电子线路课设报告《病人呼叫大夫的电路设计加法电路的设计用74ls90实现十进制计数器的设计与制作》.docx
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电子线路课设报告《病人呼叫大夫的电路设计加法电路的设计用74ls90实现十进制计数器的设计与制作》
1引言
1.1引言
随着时代的发展，计算机技术在电子电路设计中发挥着越来越大的作用。
传统的电子线路设计开发，通常需要制作一块试验板或在面包板上来进行模拟实验，以测试是否达到设计指标要求；并且需要反复试验、调试，才能设计出符合要求的电路。
这样做，既费时又费力，同时也提高了设计成本；另外，因受工作场所、仪器设备等因素的限制，许多试验（例如理想化、破坏性的实验）不能进行。
随着计算机硬件与软件的发展，解决以上问题的计算机仿真技术应运而生。
利用计算机仿真软件，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出版印刷板的整个过程在计算机软件上自动处理完成。
本文就是采用电路仿真软件Multisim9进行电路的设计和仿真。
Multisim9是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
2Multisim9简介
2.1Multisim特点
1）操作界面方便友好，原理图的设计输入快捷。
2）元器件丰富，有数千个器件模型。
3）虚拟电子设备种类齐全，如同操作真实设备一样。
4）分析工具广泛，帮助设计者全面了解电路的性能。
5）对电路能进行全面的仿真分析和设计。
6）可直接打印输出实验数据，曲线，原理图和元件清单等。
2.2Multisim9简介
Multisim被美国NI公司收购以后，其性能得到了极大的提升。
最大的改变就是：
Multisim9与LABVIEW8的完美结合：
1）可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；
2）所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上;
3）所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。
3电路设计
3.1病人呼叫大夫的电路设计
3.1.1设计任务
1）设计8个病人呼叫大夫的电路，0号病人病情最轻，7号最重，病情最重的病人优先级最高；
2）8个病人按照优先级的高低得到响应，即两人或两人以上同时呼叫大夫，至相应最重病人的呼叫请求，呼叫时用蜂鸣器发声，同时显示病人的号码；
3）通过拨码开关手动模拟8个病人的呼叫；
4）按照以上技术要求设计电路，对设计的电路用Multisim仿真。
3.1.2实验原理及思路分路
1）当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到优先编码器中进行编码，编码器信号通过锁存器经锁存后输入到译码器，然后译码器在输出到显示电路，显示这一路的编号同时蜂鸣器报警，状态可以手动通过按键消除。
当有两个或两个以上按键同时输入时，显示电路会显示优先级高的编号同时蜂鸣器报警。
2）用拨码开关作为8间病房的求助按钮，从上而下分别用0、1、2、3、4、5、6、7来控制。
当有病人按下求助按钮时，则74ls148D的GS输出端为高电平，其端接反相器，去推动晶体管使蜂鸣器发声，以提醒大夫有病人呼叫，并用LED数码管显示该病人的房间号。
3）考虑到病人的呼叫有优先级之分，可以使用优先编码器74LS148来区分病人的优先级。
3.1.374ls148编码器
在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。
在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。
74ls148编码器的真值表格1示：
表格1
输入
输出
EI
D0D1D2D3D4D5D6D7
A2A1A0
GSEO
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
××××××××
00000000
×××××××1
××××××10
×××××100
××××1000
×××10000
××100000
×1000000
10000000
000
000
111
110
101
100
011
010
001
000
00
01
10
10
10
10
10
10
10
10
由74ls148真值表可列输出逻辑方程为：
3.1.4电路图及仿真结果
病人呼叫大夫的电路连接如图表1示：
图表1
此单元电路进行仿真测试，如图，当按下4键时，数码管显示数字4，对应输入信号的按键，同时蜂鸣器发声。
同上对其他按键进行仿真测试，得到的结果与期望值一致，因此表明设计的电路原理正确，元器件选择恰当，参数选择合理。
3.2加法电路的设计
3.2.1设计任务
1）2个无符号4位二进制数相加，其和不大于15；
2）要求加数及和均以十六进制数的形式显示；
3）通过2个拨码开关控制改变2个加数的大小；
4）当和大于15时，说明有进位，用逻辑探针点亮进行指示。
3.2.2实验原理及框图
1）
2个无符号4位二进制数想加可以使用芯片74ls283，74ls283芯片的管脚图如图表2：
2）
图表2
2个四位二进制数分别从A4—A1和B4—B1输入，其和从SUM_4—SUM_1输出，因为输出也是一个二进制数，因此输出的最大值为15，当2个输入二进制数之和大于15时，将从C4输出一个进位信号。
3）用拨码开关产生2个4位二进制数进，分别接入到74LS283管脚图73LS283的两个输入端，逻辑探针与芯片的C4口连接，当有进位输出时，逻辑探针将点亮。
输入信号和输出信号同时与十六进制显示芯片连接，显示成十六进制形式。
3.2.3电路图及仿真结果
1）两个输入的二进制数是3、2对应的十进制数也是3、2，则和为5，没有向高位的进位。
指示灯不亮。
如图表3：
图表3
2）两个二进制输入数是4、d对应的十进制数是4、13，即和为17，有向高位的进位。
指示灯亮。
如图表4示：
图表4
3.3用74LS90实现十进制计数器的设计与显示
3.3.1设计任务
1）以0，1，2，...，9为计数顺序；
2）以0，2，4，6，8，1，3，5，7，9为计数顺序。
3.3.274LS90的逻辑功能
通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借R0
（1）、R0
（2）对计数器清零，借助S9
（1）、S9
（2）将计数器置9。
其具体功能详述如下：
1）计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。
2）计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。
3）若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421BCD码十进制加法计数器。
4）若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421BCD码十进制加法计数器。
74LS90的功能表如表格2所示：
表格2
复位输出
输出
11O
11
0
11
0
0
1
1
0
0
00
0000
0000
1001
计数
计数
计数
计数
将74LS90的输出QA与输入INB相接，构成8421BCD码计数器；将输出QD与输入INA相接，构成5421BCD码计数器。
8421BCD码计数器和5421BCD码计数器的计数顺序如表格3和表格4所示：
表格3
计数
输出
对应十
进制数
QD
QC
QB
QA
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
2
0
0
1
0
2
3
0
0
1
1
3
4
0
1
0
0
4
5
0
1
0
1
5
6
0
1
1
0
6
7
0
1
1
1
7
8
1
0
0
0
8
9
1
0
0
1
9
表格4
计数
输出
对应十
进制数
QA
QD
QC
QB
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
2
0
0
1
0
4
3
0
0
1
1
6
4
0
1
0
0
8
5
1
0
0
0
1
6
0
1
1
0
3
7
1
0
1
0
5
8
1
0
1
1
7
9
1
1
0
0
9
由表格和表格4可知，将74LS90的输出QA与输入INB相接时，74LS90的计数顺序为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
将74LS90输出QD与输入INA相接时，74LS90的计数顺序为0、2、4、6、8、1、3、5、7、9，正好符合设计要求。
3.3.3电路仿真
1）将74LS90N的INB和QA相连，计数脉冲由INA输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，R01、R02、R91、R92同时接地，则构成异步8421BCD码十进制加法计数器。
如图表5所示：
图表5
将74LS90N的INA和QD相连，计数脉冲由INB输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，R01、R02、R91、R92同时接地，则构成异步5421BCD码十进制加法计数器。
如图表6所示：
图表6
3.4数码管显示控制电路的设计
3.4.1设计任务
使用器件74LS00（二输入与非门）、74LS10（四输入与非门）、74LS47（七段译码器）、74LS90（二-五-十进制计数器）、七段数码显示管，设计能自动循环显示数字0,1,2,3,4,1,3,0,2,4
3.4.2实验原理及设计分析
1）
数码管显示控制电路原理框图标7示：
图表7
2）十进制计数器部分采用74ls90的8421BCD码计数或5421BCD码计数；
3）运用组合译码电路将十进制计数器5—9的输出分别译码成1、3、0、2、4。
4）组合逻辑电路对计数器的输出进行译码，输出时要求显示8421BCD码。
5）令输入到七段译码电路的信号的逻辑函数表达式为：
（
、
、
次为最高位、次高位和最低位），其中：
表格5
计数
对应十进制数
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
2
0
0
1
0
0
1
0
2
3
0
0
1
1
0
1
1
3
4
0
1
0
0
1
0
0
4
5
0
1
0
1
0
0
1
1
6
0
1
1
0
0
1
1
3
7
0
1
1
1
0
0
0
0
8
1
0
0
0
0
1
0
2
9
1
0
0
1
1
0
0
4
由上表可得逻辑表达式Y随计数的变化规律正好符合题目要求。
3.4.3电路图及仿真结果
电路连接图如图表8所示：
图表8
数码显示管仿真结果如图所示：
数码显示顺序的电路仿真图如图示：
3.5灯控电路的设计
3.5.1设计要求
3.5灯控电路的设计
3.5.1设计任务
用两个开关A和B控制四盏灯L1、L2、L3和L4。
要求AB=00时灯全灭；AB=01时灯左移；AB=10时灯右移；AB=11时灯全亮；
（2）74LS00,74LS86（二输入异或门），74LS138（三八译码器）和74LS161（十六进制计数器）。
3.5.2电路分析及原理框图
A
B
灯
1
1
全亮
1
0
右移
0
1
左移
0
0
全灭
图表9
电路设计的原理框图如图所示，由要求得当A、B中有一个为高电平时，就有灯亮；当A、B都为低电平时，灯都灭，因此可以用A和B相或后的值来控制74LS138的使能端
（即
）。
整个显示部分共有四盏灯，图表9电路原理框图
图表10
可以使这四盏灯通过组合电路接74LS138的低四位
到
，而当AB=00时灯全灭，AB=11时灯全亮，可得到灯亮灭的逻辑函数：
（令灯亮为逻辑1，灭为逻辑0）。
当AB=01时灯左移，AB=10时灯右移，可以用A的变化来控制74LS138译码的顺序来实现。
74LS138的管脚图如图表10所示，其功能表如表格6所示：
表格6
输入
输出
CBA
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
0
1
10000
10001
10010
10011
10100
10101
10110
10111
00000000
00000000
10000000
01000000
00100000
00010000
00001000
00000100
00000010
00000001
3.5.3电路仿真
1）电路连接如图表11所示：
图表11
2）AB=11，四个灯全亮，如图表12示：
图表12
3）AB=01,四个灯从右向左依次亮，即左移如图表13示：
图表13
4）AB=10,四个灯从左向右依次亮即右移，如图表14示：
图表14
5）AB=00,四个灯全灭。
如图表15示：
图表15
3.6直流稳压源的电路设计
3.6.1设计任务
要求输出直流电压在一定范围内可调10~12V。
3.6.2实验原理及思路分析
图表16
直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其工作原理图如图表16所示：
直流稳压电源各部分电路的功能:
1）变压器用于把220V的交流电转换成整流电路所需要的电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
2）整流电路把交流电
转变为脉动的直流电。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压
。
3）滤波电路的作用是将脉动直流电压变为脉动较小的直流电
。
4）稳压电路的作用是将比稳定的直流电转换成稳定的直流电压。
3.6.3电路仿真
直流稳压源电路的电路图如图3.6.2所示：
图表17
直流稳压源电路的电路仿真图如图表18所示：
图表18
图3.6.3直流稳压源的电路仿真图
通过改变滑动变阻器的阻值可以验证直流稳压电路达到设计的要求，上左图曲线不断改变的地方即为改变滑动变阻器的结果。
4总结和体会
通过以上设计课件，运用Multisim软件，可方便地在计算机上设计电路，并进行仿真。
通过改变电路参数可以观擦不通电路对电路性能高的影响，用虚拟仪器可以观擦整个电路的实验结果，一个方案不成功可以刷新重来，反复多次后选择出最佳的设计方案。
由于该软件有丰富的元件库和仪器库，可以充分发挥每个设计者的想象力和创造力，大胆进行设计尝试，不会担心元器件会损坏，这样的设计可以随心所欲、花样叠出。
若电路设计有误通过仿真，软件会作出警告或提示，当设计方案设计无误后，再按此方案解释及电路。
用Multisim软件设计电子电路改变了传统的基于电路板的设计方法，从而可以大大缩短设计时间，节约开发费用，提高效率。
实践证明Multisim软件是人们设计电子电路的非常好的有效工具。
本次课程设计,我学会了利用Multisim进行数字电路的设计及仿真,利用Multisim可搭建各种数字电路,并且能直观的观测和分析电路仿真结果,快速,高效的模拟整个实验过程,电路的连接和参数的设置都十分方便,避免了实际实验过程中因硬件故障因素影响到实验结果等问题.帮助我更好的理解各种电路.且还提高了动手能力。
Multisim9软件的使用使得数字电路理论课学习到内容得以应用，通过直观的仿真结果，对电路的工作进行透彻的分析，提高了学习的兴趣和效率，促进了自学和创新能力的提升。
致谢
本课程设计在选题和设计过程中得到了杨润玲老师的悉心指导，杨润玲老师多次询问课程设计进程，并多次指导我对课程设计进行修改，帮助我完善了该课程设计。
在此对杨老师表示衷心的感谢。
参考文献
1.董玉冰.Multisim9在电工电子技术中的应用.北京：
清华大学出版社，2008
2.阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，2006
3.毕满清.电子技术实验与课程设计（第3版）.北京：
机械工业出版社，2005
4.蔡杏山.零起步轻松学电子技术.北京：
人民邮电出版社，2006
5.李毅等.数字电子技术实验.西安：
西北工业大学出版社，2009
6.杨碧石.电子技术实训教程.北京：
电子工业出版社，2005
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