数字电路课程设计报告-七人表决电路

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1、数字电路课程设计报告课 题：七人表决电路班 级： 电子信息工程 1301 姓 名： 学号： 1 1 0 8 0 3 0 5 0指导教师：设计时间： 2015.4-2015.5 七人表决电路一、设计任务与要求1设计一个七人表决器，用数码管显示出同意的人数。2. 当赞同者达到及超过四人时，LED 发光二极管灯亮表示通过3学会根据已学知识设计具有某一特定功能的电路，学会基本电路的组装与调试。二、方案设计与论证当按下开关时，代表同意赞成，开关没有按下去时，表示不赞成。评委按照自己的意愿投票，选择是否按下开关，即选择逻辑电位。对逻辑电位进行译码，对译码后芯片的输出进行显示。方案一：先用 74LS161

2、自动计数，在计数的同时用数据选择器分别将通过和否决的高电平进行选择，之后将七人的选择结果用 74LS161 加法计数器进行累加。然后在数码管显示并用数据比较器进行比较，如果通过的票数大于或等于 4，则 LED 灯亮表示“通过” 。如果通过的票数小于 4，则 LED 灯不亮表示“否决” 。方案一 总体电路原理图方案二：将七人的通过、否决票数用移位寄存器进行寄存，弃权的票数用另一组移位寄存器进行寄存，然后用 CLK 脉冲信号使其移位寄存器进行右移，用 T 触发器构成的同步二进制加法计数器进行累加，如果通过的票数大于或等于 4，则 LED 灯亮表示“通过” 。如果通过的票数小于 4，则 LED 灯不

3、亮表示“否决” 。方波信号二进制计数器八选一数据选择器二进制计数器数码管显示数据比较器结果显示七个并排拨挡开关 +5V 电源方案二 总体电路原理图方案对比：方案一是利用数据选择器和计数器原理，电路实现方便、设计思路明确、布线简单、电路的稳定性高、调试简单、易于实现要求；方案二利用寄存器以及计数器原理，电路复杂不容易查找错误，调试复杂。通过分析，结合设计电路性能指标、器件的性价比，本设计电路选择方案一三、单元电路设计与参数计算1.555 定时器先把 555 定时器时钟的 2，6 脚相连并通过电容 C2 接地，并同时通过 R15 接到 7脚，7 脚通过 R16 接电源 Vcc，5 脚接地 C1 再

4、接到地，构成多谐振荡器。用以产生方波时钟信号。电路中，R15、R16、C1 和 C2 是定时元件,电路原理图如下： 555 定时器是一种用途很广的集成电路，如表 3 所示，可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，都是利用 R、C 元件构成的脉冲电路，分析的关键就是电容的充放电，关键的连线点事是与电容相连的元件输入端。2.表决电路部分：先将七个并排拨挡开关的输入接到电源，输出依次接到 74LS151 的输入端X0X1X2X3X4X5X6，输入端 X7 接地，再用方波信号使 74LS161 二进制加法计数器自动计数并将其输出端的 Q0Q1Q2 依次接入到八选一数据选择器 74LS151 的

5、 ABC,在 74LS151 的输入端 G 接入方波信号让其芯片进行选择使其在计数的同时用数据选择器分别将通过和否决的高低电平进行选择，将 74LS151 的输出端 Y 接入到 74LS161 的输入端 clk 用来把七人的选择结果在 74LS161 加法计数器进行累加，74LS161 的最高位输出端 Q3 接入与非门 74LS00 之后到 74LS161 和 74LS161 的 7 端口，用来计数截止保持到 8，由于七人表决器跟大于或等于 4 时且小于或等于 7 时 LED 灯亮以用来显示通过，分析可知只需在 74LS161 的输出端 Q2 接入 LED 灯即可，电路图如下：表决电路部分（1

6、）74LS161 引脚图以及功能表：74LS161 是 常 用 的 四 位 二 进 制 可 预 置 的 同 步 加 法 计 数 器 ， 他 可 以 灵 活 的 运 用 在 各 种 数 字 电路 ， 是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。 74LS161 是四位二进制可预置同步计数器，由于它采用 4 个主从 JK 触发器作为记忆单元，故又称为四位二进制同步计数器，其集成芯片管脚如图所示。74LS161 Q0 Q1 Q2 Q3 (b) 逻 辑 功 能 示 意 图 (a) 引 脚 排 列

7、 图 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS161 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CET PE CR CP D0 D1 D2 D3 CEP GND CR D0 D1 D2 D3 CET CET CP CO PE 74LS161 管脚图该计数器由于内部采用了快速进位电路，所以具有较高的计数速度。各触发器翻转是靠时钟脉冲信号的正跳变上升沿来完成的。时钟脉冲每正跳变一次，计数器内各触发器就同时翻转一次，74LS161 的功能表如表所示：74LS161 逻辑功能表输 入 输 出RDLET EP CP A B C D QA QB QC QDL L

8、L L LH L a b c d a b c dH H H H 计 数H H L 保 持H H L 保 持由于 74LS161 的计数容量为 16，即计 16 个脉冲，发生一次进位，所以可以用它构成 16 进制以内的各进制计数器，实现的方法有两种：置零法（复位法）和置数法（置位法） 。从 74LS161 功能表功能表中可以知道，当清零端 CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0 立即为全“0” ，这个时候为异步复位功能。当 CR=“1”且 LD=“0”时，在 CP 信号上升沿作用后，74LS161 输出端 Q3、Q2、Q1、Q0 的状态分别与并行数据输入端 D3，D2，D1，D0 的状态

9、一样，为同步置数功能。而只有当 CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加 1。74LS161 还有一个进位输出端 CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片 74LS161 可以组成 16 进制以下的任意进制分频器。（2）74LS151 引脚图以及功能表：74LS151 为互补输出的 8 选 1 数据选择器。引脚排列如图所示，74LS151 管脚图功能如表所示。 74LS151 逻辑功能表选择控制端（地址端）为 CA，按二进制译码，从 8 个输入数据 D0D7 中，选择一个需要的数据送到输出端 Y，G 为使能端，低电平有效。

10、 （1）使能端 G1 时，不论 CA 状态如何，均无输出（Y0，W1） ，多路开关被禁止。838 电子 （2）使能端 G0 时，多路开关正常工作，根据地址码 C、B、A 的状态选择 D0D7 中某一个通道的数据输送到输出端 Y。 如：CBA000，则选择 D0 数据到输出端，即 YD0。新艺图库 如：CBA001，则选择 D1 数据到输出端,即 YD1，其余类推。（3）发光二极管LED 发光二极管的工作原理 图 3-4 发光二极管结构图发光二极管简称为 LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作

11、为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。注意事项：用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。发光二极管的正负极也可以从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。经分析，将 74LS161(2)的输出端的 Q2 接到 LED 灯长脚，短脚接地。（4）显示译码器 CD4511：CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点是具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提

12、供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。CD4511引脚图CD4511 功能介绍如下：BI：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8” 。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平

13、 1 有效。CD4511 的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。（5）共阴阴数码管：共 阴 极 数 码 管 则 是 把 所 有 LED 的阴极连接到共同接点 com， 而 每 个 LED 的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小数点） ，如下图所示。图中的 8 个 LED 分别与上面那个图的 ADP 各段相对应，通过控制各个 LED 的亮灭来显示对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为 1 脚，以逆时针方向依次为 110 脚，左上角那个脚便是 10 脚了，上面两个图中的数字分别与这 10 个管脚一一对应。注意，3 脚和 8 脚是连通的，这两个都是

14、公共脚接阴极。四、总原理图及元器件清单1.总原理图：七人表决电路2.元件清单：（1）74LS151 1 片（2）74LS161 2 片（3）74LS00 1 片（4）CD4511 1 片（5）NE555 1 片（6）共阴极数码管 1 个（7）七个并排拨挡开关 1 个（8）LED 发光二极管 1 个（9）0.22uF 的电容 2 个（10）2k 的电阻 2 个（11）147 欧姆的电阻 7 个五、安装与调试1.电路安装将设计好的电路在 Multisim 11.0 中绘制出来，在绘制时，注意各器件的选择和使用，开关应选择并排拨挡开关，共 7 个，开关连线时应保持处于断开状态，不得提前接通电源。此外

15、，接线时的走线，应选择合适的走线方式，使整个电路显得清晰明确，尽量避免接线的来回交叉、或者绕远的走线方式。Multisim 11.0 的使用也是一项非常复杂的事情，需要足够的细心和耐心，一个很小的疏忽就容易接错线，而接线错误就会造成仿真错误，甚至仿真失败。因此一定要注意仿真时的正确接线。2.电路调试（1）静态调试电路安装完毕后，先认真检查接线是否正确，引脚是否虚焊，包括错线、少线、多线。线路连接错误一般是因为接线时看错引脚，或者改接时忘记去掉原来的旧线造成的，实验查线是往往不易发现。首先按照总电路图检查是否有引脚连接错误，连接短路，接着用万用表依次检测电路的焊接中是否有虚焊或者短路的情况。焊接时注意点，这种情况可以避免。（2）动态调试完成焊接后，先测试电源导通，利用数码管的显示，看电源是否导通。要进行电路的表决需要借助 555 构成的多谐振荡器产生的信号，再用拨挡开关的开通与否进行表决，然后与数码管显示的数字进行对比看是否一致，需注意输入电压不要过高，对应 5V 即可。焊接实物图（1） 正面元件实物图：n