数字逻辑课程设计.docx
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数字逻辑课程设计
沈阳航空航天大学
课程设计
（说明书）
电缆通断检测电路设计
班级
学号
学生姓名
指导教师
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程名称数字逻辑课程设计
课程设计题目电缆通断检测电路设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
要求设计一个电缆通断检测电路，电路由时钟产生电路、计数电路、译码与指示电路等模块组成，能够自动指示多条电缆芯线的通断。
技术指标如下：
①设计时钟信号产生电路，时钟信号频率为1Hz；
②可检测至少24根电缆；
③状态指示采用光指示，通过点亮发光二极管指示电缆不存在断路。
④用数码管显示被检测电缆的序号。
二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1．阎石主编．数字电子技术基础．[M]北京：
高等教育出版社，2006年
2．赵淑范，王宪伟主编．电子技术实验与课程设计．[M]北京：
清华大学出版社，2006年
3．孙肖子、邓建国等主编.电子设计指南.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
4．杨志忠主编.电子技术课程设计.[M]北京：
机械工业出版社，2008年
五、按照要求撰写课程设计报告
一、概述
对于电缆生产厂家及电缆安装人员，常常需要检测电缆芯线是否存在断路故障。
电缆的通断对销售及安装都有一定的影响，因此电缆的通断的检测成为一个十分必要的过程。
本题目要求设计一个电缆通断的检测电路，可对电缆芯线进行快速检测并指示其通断。
电路主要由时钟信号产生电路，计数电路，译码电路以及状态指示电路组成，指示灯亮则表明电缆导通，指示灯灭，蜂鸣器鸣响则表示电缆断路。
该电路采用计数器与译码器相结合的方式工作通过1个24进制计数器连接译码器与数码管，数码管用来显示当前被检测的电缆序号，译码器连接状态指示电路，对连接到电路中的被检测电缆进行循环检测，检测速度快，检测效率高。
检测结果准确。
经实验证明，该电路可检测24根以下数量电缆，设计方法合理，简单易行，成本低廉，安全实用，方便可靠。
本报告由概述部分，方案论证部分，整体电路设计部分与电路整体性能检测部分构成，首先论述了该电路的整体设计思想和基本设计方案，整体电路设计部分包括总电路的设计和子电路的设计，详细介绍了各部分的设计原理，最后对整个电路进行整体测试。
二、方案设计
本文设计了一个电缆通断的检测电路，可对电缆芯线进行快速检测并指示其通断，电路主要由时钟信号产生电路，计数电路，译码电路以及状态指示电路组成，时钟信号产生电路由555定时器和电容电阻等外部元件构成，555定时器性能优良，搭配参数合适的外接电阻和电阻容，适合用来产生频率可以自由调节的稳定的时钟信号，另外555芯片以及外接电阻和电容等原件成本低廉，容易购买。
使得整个电路的成本不会过高，而且方便易用，因为技术指标需要达到同时检测24根电缆，所以需要设计一个从0-23可以进行循环计数的24进制计数器。
故选择两片74LS160十进制计数器来分别控制十位和个位的计数功能，计数电路的输出端连接两个数码管，用来指示当前被检测的电缆，同时将计数电路的输出端与后面的译码电路的信号输入端相连接，因为需要有24路输出，故选择三片3线-8线译码器74LS138组成24路输出的译码电路，搭配相应的逻辑门电路，用于同时检测24根电缆的通断。
状态指示电路由插座，电阻，发光二极管和直流稳压电源组成，电阻用来保护发光二极管，防止发光二极管因电流过大而烧坏，因为译码器电路74LS138芯片的输出是低电平有效，所以二极管的阳极与直流稳压电源相连，阴极与74LS138芯片的输出端相连，当电路工作时，若电缆不存在断路现象时，则该电缆连接的二极管会被点亮，因为该电路可以循环检测，原理简单，操作简便，检测效率高，由于电路中所涉及到的芯片以及门电路都是当前市场的主流元件，容易购买，而且成本低廉，所以选则此套设计方案来完成电缆通断检测电路的设计。
可对电缆芯线进行快速检测并指示其通断。
设计方法合理，简单易行，成本低廉，安全实用，方便可靠。
原理框图如图1所示。
图1电缆通断检测电路的原理框图
三、电路设计
1.时钟信号产生电路
555定时器成本低廉，性能可靠，实现多谐振荡器来产生时钟信号，用于计时。
由555定时器和外接元件R1，R2以及C1构成多谐振荡器，R1，R2以及C1是外接定时元件，将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C2的连接处，将放电端（7脚）接到R1和R2的连接处，电路不需要外界触发信号，利用电源通过R1和R2向C1充电，以及C2通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。
时钟信号产生电路如图2所示。
输出信号的时间参数是：
T=t1+t2=（R1+2R2）×C×ln2=（4.8+2×4.8）×10^3×100×10^（-6）×0.69≈1s
（1）
图2时钟信号产生电路图
2.计数与译码电路
计数电路部分实现由555定时器组成的多谐振荡电路输入至两片74LS160芯片的CLK端口，ENT及ENP端口接通高电平，使74LS160芯片实现计数功能，CLR和LOAD端口接通高电平，两片74LS160芯片组合设计成24进制计数器，可以对电缆实现循环检测。
计数电路的输出端连接译码电路，译码电路由三片74LS138组成，将计数电路输出的二进制代码译成对应的高低点电平信号。
计数与译码电路如图3所示。
图3计数与译码电路图
3.状态指示及报警电路
状态指示及报警电路由LED灯，电阻组成，由直流稳压电源提供5V电压。
LED灯来显示被检测电缆的通断，灯亮则表示电缆导通，蜂鸣器鸣响则表示电缆存在断路，电阻用来保护指示灯，防止因电压过高而烧坏指示灯和蜂鸣器。
图4状态指示及报警电路
四、性能测试
1.时钟信号产生电路测试
时钟产生测试电路如图5所示，电路输出的时钟信号结果及波形图如图6和图7所示。
图5时钟信号产生测试电路图
图6时钟信号结果图
图7时钟信号波形图
555定时器和外接元件R1，R2和C1构成多谐振荡器，R1，R2以及C1是外接定时元件,电路不需要外界触发信号，利用电源通过R1和R2向C1充电，以及C2通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。
555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ，电容C1在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。
输出信号的时间参数是：
T=t1+t2=（R1+2R2）×C×ln2=1s
（2）
表1555定时器的参数及技术要求
R1
R2
C
T
f
4.8kΩ
4.8kΩ
100uf
约为1s
约为1hz
2.电路整体性能测试
对电路的整体性能进行测试，2位数码管可显示当前被检测的电缆序号，显示00时为第一根电缆，以此类推，下面的三种情况分别为检测第1根，第14根和第23根电缆的通断，检测结果如图8，图9和图10所示。
图8电路整体测试图
图9电路整体测试图
图10电路整体测试图
五、结论
经过测试，我们能够看到电路可以正常工作，该电路完成了课程设计的基本要求，满足相应的技术指标，实现了如下的设计目的：
1．电路主要有时钟信号产生电路，计数与译码电路和状态指示电路以及直流稳压稳流电源构成。
2．用555芯片搭配电阻和电容等外接原件组成多谐振荡器，产生的时钟信号的频率为1Hz，符合题目中的技术指标。
3．可快速准确的循环检测24根及以下数目的电缆的通断情况，检测速度快，检测效率高。
4．状态指示采用发光二极管进行指示，通过电量发光二极管确定电缆不存在断路现象。
5．两位数码管可以显示当前被检测电缆的序号，使使用者一目了然，方便快捷。
6．该电路连接简单，芯片价格低廉实用，临时组装方便，安全实用，方便可靠。
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：
国防工业出版社，2005年
[3]赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计.[M]北京：
清华大学出版社，2006年
[4]孙肖子、邓建国等主编.电子设计指南.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[5]华成英.电子技术.[M]北京：
中央广播电视大学出版社，2006年
[6]贾更新.电子技术基础实验设计与仿真.[M]郑州：
郑州大学出版社，2006
[7]杨旭东等.实用电子电路精选.[M]北京：
化学工业出版社，2007
[8]陈大钦．电子技术基础实验——电子电路实验·设计·仿真.[M]高等教育出版社，2000年
[9]彭介华.电子技术课程设计指导.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[10]徐学彬.电子技术实验指导书.[M]成都：
西华大学出版社，2011年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
R1,R2,R3,R4,R5
电阻
4.8KΩ,510Ω
5
2
C1,C2
电容
100uF,10mF
2
3
U3,U8
十进制计数器
74LS160
2
4
U4,U5
数据选择器
74LS85
2
5
U2,U9,U10
译码器
74LS138
3
6
U6,U7
数码管
DCD_HEX_GREEN
2
7
U12B,U15B
二输入或非门
74LS02
2
8
U11A
三输入与非门
74LS10
1
9
U13
三输入或门
OR3
1
10
U16,U19B
非门
74LS04
2
11
U14A,U18B,
U18C
二输入或门
74LS32
3
12
U17A
二输入异或门
74LS136
1
13
VCC
直流稳压电源
5V
5
14
U21
555定时器
LMC555CM
1
15
LED1,,LED2,
LED3
发光二极管
5mA
3
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