1、電 子 電 工 教 學 基 地 實驗課程： 數字電子技術基礎實驗 實驗名稱： 數字顯示電路 實驗人員: 曾俊琦 宋婭瓊 錢思妗 報告撰寫： 電子 曾俊琦 08214055 電子 宋婭瓊 08214046電子 錢思妗 08214045指導老師： 陸鵬飛 完成日期： 2010年11月 目錄1.實驗設計目的及要求：21)實驗目的：22)實驗設計任務：23)要求：22.實驗總電路框圖及總電路原理圖：21)總電路實驗框圖：22)實驗總電路框圖：23.實驗單元電路分析，元件介紹和元件參數計算：21)555多諧振蕩電路：22)分頻電路：23)控制部分電路：24)循環電路：25)彩燈部分：24.實驗測試結果分

2、析，調試過程中所遇故障的分析：25.設計過程的體會與創新點，建議：26.元件清單：27.仿真報告：28.參考文獻：21. 實驗設計目的及要求：1) 實驗目的：（1） 掌握計數器、移位寄存器電路的原理及應用。 （2） 掌握比較器或譯碼器電路的應用方法。 （3） 掌握555電路的應用方法（4） 可編程彩燈電路實驗將傳統的四個分離的時序電路移位寄存器，計數器（分頻器）、555和組合電路實驗綜合為一個完整的設計型的時序、組合電路綜合實驗。教學目的是讓學生熟悉各種常用的中規模集成電路時序邏輯電路的功能與使用方法，掌握多片中小規模集成電路時序邏輯電路的級聯及綜合設計技術，并學會組裝和調試各種中規模集成電路

3、時序邏輯電路。2) 實驗設計任務：（1） 分析圖示電路功能 。（2） 完成振蕩電路及分頻電路的設計。（3） 連接整體電路，測試分析實驗結果。3) 要求：（1） 彩燈電路循環速度肉眼可辨。（2） 可2燈循環，3燈循環，8燈循環。最少6燈，可擴展成可逆循環。（3） 要求有功能擴展。 2. 實驗總電路框圖及總電路原理圖：1) 總電路實驗框圖：2) 實驗總電路框圖：3. 實驗單元電路分析，元件介紹和元件參數計算：1) 555多諧振蕩電路：555定時電路是模擬-數字混合式集成電路。555定時電路分為雙極型和CMOS兩種，其結構和原理基本相同。555定時電路外引腳線排列如下所示：TH：閾值輸入端TR：觸發

4、輸入端CO：控制電壓輸入端OUT:輸出端DIS: 放電端RST: 復位輸入端從結構上看， 555定時電路由2個比較器、1個基本RS觸發器、1個反向緩沖器、1個漏極開路的NMOS管和3個5k電阻組成分壓器組成，因此命名555定時電路。其內部的兩個電壓比較器構成一個電平觸發器，上觸發電平2/3Ucc，下觸發電平為1/3Ucc，在5腳控制端外接一個參考電壓Uc，可改變上下觸發電平值，兩比較器的輸出端分別接R-S觸發器，由于兩個或非門組成的R-S觸發器必須用負性信號才能觸發，因此只有同相端的電位高于反相端電位時，R-S觸發器才翻轉。外接控制電壓時，555的邏輯功能表：輸  

5、0;    入  比較器輸出 輸     出 uTHuTRRDR(C1) S(C2) OUT 放電三極管T dUR1UR1UR1dUR2 UR2UR20111 d110d01101不變0導通截止不變導通不外接控制電壓時，555的邏輯功能表：輸     入輸    出uTHuTRRDOUT放電三極管dd00導通11截止1不變不變00導通設計多諧振蕩器電路圖如下圖所示：當接通電源時，由于電容C2兩端的電壓不能突變，定時器的低觸發端

6、2端為低電平，輸出端3端為高電平（內部結構決定）。電源經過R1、R2給電容充電，當電容電壓充到電源電壓的2/3時，555內部的NMOS管導通，輸出為低電平。電容通過R1和NMOS管放電，當電容兩端的電壓下降到低于1/3電源電壓時，NMOS管截止，電容放電停止，電源通過R1、R2再次向電容充電。如此反復，形成振蕩。忽略NMOS管導通電阻可得：振蕩周期為：；充電時間為：；放電時間為：。根據實驗需要我們設計555計時電路如上圖，輸出頻率為5Hz-10Hz連續可調，經過分頻器可進行二分頻、四分頻、八分頻。波形如下圖：2) 分頻電路：分頻電路有計數器74LS193組成。74LS193芯片可進行加法、減法

7、計數，根據電路需要不同可設置不同的計數模式。本實驗中，我們采用加法計數，四輸入端DCBA=1111，由輸出端QB作為移位寄存器的輸入時鐘信號。有分析可知，該分頻電路為四分頻。3) 控制部分電路：控制部分電路由編碼器74LS148和譯碼器74LS138組成，用來控制兩片74LS194的輸入。譯碼器74LS138的四輸出端分別接兩片74LS194的輸入端。4) 循環電路：根據功能表設計電路如下圖所示：J4，J5是控制電路左右來回循環閃爍的，預置信號用J2的八個開關，用以控制循環燈數量，可以選擇2到8燈循環，J3可以選擇彩燈全亮或循環運行。兩塊194通過SL，SR連接，可以進行左移、右移的進位輸入，

8、通過輸出端電平開關選擇控制從第幾位開啟置位，達到循環的效果。5) 彩燈部分：由于我們采用74LS148與74LS138配合進行彩燈的預置，138輸出為低電平有效，所以彩燈部分我們也采用低電平有效，即讓所有發光二極管的陽極一起接電源，陰極接芯片的信號，具體電路如下：4. 實驗測試結果分析，調試過程中所遇故障的分析：本實驗是這學期我們所接觸到的第一個完全自主的設計性實驗，我們查資料，確定實驗方案設計原理圖，經過兩天的努力，我們終于圓滿完工。當然，因為圖案復雜，我們在焊接過程中大部分時間和精力花在了焊接圖案上。我們作品創新點：使用74LS194實現了雙向循環，充分利用了各芯片的特性和引腳，加入各種控

9、制開關，得以實現彩燈運行與暫停、置位、試燈（全亮）、2-8燈循環、正循環、逆循環等功能，可以說對芯片利用非常完善。5. 設計過程的體會與創新點，建議：曾俊琦：這次的實驗比較上次的難度大了很多。首先是老師只給出了部分電路，其余的電路要自己設計，這就要求我們對數電實驗中涉及到的芯片及其功能比較了解，并且能熟練應用。其次，老師要求自己設計的電路要有一定的擴展功能，在滿足基本要求的基礎上我們還使設計的電路有一定的擴展功能。再者，就是移位寄存器的運用。在電路設計的過程中，我們組員詢問了好多同學，也參閱了有關書籍，向學姐學長們請教他們的經驗。最終，根據我們所現有的知識，設計出了實驗電路，并做了仿真實驗，在

10、仿真實驗成功的前提下，我們才開始了板子的焊接。由于線路很復雜，我跟同組組員還是在設計布線上花了很大的功夫，但是最后效果不是很理想。可能是由于焊接時電路較復雜，我們在焊接時疏忽了好多，漏焊了好多。因此，在第一次焊接結束進行調試的時候，發現結果出不來，然后就開始檢查錯誤。基本上所有的錯誤都檢查出了，可是結果還是不對，彩燈也是在閃的，可是基本上人眼不能分辨。我們通過公式計算了一下，發現用的電阻電容都是正確的，可是，就是不知道錯誤出在哪個地方。最后一級一級的檢測，發現分頻電路的輸出有問題，于是我們就認為是74LS193的問題，最后發現芯片本身沒有問題，是在多諧振蕩電路的部分，兩個大小不同的電容接反了。

11、慶幸的是錯誤終于找到了。我們把這兩個電容的位置調整了一下，結果終于出來了！宋婭瓊：由于前一個實驗的打擊，這次實驗的熱情度明顯降低，沒有第一個實驗那樣急切的想趕緊弄完的心情，而且，對于后面彩燈的設計，也不是那么重視。于是在我們的實驗成果上，就是那么八個二極管排成一列按順序亮著，而沒有弄成什么字或者圖案的。這次實驗算是成功的吧，因為不像對第一次實驗要求那么高，能出來結果就達到我們的目標了。然而這次實驗成果的達到，也讓我們經歷了很波折的一段。電路圖是早早的設計出來了，就是一個時序電路的綜合。因為焊接電路板的時候心不在焉，加上烙鐵氧化的太厲害，實在是不配合，結果焊接的成果挺差，第一次實驗的時候竟然什么

12、現象都沒有。沒辦法，只能按照電路圖檢查焊接的電路，結果出乎我們意料的是，竟然有多達四五處地方都忘記了連接，這樣的電路自然不能出來我們想要的結果。我們每檢查出來一處錯誤都欣喜若狂，期待這下就可以出結果了，可是好像偏偏就是要懲罰我們的粗心，知道我們把整個電路都檢查了一遍，彩燈的顯示倒是跟最初的結果有所進步，至少亮了，卻并不是我們所期望的那種形式。當時甚至都打算重焊了，因為聽周圍有同學就是有錯誤但是怎么也檢查不出來，最后重焊了一次就好了的情況，所以我們也打算重焊了。就在最后的時刻，進行最后一次徹徹底底的大檢查的時候，發現居然是多諧振蕩器的兩個電容接反了。那樣的話彩燈循環頻率變成了一百倍，人眼怎么可能

13、看得出在循環？最終我們的電路還是出來了想要的結果。這次實驗對我最大的收獲，除了對時序電路有了一個整體的把握之外，還是對自己學習態度的一種告誡。要做就全心全意的做，心有旁騖只會使所有的事情都做不好。幸好我們最終檢查出來了自己的錯誤，否則我的三心二意要為這次實驗付出多大代價？錢思妗：本次實驗是對我們動腦動手功能的一次檢驗，我們的分工依然和上次一樣，由于用到的芯片較多，在中發買材料的過程很是曲折，比如彩燈人家問要0.3還是0.5的，我們就不懂這個還有區別？然后隨便買了個回來發現距離不夠，又去重買。還有一些其他的器件同型號的也是有很多區分，但是我們都不是很懂。這樣就很浪費時間。之后我們又利用幾天的時間

14、來分析電路、布線，同時進行焊接。焊接結束后，進行調試的過程中還是出現了很多問題。大部分原因是焊接方面的，出現了一些漏焊，錯焊，檢查的過程是枯燥的，一點點重查，很是鬧心，我們花了一整天的時間查出很多小錯誤，但是結果仍然不對，這讓人很沮喪，甚至都想要不要重焊一塊板子，最后我們用示波器再次檢查發現在分頻電路的輸出有問題，兩個大小不同的電容接反了 ！等到終于出正確的結果感覺心情很復雜。在這次實驗中，不足的就是我們沒有合理的來安排焊接的過程。其實最佳的方法是焊接一部分，調試一部分,結果出來之后再接著焊接下一部分。這樣既可以避免一些不必要的錯誤，還可以方便調試和檢測。像我們這次花在檢查上的時間都可以重新焊塊板子了，這給我們很深刻的教訓，以后在焊接過程中一定要細心謹慎的對待！設計中對于元件的功能的熟悉也是很重要的，只有熟悉其功能才能很好的根據需要設計電路的功能，而在之后的測試中，對于電路的各點的狀態也要十分的熟悉，以此來檢查和排錯。 在這次的實驗中，我們組的每個人都付出了很多，也從本次實驗中學到好多，從中吸取了教訓，爭取在下次的實驗中取得更好的效果。 6. 元件清單：元件所需數目5551個74LS1931個74LS1481個74LS1381個74LS1942個74LS001個發光