平，经相应晶体管VTlVT10放大，驱动发光二极管依次发光。CD4069的管脚功能如图3-3（b）所示。 三、仪器、元器件清单 仪器：直流稳压电源 1台 万用表 1只元器件清单： （1）旋转灯光电路 表31序号名 称 与 规 格代 号数 量备 注1电阻器 RJ-1/4W-5105%R21只24.7M5%R11只3电容器 CC-63V-0.01C11只45集成电路 CD4069IC11只6 74LS138IC3、 IC42只7 CD4029IC21只89万能印制板 180150mm21块10跨接线J若干根11 （2）追逐闪光电路 表3-2序号名 称 与 规 格代 号数 量备 注1电阻器 RT-1/4W-4.7M5%R11只2-4705%R12R2110只3-10K5%R2R1110只4电容器 CC-63V-0.01C11只5发光二极管（红色）H1H4040只6晶体三极管 9013VT1VT1010只7集成电路 CD4017IC11只8 CD4069IC11只9万能印制板 1块10跨接线J若干根11四、电路的组装与调试 1、电路的组装方法和步骤 （1）筛选元器件。对所有的元器件进行检测，注意它们的型号、规格、极性，应该保证质量。 （2）电路元器件的布局、布线。首先在草稿纸上按1：1的比例进行元器件的布局并画好连接线。要求：布局合理，疏密一致且使连接导线最少最短，并尽量减少导线交叉。如无法避免交叉，可适当采用跨接线。旋转灯光电路的发光二极管尽量排成圆形；追逐闪光电路的发光二极管可自己设计成各种不同的形状。 （3）按草图在万能板上组装并焊接（如果能自己制作电路印制板则更好）。要求：元器件布局整齐、美观，同类型元器件高度一致；焊接良好，无虚焊、错焊、连焊等缺陷。 2、电路调试与故障排除 (1)旋转灯光电路 本电路无需多少调试，只要检查电路有无插错元器件，检查元器件的极性、管脚有无接错，电路连接是否正确，焊接是否良好，无虚焊等缺陷,然后接通电源5V， 观察灯闪是否按照从第1只到第16只灯顺序依次点亮成旋转状即可。如有问题，先用万用表电压档测量信号源74LS04的6脚是否有振荡电压，然后测量CD4029的输出端D、C、B、A也有否8421输出，如有，则是74LS138的问题。 (2)追逐闪光电路 观察灯闪是否按照从第1组到第10组灯顺序依次点亮成流水状即可。如有问题，先用万用表电压档测量IC (CD4017)的（14）脚的时钟信号是否正常。如正常，则是CD4017及其后面的电路问题，需检查元器件是否插错，电路连接是否正确，焊接是否到位等。如不正常，则是该振荡器没有产生振荡，说明IC(CD4069)及其外围电路有问题，需检查相应元器件及其电路。 注：彩灯的流水排列方式有很多种，同学们可自己设计不同的方式。 五、安全注意事项1.正确连接电路，注意元器件的极性和方向。2.注意电烙铁安全，防止烫伤人员和仪器、设备。六思考题 1如何改变灯闪的速度？ 2. 如想多增加一些彩灯，怎么调整电路元器件？实验四 时间优先鉴别电路（抢答器）一、实验目的1熟悉三路时间优先鉴别电路的电路结构及工作原理。2了解555时基电路作多谐振荡器的应用。 3. 正确布局布线、焊接组装并实现其功能。二、实验电路与原理1在自动控制中，常存在这样的问题：当多个用户申请同一项服务时，如果用户设有优先级约定，则服务设备应该响应最先提出申请的用户。时间优先鉴别电路正是用来判断谁是第一个提出申请的用户的电路。 本实验介绍一种用于智力竞赛抢答的实用电路。其基本功能是：有抢答者按抢答键时，发出抢答声响，鉴别并指示最先抢答者。其电路原理如图4-1所示。图4-1 三路智力竞赛抢答器 实际抢答器可有多路抢答者，为简单起见，图4-1只画出三路抢答输入。每一路抢答输入由一个与非门和一个触发器、一个抢答器按键、一只470电阻组成。电路只利用了触发器的清零和置位功能，故触发器的类型不限。与非门G5为选通门，当无人抢答时，G4=O，G5被封锁，三极管VT截止；当有人抢答时，G4=l，G5打开，由555时基电路构成的多谐振荡器输出的方波使三极管VT间歇导通，扬声器发出声响。 抢答过程为：主持人先按动按钮S，所有触发器清零，于是，指示灯均不亮，且G4=0、G6=0，VT截止。抢答开始后，如A参赛者先按动按钮，则G1向触发器FF1SD端提供一个置位脉冲，使触发器FF1的输出端，LED1亮，G4=1，G5打开，555电路组成的振荡器输出的方波通过G6送到三极管VT，使VT间歇导通，扬声器发出声响。同时，由引至G2与G3的低电平使G2与G3的输出保持1，这时，即使B或C继A后被按动，FF和FF的状态也不会改变(这种方式叫互锁)，实现了指示先抢答者的目的。 2IC管脚功能图（见本书附录）三、仪器、设备及元器件清单仪器、设备： 直流电源 1台 示波器 1台 万用表 1只元器件清单： 表4-1序号名 称 与 规 格代 号数 量备 注1电阻器 RT-1/4W-2205%R2R43只2-4705%R5R73只3-2K5%R101只4-5.1K5%R8R92只5-10K5%R11只6电容器 CC-63V-0.01C11只7 -0.1C21只8发光二极管（红色）LED1-LED33只9晶体三极管 3DG12VT1只10集成电路 74LS00IC51只11 74LS10IC3-42只12 74LS74IC1-21只双D触发器13NE555IC61只14万能印制板（150100mm2）1块15跨接线J若干根16扬声器 8/0.5W B1只17按钮开关S、SA-SC4只 四、组装与调试 1按图4-1在万能板上组装电路。 （1）因元器件较多，首先应在草稿纸上进行元器件的布局、布线。 （2）通过一次布局、布线可能还不行，需进行多次改进，使布局合理，连线最短。 （3）为避免连线太长或无法连线，可采用“跳线”的办法，但不宜太多。 （4）按草稿上最合理的方案在电路板上进行焊接组装。 2仔细检查无误后再通电试验。先按一下S健，所有发光二极管不亮，喇叭不响，然后按下SA、SB、SC中任意一个健，相应的发光二极管应亮且喇叭发出响声，这时如按其它任何健均应不起作用，则说明电路组装成功。 3如有问题，则要检查电路元器件是否插错，连线是否连错，焊接是否有虚焊等焊接问题。问题找到并解决后再重新通电试验，直到合格为止。 【附】下面为二路抢答器的电原理图及元器件的布局、布线图，可供同学们参考。1. 二路抢答器电原理图