武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
目 录
1 软件介绍...........................................................1
1.1 EWB软件介绍....................................................1 2 原理介绍...........................................................3
2.1 芯片介绍......................................................3 2.2 电路原理介绍..................................................7 3 实物的制作及其调试.................................................11
3.1 电路板的焊接..................................................11 3.2 实物调试......................................................11 4 心得体会...........................................................12 参考文献..............................................................13 附录 原件清单........................................................14
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1 软件介绍
1.1 EWB软件介绍
电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：
（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；
（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。
（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。
（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。 （5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。
与其他电路仿真软件(Protel99SE)相比，具有界面直观、操作方便等优点。他改变了一般电路仿真软件输入电路必须采用文本方式的不便，创建电路选用元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上器件库和仪器库中直接选取。电子电路的分析、设计与仿真工作蕴含于轻点鼠标之间，不仅为电子电路设计者带来了无尽的乐趣，而且大大提高了电子设计工作的质量和效率。
而其具有以下的优点：
（1）各元器件选择范围广，参数修改方便，不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板。使电路调试变得快捷方便。对《模拟电子技术基础》课程中的绝大部分电路都能应用，不仅能用于对单个电路特性和原理进行验证，也能就用于多级的组合电路。
（2）元件库不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件,是一个全开放性的仿真实验和课件制作平台,给我们提供了一个实验器具完备的综合性电子技术实验室。可以在任意组合的实验环境中，搭建实验。通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。因此也适用于较大型的设计性实验。
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（3）EWB（电子学工作平台）为我们提供了一个很好的实用工具，使我们能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种电路的特性，讲解各种参数改变对电路的影响。学生可结合学习内容，进行接近于实际电路的调试分析，有利于对加深对理论理解。特别是一些大中专院校和广播电视大学，通过这样的计算机模拟仿真实验，把电子技术的理论教学和实验教学有机地结合了起来。
EWB的基本操作如下： (1) 元器件操作
元件选用：打开元件库栏，移动鼠标到需要的元件图形上，按下左键，将元件符号拖拽到工作区。
元件的移动：用鼠标拖拽。元件的旋转、反转、复制和删除：用鼠标单击元件符号选定，用相应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。
元器件参数设置：选定该元件，从右键弹出菜单中选Component Properties可以设定元器件的标签（Label）、编号（Reference ID）、数值（Value）和模型参数（Model）、故障（Fault）等特性。
(2)导线的操作主要包括：导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。连接：鼠标指向一元件的端点，出现小园点后，按下左键并拖拽导线到另一个元件的端点，出现小园点后松开鼠标左键。删除和改动：选定该导线，单击鼠标右键，在弹出菜单中选delete 。或者用鼠标将导线的端点拖拽离开它与元件的连接点。说明：①连接点是一个小圆点，存放在无源元件库中，一个连接点最多可以连接来自四个方向的导线，而且连接点可以赋予标识； ②向电路插入元器件，可直接将元器件拖曳放置在导线上，然后释放即可插入电路中。
(3)电路图选项的设置 Circuit/Schematic Option对话框可设置标识、编号、数值、模型参数、节点号等的显示方式及有关栅格（Grid）、显示字体（Fonts）的设置，该设置对整个电路图的显示方式有效。其中节点号是在连接电路时，EWB自动为每个连接点分配
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2 原理介绍
2.1 芯片介绍
本次实验一共用到了四种芯片：74LS175、74LS90、74LS48、74LS20、74LS02，下面分别介绍这五种芯片。
2.1.1 74LS175芯片介绍
74LS175是常用的四D触发器集成电路，里面含有四组D触发器，可以用来构成寄存器,抢答器等功能部件，本次设计运用74LS175的出发作用构成抢答器的组成部分。
其中74LS175芯片管脚图及功能表如下：
图2.1 74LS175芯片管脚图
表2.1 74LS175芯片功能表
输 入 输 出 1D × 1D × × 2D × 2D × × 3D × 3D × × 4D × 4D 1Q L 1D × × 2Q L 2D 3Q L 3D 保 持 保 持 4Q L 4D RD L H H H CP × ↑ H L
2.1.2 74LS90芯片介绍
74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0（1）、R0（2）对计数器清零，借助S9（1）、S9（2）将计数器
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置9。其具体功详述如下：计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。计数脉冲从CP2输入，QDQLQH作为输出端，为异步五进制加法计数器。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8421码十进制加法计数器。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5421码十进制加法计数器。当R0（1）、R0（2）均为“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000。当S9（1）、S9（2）均为“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA =1001。 74LS90的管脚图及功能表如下：
图2.2 74LS90芯片管脚图
表3.2 74LS90芯片功能表 输入 清零 R0(1) 、R0(2) 1 1 1 1 O X X O O X X O X O QD ↓ 1 1
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输出 时钟 CP1 、CP2 X X X X X X X X ↓ 1 1 ↓ ↓ QA QA 输出 QDQCQB输出 QDQCQBQA输出8421BCD码 QAQDQCQB输出5421BCD码 不变 1 0 0 1 QDQCQBQA 0 0 0 0 功能 置九 S9(1) 、S9(2) O X X O 1 1 1 1 O X 清零 置九 二进制计数 五进制计数 十进制计数 十进制计数 保持 武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
2.1.3 555定时器介绍
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V-16V 工作，7555 可在 3-18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻。两个二极管.组成了比较器。RS触发器.等多组单元电路。特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器为上、下比较器提供基准电压.所以称之为555。
555引脚图介绍如下：1-地(GND) ；2-触发 ;3-输出 ；4-复位 ；5-控制电压；6-门限(阈值）；7-放电；8-电源电压（Vcc）。555引脚图如下：
图2.3 555集成芯片管脚图
表2.3 555集成芯片功能表 UR（4脚）UTH（6脚）UTR（2脚） OUT(uO放电端D（7脚） ) （3脚） 对地导通 对地导通 保持原状态不变 与地断开 0 X X 1 ＞ 2/3 1 ＜ 2/3 1 ＜ 2/3 UDDUDDUDD ＞ 1/3 ＞ 1/3 ＜ 1/3 UDDUDDUDD 0 0 保持原状态不变 1
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2.1.4 其他芯片介绍
(1)74LS48
74LS48是控制七段显示器显示的集成译码电路之一， 其引线排列图如图2.3所示。 A、 B、 C、 D为BCD码输入端， A为最高位, Ya～Yg为输出端， 分别驱动七段显示器的a～g输入端， 高电平触发显示， 可驱动共阴极发光二极管组成的七段显示器显示。 其它端为使能端。 74LS48的功能表如表10.4所示。 分析功能表与七段显示器的关系可知， 只有输入的二进制码是8421BCD码时， 才能显示0～9的十进制数字。 当输入的四位码不在8421BCD码内， 显示的字型就不是十进制数。
图2.4 74LS48芯片管脚图
(2)74LS20、74LS02
74LS20非门，74LS02为双输入四或非门。其管脚图分别如下：
图2.5 74LS20芯片管脚图 图2.6 74LS02芯片管脚图
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2.2 电路原理介绍
2.2.1 电路原理框图
抢答按钮 锁存器 二极管显示电路 主持人控制开关 控制电路 脉冲产生电路 定时电路 显示电路 译码电路
图2.7 电路原理框图
2.2.2 电路各部分功能介绍
(1)脉冲产生电路
本次设计通过555定时器构成的多谢振荡器产生脉冲。
图2.8 脉冲产生电路
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(2)抢答电路
抢答电路是由两个74LS175构成的8路快速抢答，选手开关接到芯片的输入端（D1-D8），输出端Q接发光二极管，而低电平输出端Q通过门电路对电路进行控制，当有一个人抢答时，其对应的输出为高电平，发光二极管工作，即与之对应的选手抢答成功，同时起低电平输出端Q通过门电路对脉冲进行封锁。从而阻止了芯片的继续工作，即其他的选手抢答无效。同时使用的脉冲为60HZ，可确保其快速抢答，即在其他选手抢答前能对脉冲进行封锁。
图2.9 抢答电路
(3)定时电路
定时电路是通过74LS90加数器实现的，由于产生的脉冲频率为60HZ，所以使用了四个74LS90进行级联，其中后两位的为60进制计数器，当低位满60后触发高位工作，因而高位的工作频率为1HZ，此时数码管上数字的递加按秒进行，实现了秒钟的功能。当高位即数码管显示为16，即抢答时间到16秒时，抢答时间结束。通过反馈封锁门电路，使得脉冲封锁，芯片不再工作，即抢答无效。
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图2.10 计时电路
(4)控制电路
电路中有三个条件可以控制电路(通过与非门对时钟脉冲进行封锁)：主持人的控制开关、选手抢答、抢答时间。
图2.11 控制电路原理图
2.2.3 电路原理图
下图为本次设计的总电路图。
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3 实物的制作及其调试
3.1 电路板的焊接
3.1.1 流程及其注意事项
1、焊接微小器件（电阻、电容等）。
2、焊接电源部分，并进行电源的调试，确保各组电源的正确无误。 3、焊接IC。 4、焊接接插件。
5、电路焊接完毕，酒精浸泡10分钟左右，用刷子洗刷干净，晾干。 6、电路板的检查： A、元件有没有错焊、漏焊 。 B、元件的方向、极性是否正确。 C、仔细检查是否有短路和虚焊。 注：电路板检查应重复两三次。
3.1.2 工艺要求：
1、正确：保证每个元件的正确无误。 2、美观：元器件摆放端正，焊接点圆滑。 3、牢固：保证元器件焊接牢固可靠。
3.2 实物调试
电路不能完成预定的逻辑功能时，就称电路有故障，产生故障的原因大致可以归纳以下四个方面：
1.操作不当（如布线错误等） 2.设计不当（如电路出现险象等） 3.元器件使用不当或功能不正常
4.仪器（主要指数字电路实验箱）和集成器件本身出现故障。
因此，上述四点应作为检查故障的主要线索，以下介绍几种常见的故障检查方法：
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(1) 查线法
由于大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。 (2) 观察法
用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电源电压；输入信号、时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。 (3) 信号注入法
在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。 (4)信号寻迹法
在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐级检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。 (5) 替换法
对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。 (6) 动态逐线跟踪检查法
对于时序电路，可输入时钟信号按信号流向依次检查各级波形，直到找出故障点为止。
(7) 断开反馈线检查法
对于含有反馈线的闭合电路，应该设法断开反馈线进行检查，或进行状态预置后再进行检查。
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4 心得体会
这次的课程设计已经不像以前一样毫无头绪，再加上由于数电实验做过篮球计
时器和四路抢答器，所以这次的八路带时间显示的抢答器对我们来说也就有了大致的方法。但是由于抢答电路应该选频率较高的脉冲，而计时器要选频率为1HZ的脉冲。因而我们在电路中加了两个脉冲，但是当两个同时接入电路后两个脉冲之间的干扰比较大，使得计时电路不能正常工作，只有将频率调大10HZ以上后才能正常工作。而这么问题一直困扰我们很久，始终没能解决。后来终于想到解决办法，就是使用四片74LS90芯片，将后两位设为60进制，此时的脉冲频率设为60HZ。将高两位的通过译码器输出，这样高两位按秒来计时，于是解决了两个时钟的问题。
在开始的时候，我们的计划是先通过EWB确定实验电路，在验证其正确性后用Protel制作PCB，然后找人制作好PCB板，我们再买原件直接焊PCB板。在我们买原件的时候老板告诉我们，其实课程设计的实物制作主要是考察和锻炼我们接线的能力，于是我们买了普通的电路板回来自己连线。
刚开的时候我们是将导线焊在了电路板的正面，但是线过多，本来很好看的板子在焊上了导线后变得十分难看。后来经同学的建议，将导线从板子的反面穿到正面，在从正面穿到反面，这样导线就可以在板子的反面，板子就会变得好看很多。但是这样工作量便加大了很多。其他同学花了半天时间就焊好的电路板我们却花了几天的时间，因为这个原因答辩的时间也推迟了。虽然很辛苦，可是从这个该过程中我学到了很多，从电路图的确定到仿真的实现，再到自己亲自去采购原件，最后自己亲自动手焊电路板、做出实物。这一切在开始的我们就按来简直是不可能实现的任务，但是在这个过程中我们一步步思考、一步步尝试、一步步解决问题、一步步突破自己，我想这就是最好的收获。
通过这次我也认识到不管是我们平时的学习还是期末的课程设计，最终的结果都不是那么重要，重要的都是我们在这个过程中所认识与学到的。
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参考文献
[1] 康光华. 电子技术基础数字部分（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006 [2] 谢自美.电子线路设计·试验·测试(第三版).武汉：华中科技大学出版社，2006 [3] 杨欣.电路设计与仿真——基于Multisim 8与Protel 2004.北京：清华大学出版社，2006
[4] 叶剑波，余志强.EDA技术：Protel 99 SE&EWB5.0.北京：北京交通大学出版社，2005
[5] 黄培根.Multisim7&电子技术实验.杭州：浙江大学出版社，2005
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附录 原件清单
芯片：
74LS90 4片 74LS175 2片 74LS20 2片 74LS02 1片 74LS48 2片 CE555 1片 IC座：
16脚 4个 14脚 7个 8脚 1个 电阻：
100Ω 9个 15KΩ 1个 68KΩ 1个 开关：
复位开关 8个 普通开关 1个 发光二极管：
Φ3 8个 Φ5 1个 电容：
0.01μF 1个 0.15μF 1个 其他：
七段共阴发光二极管数码显示器导线若干、焊锡丝若干
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数电课程设计
