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1、- 1 -电子课程设计-8 路开关信号显示电路学院：电子信息工程学院专业、班级：自动化 091502 班姓名：孙艳林学号：200915040223指导教师：李小松2011 年 12 月- 2 -8 路开关信号显示电路 一设计任务与要求设计一个用 5 根导线（1 根数据线，3 根数据选择线，地线）分时传输 8 路开关信号的电路。要求在发送端发送开关信号，在接收端用发光二极管显示开关的闭合与断开。二总体框图2.1 题目分析根据题意，若要以 5 根导线传输 8 路信号，需要在发送端将并行。的 8 路信号转换成串行信号输出，再在接收端将串行信号转换为并行信号。所以，在前面所学过的器件中，可以使用 8
2、选 1 数据选择器实现并-串转换，使用 3 线-8线译码器实现串-并转换，8 选 1 数据选择器的数据选择信号与 3 线-8 线译码器的译码输入信号相连，并周期输入数据选择信号，实现 8 位开关数据的 5 线传输。其原理图如图 2-1 所示。开关选择电路8 选 1 数据选择器3 线-8 线译码器显示电路多谐振荡器计数器并行信号 串行信号并行信号数据选择信号时钟脉冲图 2-1 8 路开关信号显示电路原理图本电路的核心部分是数据选择器和 3 线-8 线译码器。若有开关打开则给数据选择器一个高电平，在数据选择信号的作用下，将其传输给译码器，这样便把并行信号转换成为串行信号，译码器在相同的选择信号作用
3、下，将其转换为并行信号输出，则显示电路便可以显示开关的通断了。2.2.模块功能简介1.开关选择电路：用于产生 8 路开关信号，若开关闭合，则产生低电平信号，若开关断开，则产生高电平信号。2.8 选 1 数据选择器：将送入的并行信号转换为串行信号输出。3.3 线-8 线译码器：将送入的串行信号转换成为并行信号输出。- 3 -4.多谐振荡器：用来产生矩形脉冲信号。该电路也可以由信号发生器、施密特触发器或单稳态触发器代替，但是信号发生器体积太大，并且还要接 220V 交流电源，使用起来不太方便;施密特触发器和单稳态触发器使用时需要加入触发脉冲，较多谐振荡器复杂，所以相比较而言用多谐振荡器较好。5.计
4、数器：用来产生数据选择信号。6.显示电路：用来显示开关闭合和断开的情况。三选择器件3.1 8 选 1 数据选择器 74LS151（1）逻辑功能：根据地址码（ABC）的要求，从多路输入信号（ - ）中0D7选择其中一路输出，即其具有 8 个信号输入，一对互补输出信号 Y 和 W，三个数据选择信号，一个使能信号 G。当 =0 且输入信号和选择信号的最小项相同时，Y 输出高电平，若 =1，则 Y 输出低电平。（2）74LS151 逻辑功能表如表 3-11 所示。（3）74LS151 逻辑符号如图 3-12 所示。表 3-11 74LS151 逻辑功能表 输 入使能输入 地 址 输 入 输 出GC B
5、 A Y1 X X X 00 0 0 0 0D0 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 3D0 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 6D0 1 1 1 7- 4 -图 3-12 74LS151 逻辑符号 图 3-13 74LS151 内部原理图 （4）74LS151 内部原理图如图 3-13 所示。3.2 3 线-8 线译码器 74LS138（1）逻辑功能：其中 C、B 和 A 是译码数据输入端， 是输出端，也0Y7就是输入端 C、B、A 的各个最小项， 、 和 是控制端。1GA2B当 ，同时 + =0 时，每一个输出端的输出函数为 = 。这里1G2B iim为输入 C、
6、B、A 的最小项。im当 =1 时，同时 + =0 的条件不满足时，不进行编码，所有输出都为高12BG电平。控制端 、 、 又称为片选端，利用它们可以拓展译码器的功能。1A2（2）74LS138 的功能表如表 3-21 所示。（3）74LS138 的逻辑符号如 3-22 所示。（4）74LS138 内部逻辑图如图 3-23 所示。表 3-21 74LS138 的功能表输 入 输 出1G+A2BC B A 7Y654Y321Y0X 1 x x x 1 1 1 1 1 1 1 10 X x x x 1 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 1
7、1 1 1 1 1 1 0 1- 5 -1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 11 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 11 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 11 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1图 3-22 74LS138 的逻辑符号 图 3-23 74LS138 内部逻辑图3.3 555 定时器（1）555 定时器的逻辑功能：它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC/3
8、 和 2VCC/3。 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC/3，C2 的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC/3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR端的电压大于 VCC/3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。555 定时器加上外围器件还可以构成施密特触发器以及
9、单稳态触发器。（2）555 定时器功能表如表 3-31 所示。（3）555 定时器逻辑符号如图 3-32 所示。- 6 -（4）555 定时器内部原理图如图 3-33 所示。表 3-31 555 定时器功能表清零端 高触发端 TH 低处发端 Q 放电管 功能0 X X 0 导通 清零1 0 1 X 保持上一状态 保持上一状态1 1 0 X 保持上一状态 保持上一状态1 0/1 0/1 1/0 导通截止 置 1/清零图 3-32 555 定时器逻辑符号 图 3-33 555 定时器内部原理图3.4 同步可预置数 4 位十进制加法计数器 74LS160（1）逻辑功能：其全称为同步可预置数 4 位十
10、进制加法计数器，它具有异步清零功能，具有数据输入端 A、B、C 和 D，同步置数端 、异步清零端LOAD和计数控制端 ENT 和 ENP，进位输出端 RCO。CLR当异步清零端 =0 时异步清零，当置数端 =0、 =1，CP 脉冲上LRCR升沿时预置数。当 = =ENT=ENP=1 时，电路工作在计数状态。当计数COAD值为 9 时，进位 RCO 输出一个与 端高电平部分相同宽度的高电平。Q（2）74LS160 功能表如表 3-41 所示。表 3-41 74LS160 功能表输 入 输 出CLROADENT ENP CP0 X X X X 同步清零1 0 X X 同步预置1 1 1 1 计数1
11、 1 0 X X 保持- 7 -1 1 X 0 X 保持（3）74LS160 逻辑符号如图 3-42 所示。（4）74LS160 内部原理图如图 4-43 所示。图 3-42 74LS160 逻辑符号 图 3-43 74LS160 内部原理图3.5 非门 74LS04（1）逻辑功能：其又称为反相器，是实现逻辑非运算的逻辑电路。（2）其逻辑功能表如表 3-51 所示。（3）其逻辑符号如图 3-52 所示。（4）其内部原理图如图 3-53 所示。表 3-51 非门 74LS04 逻辑功能表图 3-52 非门逻辑符号输入 输出A Y0 11 0- 8 -图 3-53 74LS04 内部原理图四功能模
12、块4.1 模块功能1. 开关选择电路：用于产生 8 路开关信号，若开关闭合，则产生低电平信号，若开关断开，则产生高电平信号。开关的输出端与数据选择器的输入端（- ）连接。其电路图如 4-11 所示。0D7图 4-11 开关选择电路 图 4-12 数据选择器电路 图 4-13 3 线-8 线译码器2. 数据选择器电路：接收计数器输出端发出的数据选择信号和开关选择电路发出的信号，若开关信号（即 - 中）某一信号为高电平，则当数据选0D7择端的二进制数的最小项 与之相同时，则在输出端 Y 输出一高电平，送往 3im线-8 线译码器的使能端 ，这样，便把并行信号转换为串行信号。其电路图如1G4-12
13、所示。 3.3 线-8 线译码器：接收计数器输出端发出的数据选择信号和数据选择器- 9 -Y 端发出的信号。当接收到 Y 端信号时，其输入端的二进制数的最小项与数据选择器输入端的二进制数的最小项相同，则输出端对应的 便发出低电平信号，iY送往显示电路。这样便把串行信号变为并行信号。其电路图如 4-13 所示。4.显示电路：由共阳极发光二极管组成，当译码器输出端输出低电平时，发光二极管发光，由此来显示开关闭合和断开的情况。其电路图如 4-14 所示。5.多谐振荡器电路：由 555 定时器和电阻及电容组成，其工作原理为通过和 向电容 充电，当充到 =2/3 时，比较器 1 输出低电平，输出端输3R
14、21C1cVc出低电平，放电管导通，电容通过电阻 放电;当放到 =1/3 时,比较器 22RcVc输出低电平，输出端输出高电平，放电管截止，电容开始充电，如此循环，产生震荡。其电路图如 4-15 所示。图 4-14 显示电路 图 4-15 多谐振荡器电路 图 4-16 计数器电路6.计数器：由 74LS160 组成，接收多谐振荡器发出的脉冲，用来产生数据选择信号。但是该器件本身为十进制计数器，但是在该电路中需要 000-111 这七个信号就可以了，所以将 74LS160 改装成为八进制计数器，即将输出端 连4Q一个非门再接入异步清零端。将其输出端分别接入数据选择器和 3 线-8 线译码器的数据
15、选择端。其电路图如 4-16 所示。4.2Multisim 仿真结果如图 4-22 所示。五总体设计电路图1.总体电路原理图如图 4-21 所示。当第一个开关打开时，在 3 根数据选择线的作用下，将信号由开关经数据选择器、译码器传至显示电路，则 LED1 发光，如图 4-22 所示。2.各模块之间的连接关系为：开关的输出端与数据选择器 74LS151 的输入端相连，数据选择器 74LS151 的输出端与 3 线-8 线译码器 74LS138 的使能端- 10 -相连接，3 线-8 线译码器 74LS138 的输出端与发光二极管的阴极相连接，由1G555 定时器构成的多谐振荡器的输出端与计数器 74LS160 的时钟端相连，计数器 74LS160 的输出端分别与数据选择器 74LS151 的信号选择端和 3 线-8 线译码器 74LS138 的输入端相连接。3.Multisim 的仿真结果如图 4-22 所示。可以验证整个电路设计的正确性。4.在模拟、数字实验箱上验证后，可以验证整个电路设计达到了预期功能，实现了分时传输 8 路开关信号的功能。图 4-21 总体电路原理图- 11 -图 4-22 Multisim 仿真结果
