哈工大数电自主设计实验

姓名班级学号实验日期节次教师签字成绩百秒内倒计时器设计1.实验目的1.培养分析、设计逻辑电路的根本能力。2.进一步熟悉常用芯片的根本使用。3.熟悉仿真软件Multisim11.0的根本操作。2.总体设计方案或技术路线倒计时系统的原理框图如下所示：振荡环节和分频/计数控制环节用555电路组成多谐振荡器，产生f=1Hz的信号，计数控制环节是指减1计数器状态为00〔即倒计时结束〕时，使计数器停止计数。这时只要使秒脉冲不再持续即可。这里将判零信号与多谐振荡器输出信号通过与门连接，即可实现该功能。赋初值控制、减1计数器环节和译码显示环节这里用两片双时钟加/减计数器74LS192级联即可实现该局部功能。将计数器输出端接到LED显示管，即可以实现译码显示功能。判零电路和报警控制通过集成或门将计数器各输出连接起来，只有当计数器状态为00〔两片74LS90的输出端QDQCQBQA=0000,此时倒计时输出结束〕，或门输出结果才为0。将或门输出信号作为判零信号。那么倒计时结束时，秒脉冲停止，计数器不再计数。将判零连接至非门后，将非门输出信号连接至小喇叭，这样，倒计时结束后，小喇叭发出声响，实现倒计时结束报警功能。具体实现过程参见原理分析局部。3.实验电路图图SEQ图\*ARABIC1秒脉冲产生及计数控制电路图SEQ图\*ARABIC2赋初值、减1计数及判零报警电路图3完整电路4.仪器设备名称、型号实验箱、子板1台双踪示波器1台数字万用表1台555定时器1片74LS901片74LS001片74LS1922片74LS322片LED数码管2组〔实验箱上集成〕小喇叭1个〔实验箱上集成〕电容、电阻、导线等假设干5.理论分析或仿真分析结果振荡环节和分频/计数控制环节用555电路组成多谐振荡器，产生f=1Hz由555定时器构建多谐振荡器的根本原理，多谐振荡器的振荡周期为：这里采用Multisim11.0对电路进行仿真。仿真电路如下：T=T这里选择R2=5.1kΩ，C=100μF，为产生秒脉冲CP，计算得将秒脉冲与判零信号通过与门连接，构成计数控制环节。这里与门由TTL与非门74LS00组合连接获得。当倒计时器倒计时时，即计数器输出状态不为0，此时判零信号为“1〞，那么与门输出信号即为CP，计数器进行正常的倒计时计数。当倒计时结束时，此时判零信号为“0〞，与门输出为“0〞，计数器不再接收时钟信号，停止计数。这样便实现了计数控制的功能。当判零控制端输入低电平〔此时倒计时结束，即计数器输出状态为00000000〕时，输出为低电平，计数器不再接收脉冲。仿真结果如下，其中上边为多谐振荡器输出波形，下边为计数控制环节输出波形。当判零控制端输入高电平〔此时倒计时进行中〕时，经过计数控制环节后输出脉冲仍为秒脉冲，计数器持续接收秒脉冲，仿真结果如下：赋初值控制、减1计数器环节和译码显示环节这里采用双时钟同步十进制加/减计数器74LS192实现百进制倒计时功能。14LS192引脚图如下所示：将两片74LS192级联，在加时钟端输入高电平，在减时钟端输入脉冲，即可实现减计数功能。每篇芯片的输出均为8421码的十进制数，将输出信号连接至数码管，即可显示倒计时状态。将74LS192两个清零端连接起来后接逻辑开关。清零端输入高电平时，计数器置零。这样便实现了任意时刻停止倒计时功能。将74LS192两个置数端连接起来后接逻辑开关。当清零端输入低电平，置数端输入低电平时，通过控制DCBA实现置数功能，这里DCBA相当于8421码。直接与脉冲相连的的芯片为输出低位。当清零端输入低电平，置数端输入高电平时，计数器计数。将8个输出端通过与门连接，倒计时结束时，八个输出端全为“0〞，只有这种情况下与门输出信号为“0〞。将与门输出信号作为判零信号。这里八输入或门通过双输入TTL集成或门74LS32组合获得。将判零信号通过一个非门〔由双输入TTL集成与非门74LS00组合获得〕，将此信号连接至小喇叭，这样倒计时结束时，小喇叭接收高电平，发出声响，实现报警功能。这里用小灯代替小喇叭，仿真电路如下：当清零端输入低电平，置数端输入低电平时，实现预置数功能，此时报警灯不亮。仿真结果如下：当清零端输入低电平，置数端输入高电平时，实现倒计时功能。倒计时结束时，报警灯亮。仿真结果如下：当清零端输入高电平，倒计时立刻结束，报警灯亮。6.详细实验步骤及实验结果数据记录〔包括各仪器、仪表量程及内阻的记录〕秒脉冲发生环节电路搭建按照电路图1所示的555电路组成的多谐振荡器电路搭建振荡电路。参数选择见电路图。将输出端连接至示波器CH1通道，检测输出波形。调节变阻器的同时观测输出波形周期，使得输出波形周期为1s，记录下此时R1阻值。注意测量R1阻值时需要R1测得R1阻值为4.21kΩ倒计时电路搭建按照电路图2连接减1计数及译码显示局部电路。在低位CP-端接手动脉冲，观察能否实现减1计数，置数和清零的功能。经检验电路能实现预期功能。整体电路搭建按照电路图2连接剩余的报警电路后组合所有电路。检验电路功能。7.实验结论整个电路实现的百以内任意时间倒计时功能。该倒计时器能够实现预置初始值、任意时刻停止倒计时、倒计时结束后报警的功能。完成了预期设计。8.实验中出现的问题及解决对策仿真时发现直接使用多谐振荡器发生1Hz脉冲，仿真结果不能显示一个完整周期。故采用多谐振荡器产生10Hz脉冲后，用74LS90实现十分频功能，后得到秒脉冲。实验时发现74LS90由于精度等原因限制，不能很好地实现十分频的功能。与此同时发现多谐振荡器通过调整参数可以直接产生很好的秒脉冲，故删除分频环节。实验中采用蜂鸣器报警，调试时声音刺耳，故用电平指示灯替代蜂鸣器，实现报警功能。9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议通过本次试验，综合应用了数字电子技术所学的根底知识。将逻辑电路的分析与设计应用到了实践中，对逻辑电路的分析与设计有了进一步的认识。同时在实验过程中会遇到各种问题，通过排查电路、检查原理、改善设计来解决问题，提高自主解决问题的能力。实验前仿真与实验存在一定差距。仿真可以验证电路功能，但也不能一味的依赖于仿真。实际情况可能存在干扰因素。10．参考文献[1]孔庆生.模拟与数字电路根底实验.上海：复旦大学出版社，2006：