电子电路课程设计实验报告.docx
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电子电路课程设计实验报告
）
第1章技术指标2
系统功能要求2
系统结构要求2
电气指标2
设计条件2
元器件介绍3
数码管3
[
发光二极管3
排阻4
4511译码器4
八位拨号开关4
74174芯片5
74283芯片5
第2章整体方案设计6
1算法设计6
【
2整体方案7
预期效果7
设计内容7
整体布局9
3整体方案图及原理10
第3章单元电路设计11
十进制显示电路设计11
8421BCD码控制电路设计11
}
二进制显示电路设计12
整体电路图14
实验实物图14
整机元件清单15
第4章测试与调整16
十进制显示电路调测16
8421BCD码控制电路调测16
二进制显示电路调测17
（
整体指标测试17
测试数据18
第5章设计小结19
设计任务完成情况19
问题及解决19
心得体会20
附录1：
参考文献22
附录2：
预习报告
&
附录3：
设计图
第1章技术指标
系统功能要求
人们在向计算机输送数据时，首先把十进制数变成二—十进制码，即BCD码，运算器将接收到的二一十进制码转换成二进制数后才能进行运算。
这种把十进制数转换成二进制数的过程称为“十翻二”运算。
系统结构要求
）
系统结构方框图如下：
{
系统复位十进制数输入（0-9共10个数）
电气指标
（1）具有十翻二功能。
（2）实现三位十进制数到二进制数的转换。
（3）能自动显示十进制数及对应的二进制数。
（4）具有手动清零功能。
设计条件
（1）电源条件：
直流稳压电源提供+5V电压。
）
（2）实验仪器：
名称
备注
稳压电源
实验室配备
万用表
一个
#
面包板
1块
剪刀
一把
镊子
一把
导线
若干
~
元器件介绍
数码管
规定用1表示数码管a—g线段中的点亮状态，用0表示a—g线段中的熄灭状态。
发光二极管
发光二极管，就是在半导体p-n结通正向电流时，能发射可见或非可见辐射的半导体发光器件。
发光二极管是一种电流型器件，容易损坏，在实际使用中要串接限流电阻。
|
发光二极管正负极的判断：
一般新买来的发光二极管，管脚较长的一个是正极。
若用万用表测试，在发光状态下，黑表笔所在一极为正极。
排阻
排阻，就是若干个参数完全相同的电阻，它们的一个引脚都连到一起，作为公共引脚，其余引脚正常引出。
所以如果一个排阻是由n个电阻构成的，那么它就有n+1只引脚，一般来说，最左边的那个是公共引脚，一般用一个色点作为标记。
我们在实验中使用A102G排阻，每个电阻1K欧姆。
4511译码器
4511是一个用于驱动七段共阴极数码管显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：
具有BCD转换、消隐、锁存控制、七段译码等功能，可直接驱动数码显示。
4511引脚图
八位拨码开关
、
八位拨码开关，每个部分都是一个独立的开关电路，拨向ON的一方，开关导通，否则就是断开。
在此电路中拨码开关的作用是控制BCD码的输入以及清零和置数。
74174芯片
74174芯片是一种触发器，是一种可以在两种状态下运行的数字逻辑电路。
它一直保持它的状态，直到收到输入脉冲（也称作触发），当收到输入脉冲时，它会根据规则改变状态，并一直保持状态直到收到另一脉冲。
74174引脚图
74283芯片
74283是四位二进制全加器，它是为了提高运算速度，在电路结构中通过逻辑电路事先得出每一位全加器的进位输入信号，而无需再从最低位开始向高位逐位传递进位信号的多位加法器。
74283是本实验设计的关键。
74283引脚图
?
第2章整体方案设计
算法设计
`
在本实验中，我们要实现三位十进制数与二进制之间的转换，需要涉及十位二进制，b0~b9的算法如下：
（8Q23+4Q22+2Q21+Q20）*100+（8Q13+4Q12+2Q11+Q10）*10+8Q03+4Q02
=800Q23+400Q22+200Q21+100Q20+80Q13+40Q12+20Q11+10Q10+8Q03+4Q02+2Q01+Q00
=（512+256+32）Q23+（256+128+16）Q22+（128+64+8）Q21+（64+32+4）Q20+（64+16）Q13+（32+8）Q12+（16+4）Q11+（8+2）Q10+8Q03+4Q02+2Q01+Q00
=（29+28+25）Q23+（28+27+24）Q22+（27+26+23）Q21+（26+25+22）Q20+（26+24）Q13+（25+23）Q12+（24+22）Q11+（23+21）Q10+23Q03+22Q02+21Q01+20Q00
=29Q23+28（Q23+Q22）+27（Q22+Q21）+26（Q21+Q20+Q13）+25（Q23+Q20+Q12）+24（Q22+Q13+Q11）+23（Q21+Q12+Q10+Q03）+22（Q20+Q11+Q02）+21（Q10+Q01）+20Q00
由以上算法，可以求得（在不考虑进位的情况下）：
b0=Q00
&
b1=Q01+Q10
b2=Q02+Q11+Q20
b3=Q03+Q10+Q12+Q21
b4=Q11+Q13+Q22
b5=Q12+Q20+Q23
b6=Q13+Q20+Q21
b7=D21+D22
b8=D22+D23
$
b9=D23
整体方案
预期效果
接入+5V高电位后，经过公共端置1，此时在拨码开关上从低位到高位拨0-9之间的数，经过4511译码器在数码管上显示十进制数；并经过5位全加器74283，实现十进制到二进制的转换，在发光二极管上显示。
设计内容
用74283全加器实现BCD码至二进制数的转换是将BCD码字中各个为“1”的位所代表的权值的等值二进制数相加，即可获得该BCD码的等值二进制数。
我们以十进制数87为例来熟悉74283全加器的工作原理，其BCD码，其中为“1”的位从高到低的权值依次为80、4、2、1.
80101000
》
4000100
2000010
+1000001
87101111
实际进行加法运算时，最低位不必进行。
最低位可以直接以BCD码字的最低二进制输出。
至于最低位以外的二进制位，也只需要将相同位置的“1”及相邻低位来的进位相加（次低位无最低位来的进位），而对于“0”则不必去将其相加。
相同位置的“1”的个数越少，所需要的加法次数也就越少，需要的加法器越少，实现的电路也越简单。
假设以一片74283构成的BCD码实现6位二进制数变换电路：
b0=Q00
b1=Q01+Q10
"
b2=Q02+Q11+C1
b3=Q03+Q10+C2
b4=Q11+C3
b5=C4
实现电路图如下：
对于本实验中的b0~b9，如果我们考虑进位的话，其值应该为：
b0=Q00
}
b1=Q01+Q10
b2=Q02+Q11+Q20+C1
b3=Q03+Q10+Q12+Q21+C20+C21
b4=Q11+Q13+Q22+C30+C31+C32
b5=Q12+Q20+Q23+C40+C41
b6=Q13+Q20+Q21+C50+C51
b7=D21+D22+C60+C61+C62
b8=D22+D23+C70+C71
;
b9=D23+C80
我们考虑用74174、数码管和开关实现十进制数的显示，用74283、开关和发光二极管实现二进制数的显示，具体的细节在单元电路设计中给出相关介绍。
整体布局
整体的布局是很重要的，本着美观、便于调试与检查的原则，布局及布线应该遵循：
集成电路缺口方向保持一致。
元件布局疏密程度、位置合理
电路结构合理，按模块（单元电路）布局
单点接地与多点接地
【
布局应方便布线
导线颜色（布局的好坏一般与导线无关，但是会影响视觉效果）
电源正红色线，地线用黑色（建议）
导线尽量横平竖直
不架“天桥”，不走“地沟”
长线最好不要分成一段一段（原因：
故障率高）。
整体原理及方案图
原理：
这个实验包含了十进制数的显示、二进制数的显示、十进制与二进制之间的转换等部分，但是关键之处是码制的转换，我们用74283来实现。
其思想是将BCD码字中各个为“1”的位所代表的权值的等值二进制数相加，即可获得该BCD码的等值二进制数。
我们在试验中会牵扯到三种数制：
十进制、二进制及8421BCD码，分别会采用数码管、发光二极管及拨号开关来实现显示
|
整体方案图：
十进制显示器
】
十进制8421BCD
清零控制
?
第3章单元电路设计
十进制显示电路设计
简单的十进制显示电路部分使用到数码管（3个）、120欧姆电阻（3个）、4511译码器（3片），我们通过4511的D、C、B、A四个引脚（实验中共有12个引脚）来控制数码管的三位十进制数，而电阻的作用是保护数码管的。
十进制数显示的电路图如下：
\
8421BCD码控制电路设计
8421BCD码控制电路部分使用到74174触发器（3片）、1K排阻（2片）、8位拨号开关（2片），74174主要负责清零和置数的控制，拨号开关的作用是通过控制8421BCD码继而控制数码管的十进制显示
控制电路图如下：
二进制显示电路设计
二进制显示电路部分使用到74283（5片）、发光二极管（10个）、300欧姆电阻（10个），74283是实验的最重要部分，负责码制的转换，二进制数则是通过十个发光二极管来表示出来，此时电阻的作用是控制和调节整个电路中的电压。
`
若考虑发光二极管，即二进制数的清零，则不是从开关送数，而是从74174（或者4511）来送数，实现电路如下图：
-
·
整体电路图
实验实物图
整机元件清单
型号
名称及功能
数量
~
74174
4511
74283
C392
LED
8位拨号开关
1K排阻
120Ω
（
300Ω
6D触发器
译码器
四位二进制全加器
七段共阴极数码管
发光二极管
拨号开关
排阻
？
电阻
电阻
2片
3片
5片
3只
10只
2只
'
2片
3只
10只
、
/
—
第4章测试与调整
十进制显示电路调测
这部分的主要功能是十进制数的显示，我们要做的测试是：
当我们分别给3片4511芯片的A、B、C、D引脚二进制值（0或1）时，数码管能否显示其对应的十进制数，例如：
对于百位的数码管，我们给控制其的4511中的A、B、C、D分别赋予1001，观察数码管是否显示数字9，如果是，可以再挑其他的试一下，以此验证这部分的功能。
当然，在此之前我们最好先进行对数码管本身的检查，我们可以利用4511中的LT（灯光测试），当LT为0时，观察数码管是不是全亮，也就是显示8，如果是，则证明数码管本身是好的。
如果想设计得更好，比如考虑到节约用电的因素，可以使用4511的消隐功能，也就是利用EL引脚。
8421BCD码控制电路调测
这部分的测试最好结合十进制数的显示一起，我们需要做的测试工作是：
3个数码管的显示是否会由对应的12位拨号开关来控制的。
拨号开关断开为1，闭合为0，表示的是8421BCD码，每四位控制一个数码管。
<
在十进制数电路调测正确的情况下，如果数码管显示由对应的12位拨号开关来控制的，则证明此部分正确实现了，如果测试中出现问题，先检查连接的电路，确保连线正确后再考虑芯片是否坏、电路是否出现接触不良的现象，在这些过程中，万用表起到很重要的角色，要擅于使用万用表去解决一些问题。
二进制显示电路调测
这部分电路设计师整个电路的关键，在调测过程中也会出现各种各样的问题，首先要知道我们要怎么去测试这部分是否正确，测试工作是：
我们用开关给出一个数，可以是数十、也可以是数百，以此来观察9个发光二极管的显示情况，把发光二极管对应的二进制自己换算成BCD码与开关上的数进行比较，或者可以与数码管上显示的十进制数比较，建议最好多试一些数。
如果此处出现问题，但是前两部分的调测是正确的，千万记住不要再去想是不是前面出了问题（除了有可能接触不良），一定是后半部分出现了问题，与之前一样，先检查连线，再去考虑芯片的问题，如果全都没有问题，而发光二极管的显示又不正确，应该考虑一下设计的思想问题了，会不会本身就是设计出了问题，或者进位出了问题呢这些都是必须要考虑的。
整体指标测试
我们想要的最终效果就是：
拨号开关上可以实现数码管和发光二极管的清零、置数，也就是说当我们在拨号开关上用三部分的8421BCD码设置一个数时，上下拨一次置数开关，可以在数码管上显示三位十进制数，在发光二极管上表示出该数的二进制形式，此时，如果我们闭合清零开关，那么3个数码管都应该显示零，而发光二极管应全部处于熄灭状态。
如果我们的测试能够证明这些在电路上都可以正确显示，可以说实验就成功了。
测试数据
!
数码管显示
（十进制数）
拨号开关表示
（8421BCD码）
发光二极管显示
（二进制数）
68
000001101000
#
0001000100
173
0001
00
266
0010
00
321
·
0001
01
416
0
00
551
0
11
）
674
0
10
797
0
01
809
（
01
989
01
%
第5章设计小结
设计任务完成情况
（1）预习情况：
在实验之前，进行算法设计、资料搜集，画好了实验设计图，搜集了实验中用到的各芯片（4511、74174、74283等）的引脚图。
（2）电路设计的正确性：
经过调测和修改，能够严格按照要求正确无误地实现要求内的所有功能。
（3）版图布线：
遵循布局的原则，做到了版图美观清洁、布线清晰明了。
问题及改进
问题一：
在测试到第2个发光二极管时，数码管显示不正确。
原因：
发光二极管把十进制显示电路中的电压拉低了，使得数码管电压不足而显示出错。
解决方法：
在最低位上的发光二极管上串联一个300欧姆电阻。
在电路连接完毕，整体检测的时候，同样也出现了数码管的显示不正确。
原因和解决方案是一样的，添加电阻。
我在实验中加了10个电阻，也就是每个发光二极管都串联了一个电阻，有的同学只需要一个就足够了，主要是芯片的物理特性不同导致的。
问题二：
整体测试时，992~999范围内的十进制数的二进制形式（即发光二极管的状态）不正确。
原因：
设计中进位的设计出现了问题。
解决方法：
在原先设计电路的基础上进行了优化改进，充分正确地设计了进位。
心得体会
这次电子电路课程设计的课题是十翻二运算电路。
在我看来，每一次实验，不管是简单也好，困难也罢，收获都是非常大的。
这两周的课程设计期间，我的体会如下：
首先，巩固了我之前学习的电子电路的基础知识。
当时，数字电路学得还是挺不错的，但是在这次实验的一开始，也就是设计阶段，对于与7448功能极其相似的4511还是有点生疏的，还是通过课本回顾了一下其内部结构和引脚功能。
感触一：
学过的知识是应该时常回顾，并运用于实际并在实验中理解加深的。
其次，在设计阶段的时候，对于74283的进位问题有一点疑惑，存在一定程度上的理解误区，当时没有非常重视，但是偏偏进位又是此次设计极其关键的部分，所以导致了线路连接之后在二进制显示部分的高3位上的发光二极管的状态出现了问题，随后增加了我大量的工作，不仅仅是部分电路图要重新设计，面包板上的二进制电路也进行了重新连接。
感触二：
在实验动手之前，对于自己的设计思路应该非常清晰，对实验的算法思想应该透彻明白，不应该只是似懂非懂的程度，设计阶段如果做不好，实际操作中一定会有问题存在的。
同时，对于设计思想的把握对于线路查错也会有非常大帮助的。
再者，这次的课程设计又给了我一次动手的机会，其实我最希望的就是多一些实际操作锻炼，我希望把我学到的知识用到实际当中。
当然，在每次的实验中，最重要的是在发现问题的时候学会如何去找到原因并解决问题，在这次的课程设计中我深刻体会了这一点，我觉得在这一方面的能力还仍需再加强。
感触三：
实验中遇到问题，不要嫌弃线多，不要怕麻烦，要从出错点向前追溯，一步步检测，发现问题，一定要耐心的排查线路，测试电压，检测芯片，在周全考虑各个方面，考虑出现该问题的原因，在此基础上，才能正确地改进。
总之，此次课程设计任务能够正确及时地完成，在布局上能够清晰美观，实验之后，更加深刻地了解了设计思想，对于之前模糊的进位问题也清楚明白了，还是非常有成就感的。
附录1：
参考文献：
张顺兴数字电路与系统设计东南大学出版社，2004
张豫滇、苏起虎电子电路课程设计河海大学出版社，2008
XX文库74系列芯片引脚图pdf文档
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