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1. Tareas de diseño
(1) Comparar planes de diseño y seleccionar planes de diseño;
(2) Completar el diseño y las funciones principales de el circuito unitario Descripción de los componentes;
(3) La instalación de cada circuito unitario requiere un cableado limpio y hermoso;
(4) Redacción de documentos de informes de diseño del curso.
2. Requisitos de diseño
(1) Diseñar y producir un cronómetro electrónico que cumpla con los requisitos
(2) El cronómetro se muestra mediante un 6-; Pantalla LED de 7 segmentos de dígitos. Hay dos puntos de visualización y cuatro puntos de visualización.
Segundos, la resolución de la pantalla es 0,01 segundos
(3) El tiempo máximo es 99 minutos y 59 segundos
(4) El error de tiempo será; no exceder 0.065438 ±0 segundos;
(5) Tiene funciones de control como reinicio automático, inicio de temporización, pausa de temporización y continuación de temporización;
(6) El número de controles Los botones de operación no deben exceder los 2.
3. Mejorar piezas
3.1 Instalar el circuito diseñado por usted mismo.
(1) Verificar los componentes
(2) Ensamblar el circuito: Según el circuito diseñado, insertar los componentes en la protoboard o soldarlos en la placa universal. Después de soldar, verifique cuidadosamente el diagrama del circuito para ver si hay conexiones incorrectas, cortocircuitos o soldadura débil.
3.2. Modo de encendido
(1) Prueba de encendido: mide los parámetros y el estado de funcionamiento de la placa de circuito instalada para proporcionar una base para ajustar el circuito.
(2) Depuración de encendido: después de repetidos ajustes y mediciones, el rendimiento del circuito cumple con los requisitos.
3.3 Redacción del informe de depuración
Formato de escritura de las instrucciones de diseño del curso
Documento de referencia "Formato de escritura de las instrucciones de diseño del curso".
4. Materiales de referencia
1. "Introducción a la tecnología electrónica digital", editado por He Jinmao, Universidad de Jiaotong.
2. "Conceptos básicos de la tecnología electrónica digital" editado por Kang, Higher Education Press.
3. Prensa de Educación Superior de Tecnología Electrónica Digital. Editor en jefe Yang Zhizhong
2. Demostración de la solución
2.1. Selección de la solución
A través del análisis de los requisitos de diseño, aplicar el conocimiento de los circuitos electrónicos digitales para dibujar diagramas esquemáticos. Después de comprobarlo, simule el esquema en EWB. Luego de la verificación, qué soluciones se pueden considerar para implementar el circuito diseñado. Podemos soldar el circuito diseñado en una placa general de acuerdo con el diagrama esquemático; también podemos dibujar el diagrama esquemático en PROTEL, hacer una placa PCB, realizar el cableado y realizar el circuito diseñado. El circuito diseñado también se puede implementar en una placa de pruebas; Conecte el cable para hacerlo. Como solo compramos placas universales en la tienda, las utilizamos para el cableado.
2.2 Analizar la función y estructura general del circuito
El objetivo de este circuito es diseñar un cronómetro digital. Como se muestra en la Figura 2.1, el sistema de circuito del cronómetro digital consta de dos partes: el circuito principal y el circuito de expansión. El circuito principal completa la función de conteo y el circuito de control completa la función ampliada de control. A través del circuito diseñado, se realizará un cronómetro digital con funciones de control de borrado, inicio, pausa y continuación.
De acuerdo con los requisitos del circuito, el diagrama de bloques estructural general del circuito se puede describir (como se muestra en la Figura 2.2):
Figura 2.2 Diagrama de bloques del sistema de cronómetro digital multifuncional
Los nombres de los dispositivos utilizados en cada parte del diseño son los siguientes:
Señal de reloj: un multivibrador compuesto por 555.
Contador: 74LS190
Pestillo: CT74LS373
Decodificador: CT74LS47
Pantalla: BS201
555 Introducción a el multivibrador formó
3.1.555 y RC forman un multivibrador.
Aunque el multivibrador compuesto por circuitos de compuerta tiene varias formas de circuito, todos ellos sin excepción tienen las siguientes características. Primero, el circuito contiene dispositivos de conmutación, como circuitos de compuerta, comparadores de voltaje, BJT, etc. Estos dispositivos se utilizan principalmente para generar niveles altos y bajos; en segundo lugar, está la red de retroalimentación, que devuelve adecuadamente el voltaje de salida al dispositivo de conmutación para cambiar el estado de salida; también hay un enlace de retardo, que se puede lograr mediante; Utilizando las características de carga y descarga del circuito RC para obtener la frecuencia de oscilación deseada. En muchos circuitos prácticos, las redes de retroalimentación tienen una función de retardo. La figura 3.1.1 es el multivibrador más simple.
3.2 Cálculo del período de oscilación
Durante el proceso de oscilación, la conmutación del estado del circuito depende principalmente del tiempo de carga y descarga del condensador, y el tiempo de conmutación depende del valor. de . Con base en varios valores característicos del circuito durante el proceso de transición de estado obtenidos mediante el análisis anterior, se puede calcular el período T.
Introducción a los cuatro chips
4.1 74LS190
74LS190 es un contador ascendente y descendente decimal síncrono integrado típico. En el diagrama, LD es asíncrono.
Establezca terminales de control digital, ~ CT es el terminal de control de conteo, D0-D3 son terminales de entrada de datos paralelos, Q0-Q3 son terminales de salida, ~ U/D es el terminal de control de conteo de suma y resta. CO/BO son salidas de acarreo/préstamo. (RC) es la salida del reloj de ondas viajeras. CT74LS190 no tiene un terminal de entrada cero dedicado, pero la función cero del contador se puede realizar con la ayuda de los datos D3D1D0 = 0000.
El diagrama de pines y el menú del 74LS190 se muestran en la siguiente figura.
4.1.1.74 Diagrama de pines ls 190
Tabla 4.1.1.74 Menú ls 190
Entradas y salidas
CP R0(1) R0(2)S9(1)S9(2)qaqbcqd
x 1 1 0X 0 0 0 0
1 1X 0 0 0 0 0
XX 1 1 1 0 0 1
↓X 0X 0
Contar
0X 0X
0XX 0
x 0X
(1) Función de configuración digital asíncrona: cuando ~ LD = 0, los números se ingresan en paralelo independientemente de si hay un pulso CP u otra entrada de señal.
Según d3-d0, coloque el flip-flop correspondiente al contador. En este momento, Q3Q2Q1Q0 = D3D1D0.
(2) Función de conteo: CT = 0, LD = 1. Cuando ~ U/D = 0, se realiza bajo la acción del flanco ascendente del pulso CP.
Conteo de suma decimal. Cuando ~ U/D = 1, el conteo de resta se realiza bajo la acción del flanco ascendente del pulso CP.
(3) Función de retención: cuando ~ CT = ~ LD = 1, el contador permanece sin cambios.
4.2 CT74373
El diagrama esquemático del pestillo es el siguiente
Figura 4.2.1 El diagrama esquemático del pestillo
c es el terminal de entrada de la señal de bloqueo, D es el terminal de entrada de datos, Q y Qo son terminales de salida de datos complementarios. Cuando C=0, G2 bloquea y genera 0, G3 bloquea y genera 1. Salidas de G5 Q=D y Qo=Do (D y Do son datos complementarios). Cuando C cambia de 0 a 1, lo discutiremos en dos situaciones: 1. Cuando C cambia de 0 a 1, Qo = 1, Q = 0, G2 está bloqueado, porque ambas entradas de G3 son 1, por lo que La salida es 0. La puerta G4 también está bloqueada. La salida de la puerta G2 Qo=1. El estado original no cambia. En segundo lugar, cuando C cambia de 0 a 1, Qo=0, Q=1. Si ambas entradas de la puerta G2 son 1, la salida Qo=0, haciendo Q=1. Si d es 0 o 1, no cambia el estado original. Según el análisis anterior, se puede ver que cuando C = 0, Q = D, el circuito no retiene datos y es equivalente a un búfer. Cuando C = 1, d no afecta el estado del circuito. Cuando c cambia de 0 a 1, los datos d se bloquean y retienen. Hasta que c cambie de 1 a 0.
Figura 4. 2. Diagrama de 2 pines de CT 74ls 373
CT74LS373 es un pestillo típico de 8 bits. El OC está controlado por una salida de tres estados y está activo en nivel bajo. nivel. Es decir, cuando el nivel es bajo, los datos de entrada pueden llegar al extremo de salida. Cuando el nivel es alto, las 8 salidas están todas en un estado de alta impedancia. C es el extremo de entrada de control del pestillo. El flanco descendente de C retiene los datos y mantiene el nivel bajo, pero no retiene el nivel alto, y los datos de entrada van directamente al terminal de salida. Cada pestillo tiene una sola salida no inversora y no tiene salidas complementarias. Los números marcados en los terminales de salida y entrada en el símbolo son los números de pin de los terminales en el chip.
Tabla 4.2.1 Menú CT74373:
Entrada y salida
OCCDQ
LHHH
LHLL
LLXQo
HXXZ
La 1.ª y 2.ª fila de la tabla indican que cuando OC es de nivel bajo y C es de nivel alto, Q cambia con D, y la tercera La fila indica que OC y C son Q de bajo nivel, manteniendo el QO original sin cambios. La cuarta fila indica que cuando OC es alto, la salida Q es alta para configurar Z.
4.3 74LS47
Figura 4.3.1 Pines del 74LS47
Pin 1: Terminal de entrada de configuración binaria Pin 2: Terminal de habilitación;
Pin 3: entrada del terminal de configuración de cinco dígitos; Pin 4: salida
5 pies: salida; 6 pies: terminal de habilitación; Pin 7: terminal de tierra
8 pines: salida; 9: salida; Pin 10: señal de reloj binario; Pin 11: señal de reloj quinario; Pin 12: entrada de reinicio binario; Pin 13: entrada de reinicio de cinco bits;
Tabla 4.3.1 Menú 74LS47
4.4 Descodificador de pantalla
Muchos aparatos eléctricos ahora tienen pantallas de caracteres que muestran caracteres decimales para mostrar visualmente el funcionamiento de los datos del aparato. . En la actualidad, la pantalla de caracteres más utilizada es una pantalla de caracteres de siete segmentos o un tubo digital de siete segmentos. Hay dos tubos digitales de siete segmentos comunes: tubos digitales con pantalla de cristal líquido y tubos digitales semiconductores.
El tubo digital con pantalla de cristal líquido se fabrica utilizando la transparencia del material de cristal líquido o la característica de que el color mostrado está controlado por un campo eléctrico externo, denominado LCD.
El tubo digital semiconductor está compuesto por siete diodos emisores de luz. La Figura 4.4.1 es el pin del LED y su circuito equivalente.
Figura 4.4.1 (a) Pin del LED y su circuito equivalente.
Hay muchos tipos de productos LED. El circuito catódico y el circuito anódico se muestran en la Figura 4.4.1 (b) y (c). Las pantallas digitales de uso común incluyen BS201 y BS202.
Para que el LED muestre diez caracteres decimales normalmente, se debe conectar un decodificador de pantalla delante del LED.
La función lógica que puede implementar el decodificador de pantalla es convertir el código 8421BCD de entrada en señales de alto y bajo nivel que hacen que el LED emita luz y que muestre diferentes caracteres decimales. Analicemos los componentes de un decodificador de pantalla.
Debido a que el decodificador de pantalla puede hacer que el LED muestre diez caracteres digitales del 0 al 9, y estos diez caracteres digitales corresponden a diez estados combinados de niveles alto y bajo, se deben usar cuatro dígitos binarios para describir. diez estados combinados de niveles altos y bajos. Según las características de la iluminación LED, se puede obtener una tabla de verdad que describe la función lógica del decodificador de pantalla, como se muestra en la Tabla 4.4.1.
La Tabla 4.4.1 proporciona la tabla de verdad de las funciones lógicas del decodificador.
4.4.2 Grupo de segmentos emisores de luz de pantalla digital de siete segmentos
4.5 Cuatro puertas NAND de 2 entradas 74LS00
Figura 4.5.1 Diagrama de pines del 74LS00
En la figura anterior, 1, 2 y 3 forman una puerta NAND, en la que 1 y 2 son entradas y 3 es salida. 4, 5 y 6 forman una puerta NAND, donde 4, 5 son entradas y 6 son salidas. 8, 9 y 10 forman una puerta NAND, donde 9 y 10 son entradas y 8 es la salida. 11, 12 y 13 constituyen una puerta NAND, donde 12 y 13 son entradas y 11 es la salida.
4.6 Puerta AND de 42 entradas 74LS08
Cinco esquemas de diseño
Sistema decimal
Al realizar el cableado, conecte todos los chips según los pines del diagrama esquemático. Tenga cuidado con los cortocircuitos al realizar la conexión.
Sistema de cristal tetragonal
Proceso de instalación de verbos intransitivos
6.1 Herramientas de instalación
Soldador 1, colofonia 1 caja, soldadura 1 bobina, pelacables 1, alicates de punta fina 1, cuchillo de electricista 1, multímetro digital 1, pinzas 1.
6.2. Pasos de instalación específicos
(1) En primer lugar, debe comprender el principio estructural del tablero multiusos y distinguir si cada gato es igual;
( 2) En segundo lugar, organice las posiciones de los bloques y componentes integrados de manera razonable y manténgalos en la misma línea recta tanto como sea posible.
(3) Preste atención al corte del conductor y corte la capa aislante del conductor.
Se requiere que la longitud del cable central después del corte satisfaga las necesidades de conexión, y que no pueda ser demasiado larga ni demasiado corta, y que el cable central no pueda dañarse. Para cortar los cables bellamente sin quemarlos, use un pelacables o un cuchillo de electricista. El método de operación específico es el siguiente: De acuerdo con la longitud de conexión requerida, use el filo de los alicates para cortar suavemente la capa de aislamiento, sujete el cable con la mano izquierda y aplique la fuerza adecuada con la mano derecha para separar el aislamiento del extremo. capa del alambre central. Cuando utilice un cuchillo de electricista, sostenga la hoja en un ángulo de 45 grados con respecto al cable y corte el aislamiento de plástico.
(4) La disposición y el cableado de los cables deben ser limpios y no cruzados. Se requiere que los cables sean verticales y horizontales para minimizar la existencia de cables colgantes. Esto ayuda a realizar ajustes y pruebas sin problemas. Los métodos y pasos de cableado específicos son los siguientes: Para evitar errores en la medida de lo posible, el cableado debe realizarse en el orden de los componentes. El mismo componente se puede cablear en el orden de los pines.
6.3. Precauciones de instalación
(1) La instalación debe estar en buen contacto para garantizar que una cierta corriente pueda pasar de manera estable y confiable entre los componentes instalados.
(2) Se deben evitar daños a los componentes. Conecte y retire los componentes verticalmente para evitar daños mecánicos innecesarios.
(3) Durante la instalación, se deben utilizar cables aislados con buen aislamiento y se debe mantener la distancia entre los componentes al realizar el cableado. Al realizar la conexión, la intersección entre líneas debe ser lo más pequeña posible.
7. Depuración y pruebas
7.1 Inspección previa a la depuración
Una vez completada la instalación electrónica, normalmente no es aconsejable apresurarse a encender y comprobar. primero con cuidado. Los contenidos verificados incluyen:
(1) ¿Es correcta la conexión?
Suele haber dos métodos de detección:
A. Verifique cada componente en secuencia según el diagrama de cableado.
La característica de este método es verificar las líneas instaladas una por una en un orden determinado, y verificar el mismo componente en secuencia según el orden de los pines. Por lo tanto, es más fácil encontrar líneas incorrectas y faltantes que el efecto.
B. Verifique el circuito de acuerdo con el circuito real y el diagrama esquemático.
Este es un método de inspección de línea centrado en componentes. Encuentre las conexiones para cada pin de componente una vez y verifique si cada ubicación existe en el diagrama del circuito. Este método no sólo puede encontrar líneas incorrectas y faltantes, sino que también puede encontrar fácilmente varias líneas.
Para evitar errores, los cables verificados deben marcarse en el diagrama del circuito. Lo mejor es utilizar la configuración "ohm 1" del multímetro puntero o el pin de medición del zumbador del "diodo" del multímetro digital. ", para que se puedan descubrir contactos deficientes al mismo tiempo.
(2) Instalación de componentes
Compruebe si los pines de los componentes están en cortocircuito; si las juntas están en mal contacto; si la polaridad del diodo y los pines del integrado; Los componentes están conectados incorrectamente.
(3) Si la fuente de alimentación y la fuente de señal están conectadas correctamente.
(4) Si hay un cortocircuito entre el terminal de alimentación y tierra.
Nota: Antes de encender, desconecte el cable de alimentación y utilice un multímetro para comprobar si hay un cortocircuito entre el terminal de alimentación y tierra. Una vez que el circuito pasa la inspección anterior y se confirma que es correcto, se puede transferir a depuración.
7.2 Observación en vivo
Conecte al circuito una fuente de alimentación medida con precisión. Observe si hay algún fenómeno anormal, incluido si hay humo, si hay algún olor peculiar, si el dispositivo táctil está caliente, si la fuente de alimentación está en cortocircuito, etc. Si hay alguna anomalía, se debe cortar el suministro de energía inmediatamente y luego volver a encenderlo una vez eliminada la falla. Luego mida el voltaje total de cada canal y el voltaje de alimentación de cada pin del dispositivo para asegurarse de que los componentes estén funcionando correctamente.
7.3 Precauciones durante la depuración
El hecho de que los resultados de la depuración sean correctos se ve afectado en gran medida por la precisión y exactitud de la medición. Para garantizar el efecto de depuración, es necesario reducir el error de medición y mejorar la precisión de la medición. Para ello, debemos prestar atención a los siguientes puntos:
(1) Antes de depurar, debemos estar familiarizados con el uso de varios instrumentos y verificar cuidadosamente para evitar resultados de medición causados por el uso inadecuado del instrumento o desempeño insatisfactorio del mismo. Inexactitudes y errores de juicio.
(2) El cable de tierra del instrumento de medición debe conectarse al cable de tierra del instrumento bajo prueba para formar el potencial de tierra de referencia del sistema para garantizar la precisión de los resultados de la medición.
(3) Los puntos y métodos de medición deben seleccionarse correctamente.
(4) Durante el proceso de depuración, se debe mantener un estilo científico riguroso de principio a fin y no se debe apresurar hacia el éxito. Durante el proceso de depuración, no solo debe observar y medir cuidadosamente, sino también mantener registros y ser bueno en análisis y juicio. No encontrará ningún problema. No cambiará el cableado ni desmontará el circuito ni lo reinstalará para ningún propósito aleatorio. De esta forma no sólo no se solucionará el problema sino que se producirán fallos mayores e incluso se podrán dañar componentes e instrumentos de medida.
7.4 Solución de problemas
Las fallas en las placas de circuitos nuevos son comunes y todo estudiante debe tomarlas en serio. Cuando busque problemas, primero debe ser paciente y meticuloso, y evitar ser descuidado. Al mismo tiempo, debemos utilizar nuestro cerebro, analizar y juzgar con cuidado.
Cuando el circuito esté funcionando, primero debe apagar la alimentación y luego verificar si hay conexiones incorrectas, cables faltantes, cables rotos, contactos deficientes, componentes dañados, componentes incorrectos, pines incorrectos, etc. La búsqueda se puede realizar con la ayuda de un multímetro.
Para un circuito de sistema completo, la resolución de problemas de forma rápida y precisa requiere una cierta cantidad de experiencia laboral práctica. Para los principiantes, primero deben analizar cuidadosamente el diagrama del circuito, saber descomponer todo el circuito en varios bloques funcionales y aclarar la relación de transmisión de la señal y el principio de funcionamiento de cada parte. Luego, basándose en el fenómeno de la falla y los datos de prueba relevantes, analice y determine inicialmente la ubicación donde puede ocurrir la falla, y luego verifique cuidadosamente esta parte del circuito de acuerdo con los pasos anteriores, para que el punto de falla y la causa de la falla puedan ser encontrado rápidamente.
8. Lista de componentes
(1)Contador decimal síncrono CT 74ls 191 (7 piezas);
(2) Entrada Y puerta CT 74LS08-42 (2 piezas);
(3) pestillo CT 74LS373-8 bits (3 piezas);
(4) decodificador/controlador de siete segmentos CT 74LS48-BCD (6 (); piezas);
(5) compuerta NAND de entrada CT74L00-42 (2 piezas);
(6) BS 201-* * *Tubo de pantalla digital de ánodo (6 piezas); /p>
(7) 2 resistencias, 2 resistencias de 48kω2, 2 resistencias de 1;
(8) Dos interruptores y una fuente de alimentación VCC+5V;
( 9) Algunos cables.
(Nota: algunos componentes no están disponibles y deben reemplazarse con chips con funciones similares).
Experiencia
Después de varias semanas de arduo trabajo, el diseño del curso La misión finalmente se completa. Este es el diseño de nuestro primer curso y me enseñó muchos conocimientos que no conocía antes, como la estructura interna de las placas generales, las funciones de los pines de los chips relacionados, etc. Durante el diseño, nos encontramos con muchos problemas, algunos de los cuales nunca antes habíamos encontrado. Con la ayuda de los compañeros de clase y la guía de los profesores, finalmente superamos esos problemas y ejercitamos nuestras habilidades prácticas, lo que nos permitió combinar verdaderamente la teoría con la práctica.
Al hacer circuitos, me di cuenta profundamente de que al conectar circuitos, debemos tener cuidado y asegurarnos de que cada cable tenga buen contacto. Cuando haya algún problema con el circuito experimental, tenga paciencia y compruébelo paso a paso. Durante las pruebas experimentales, mantenga la calma y la organización, póngase en contacto con libros para pensar activamente cuando encuentre problemas y registre los datos experimentales.
Durante el proceso de diseño del curso, descubrí que los conocimientos teóricos por sí solos no son suficientes, sino también algunos conocimientos prácticos. Por lo tanto, en la práctica del diseño de cursos, se deben combinar los experimentos y la enseñanza en el aula para cultivar la capacidad de conectar la teoría con la práctica. Por ejemplo, la capacidad de inspeccionar y solucionar problemas.
El diseño de este curso también cultivó el espíritu cooperativo de nuestro grupo. La llamada unidad hace la fuerza, ésta es una mejor explicación. No sólo sentó las bases para el diseño de mi futuro curso, sino que también cultivó nuestro espíritu de cooperación y capacidad para analizar problemas.
10. Referencia
Kang. Fundamentos de Tecnología Electrónica (Parte Digital). Cuarta edición Beijing: Higher Education Press, 2005.
[2]Yan. Fundamentos de la tecnología electrónica digital. Cuarta edición Beijing: Higher Education Press, 1998.
[2]Yang Zhizhong. Tecnología electrónica digital. Beijing: Prensa de Educación Superior, 2000
Zhang Jianhua. Tecnología electrónica digital. Beijing: Machinery Industry Press, 1994.
Li Yabo. Circuitos y sistemas digitales. Beijing: Electronic Industry Press, 1998.
[5]Chen Huarong y Jia Yaqiong. Instrucciones para experimentos eléctricos digitales. Hunan: Instituto de Tecnología de Hunan, 2005
Xie. Diseño-experimento-prueba de circuitos electrónicos. Wuhan: Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, 2005
Zhao Yaxing. Circuitos digitales y FPGA. Prensa Popular de Correos y Telecomunicaciones de Beijing, 2004
Deng Yong y Deng Bin. Un manual completo de diseño de circuitos digitales. Prensa de la Industria de Defensa Nacional, 2004.