《EWB在数字电子电路综合课程设计报告中应用22875.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EWB在数字电子电路综合课程设计报告中应用22875.pdf（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、-EWB 在数字电子电路综合课程设计中的应用 1 引言 长期以来，综合课程设计是以理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节构成的。我们在教学实践的过程中，结合理论教学的进程，利用计算机的电子设计自动化软件 ElectronicsWorkbench(虚拟电子工作台，EWB)在计算机上进展根底验证模拟仿真实验，作为教学的补充。使学生增强对电路的感性认识，掌握各种仪器的根本使用、电路参数的测试方法。我们采用工作在 Windows 2000 平台上的 EWB 512(虚拟电子工作台)软件。实验可由教师结合教学容通过多媒体教学平台演示完成，也可由学生在课外利用计算机参照有关习题完成。通过人机对话的方式，
2、能使每个人都能亲自动手搭接电路，进展元件接线，参数设定。边连线，边测试，边修改，边分析，并与理论计算结果进展对照。通过 EWB 软件的ponentProperties(元件属性)可随时调整和修改元器件参数，分析各元件参数对电路的作用与影响。调试和测量过程就是最好的学习过程。在这样的实验中，把实验与理论有机的结合起来，加深了学生对理论的认识。我们可以通过一个实际的设计例子来表达 EWB 仿真软件的优越性。2 基于 EWB 平台的交通灯电路设计 21 设计任务 设计一个主要街道和次要街道十字路口的交通灯控制器。主要街道绿灯亮 6s，黄灯亮 2s；次要街道绿灯亮 3s，黄灯亮 1 s。依次循环。22
3、 分析任务 当主要街道亮绿灯和黄灯时，次要街道亮红灯(8s)，当次要街道亮绿灯和黄灯时，主要街道亮红灯(4 s)。用 MG，MY，MR，CG，CY，CR 分别表示主要街道的绿灯、黄灯、红灯，次要街道的绿灯、黄灯、红灯。23 设计步骤 231 课程设计的常规步骤(1)根据设计要求列出交通灯控制器的真值表如表 1 所示。(2)利用卡诺图化简法或公式化简法获得最简的逻辑表达式。(3)根据公式直接设计总体电路；(4)在电路板上搭接实际电路，测量相关数据，按设计要求修改实际电路直至符合设计要求。232 应用 EWB 仿真软件之后的设计步骤(1)根据设计要求列出交通灯控制器的真值表如表 l 所示。(2)利
4、用逻辑转换仪获得最简逻辑表达式，逐一设计完成各单元电路并从(EWB)所提供的器件库中选择元器件。(3)进展总体连接完成总体设计，然后进展仿真，测量相关数据，按设计要求修改仿真电路直至符合设计要求。(4)在电路板上搭接实际电路。24 电路设计 从元器件库中拖出逻辑转换仪，根据交通灯控制器的真值表，获得 MG 的最简逻辑表达式如图 1所示。同理，求出 MY，MR，CG，CY，CR 的最简逻辑表达式。根据最简表达式设计出总体电路，再从元器件库中选出元器件，从仪器库中选出逻辑分析仪，根据预设计的电路连接和设置仪器。其电路图如图 2 所示，逻辑分析仪设置为触发方式。25 电路的仿真实验 按下启动停顿，运
5、行模拟程序，从指示灯上观察实验结果。仿真的另一特点是有逻辑分析仪，双击逻辑分析仪图标即可观察到各点的时序波形如图 3 所示。其输入信号的通道顺序为：5Hz 信号(CLK)，主要街道绿灯信号 MG，主要街道黄灯信号 MY，主要街道红灯信号 MR，次要街道绿灯信号CG，次要街道黄灯信号 CY，次要街道红灯信号 CR。从波形图上可清楚地看到电路中-各点之间的时序关系。对设计中模糊不清的问题，如计数器的同步置数，异步置数，同步清零，异步清零的问题，用时序图可以得到很好的解释。这是实际实验无法比较的，3 结语 通过以上设计可见，运用 EWB 软件，可方便地在计算机上设计电路，并进展仿真。通过改变电路参数
6、，可以观察不同电路参数对电路性能的影响，用虚拟仪器可以观察各实验点的波形及整个电路的实验结果，一个方案不成功可刷新重来，反复屡次后选择出最正确的设计方案。由于该软件具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，大胆进展设计尝试，不必担忧元器件会损坏，这样的设计可以随心所欲、把戏叠出。假设电路设计有误，通过仿真，软件会做出警告或提示，当设计方案正确无误后，再按此方案搭接实际电路。用 EWB 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 EWB 软件是人们设计电子电路的有效工具。第四局部 电 子 电 路 仿 真 实
7、 验 4.5 仿真实验举例 要点提示 1、晶体三极管放大电路特性研究 2、四位数码存放器 容简介 4.5.1 晶体三极管放大电路特性研究 一、实验容 1.创立如图 4.5.1 所示的实验电路，并为元器件标识，参数设置。2.测量静态工作点 Ib、Ic、Vce，用示波器测量电压放大倍数 AV，用波特图仪测量频率特性，测量通频带 BW。3.调节 Rp1、Rp2，用示波器观察因工作点的改变而引起的输出波形失真。重新调节Rp1、Rp2 恢复原值，使波形失真消除。4利用参数扫描功能，分析 Co 从 0.1F 到 100F 变化时对 f1 的影响。二、仿真实验 1.创立电路，给电路中的全部元器件按图 4.5
8、.1 要求标识，参数设置，然后单击Circuit/Schematic Options出现对话框，在Display选项框，勾选 Show Notes，这时 EWB 自动给各节点编号，并显示在电路图上。图 4.5.1 晶体三极管放大电路特性研究实验电路 2.给虚拟仪器设置参数 电压表 Mode：DC Resistance：100M考虑三级管输入电阻较高，为减小误差取高阻 电流表 Mode：DC Resistance：取默认值 1n 函数发生器-波形：正弦波 Frequency：1KHz Duty cycle：50%Amplitude：50mV Offset：0 示波器 Time base：0.50
9、ms/div*/T显示方式 Channel A：50mV/div y position：0.00 AC工作方式 Channel B：500mV/div y position：0.00 AC工作方式 Trigger：Auto方式 Channel A 输入线设为黑色，Channel B 输入线设为红色，则输入信号波形为黑色，输出信号波形为红色。波特图仪 幅频特性 Vertical：log F：60dB I：0dB Horizontal：log F：1GHz I：1Hz 相频特性 Vertical：log F：360 度 I:-360 度 Horizontal:log F:1GHz I:1Hz 3.
10、单击O/I开关，运行电路，再单击Parse按钮，暂停运行。.从电压表、电流表读出静态工作点的值为：IB19.76A IC2.064mA VCEVCVE9.940V1.102V8.838V.双击示波器图标，翻开示波器面板，单击E*pand扩展面板，观察到波形如图 4.5.2，拖拽读数指针，测得：AvVOPP/VIPP 1.3674V/98.196mV13.9 图 4.5.2 输入 输出电压波形.双击波特图仪图标，翻开波特图仪面板，单击Magnitude，测得幅频特性如图 4.5.3。拖拽读数指针，测得：BW13.45MHZ26.65HZ13.45MHZ 单击phase，测得相频特性如图 4.5.
11、4。图 4.5.3 幅频特性 图 4.5.4 相频特性.调节 RP1 200K/100%、RP2100/0%，翻开示波器面板 运行电路、暂停运行，观察到输出波形如图 4.5.5，波形产生截止失真。调节 RP1200 K/5%、RP2100/0%，运行电路，暂停运行，观察到输出波形如图4.5.6，波形产生饱和失真。调节 RP1、RP2 恢复原值，观察波形无明显失真。图 4.5.5 输出电压波形(截止失真)图 4.5.6 输出电压波形(饱和失真)4.选择 Analysis/Parameter Sweep 选项，翻开参数扫描设置对话框，设置如下：ponent：C3(系统编号,电路图中的标识是Co)S
12、tart Value：0.1F End Value：100F Sweep type：Decade-Output node：7 Sweep for：AC Frequency Analysis 单击Set AC options按钮，设置分析参数：Start frequency：1HZ End frequency：10GHZ Sweep type：Decade Number of points：100 Vertical scale：log 单击Simulate，开场分析，分析结果如图 4.5.7。从幅频特性曲线看出，随 Co 电容的增大，f l 减小。整个放大器的通频带展宽。图 4.5.7 幅频特性
13、的参数(C3)扫描结果 4.5.2 四位数码存放器 一、实验容 创立如图 4.5.8 所示四位数码存放器，输入数码为00001111 的16 个四位二进制码，将其依次以单步或循环方式输入存放器，观察逻辑分析仪上输入与输出的逻辑波形。图 4.5.8 四位数码存放器实验电路 二、仿真实验 1.翻开字信号发生器，进展字信号编辑和仪器设置。因本实验要求输入数码为 00001111 16 个四位二进制码，则字信号编辑应为 4 位 16 进制数 0000000F。字信号发生器其它设置为：Initial：0000 Final：000F Trigger：Internal触发方式上升沿-Frequency：1K
14、HZ 输出方式：Cycle 或 Step 2.翻开逻辑分析仪面板，单击 Clock set按钮，翻开时钟设置对话框，Internal clock rate设为KHZ。其余选用默认值。触发方式选用默认 值。3单击O/I开关，运行电路，暂停运行。从逻辑分析仪上观察到如图 4.5.9 的输入、输出逻辑信号波形，四位数码存放器在存数指令的作用下，将输入数码存放在 D 触发器中。图 4.5.9 四位数码存放器输入、输出逻辑波形 第三局部 数字电路实验 实验 3、11.数字抢答器设计 要点提示 一、设计任务与要求二、预习要求三、实验原理四、实验仪器设备五、实验容及方法六、实验报告七、思考题 容简介 一、设
15、计任务与要求 1.抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮 S0 S7 表示。2.设置一个系统去除和抢答控制开关 S，该开关由主持人控制。3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED 数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统去除为止。4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定如30 秒。当主持人启动开场键后，定时器进展减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间 0.5 秒左右。5.参赛选手在设定的时间进展抢答，抢答有效，定时器停顿工作，显示器上显示选手的编号和
16、抢答的时间，并保持到主持人将系统去除为止。6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并制止抢答，定时显示器上显示00。二、预习要求 1复习编码器、十进制加/减计数器的工作原理。2设计可预置时间的定时电路。-3分析与设计时序控制电路。4.画出定时抢答器的整机逻辑电路图 三、设计原理与参考电路 1数字抢答器总体方框图 如图 11、1 所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到去除状态，抢答器处于制止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置quot;开场状态，宣布开场抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间抢答时，抢答器完成：优先判断
17、、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停顿、制止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作去除和开场状态开关。图 11、1 数字抢答器框图 2单元电路设计(1)抢答器电路 参考电路如图 11、所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是制止其他选手按键操作无效。工作过程：开关 S 置于去除端时，RS 触发器的 端均为，个触发器输出置，使 74LS148 的，使之处于工作状态。当开关 S 置于开场时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时如按下 S54LS148 的输出 经 RS 锁存后，1Q
18、=1,=1,74LS48 处于工作状态，QQQ=101,经译码显示为。此外，1，使 74LS148，处于制止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的 此时由于仍为，使，所以 74LS148 仍处于制止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将开关重新置quot;去除然后再进展下一轮抢答。74LS148 为线线优先编码器，表 11、1 为其功能表。-图 11、数字抢答器电路 表、74LS148 的功能真值表 (2)定时电路-图 11、3 可预置时间的定时电路 由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计
19、数器进展预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器 74LS192 进展设计，具体电路如图 11、3 所示。3报警电路 由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 11、4 所示。其中 555 构成多谐振荡器，振荡频率 fo143RI2R2C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR 为控制信号，当 PR 为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图 11、4 报警电路 4时序控制电路 时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到开场位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。-当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声
20、，抢答电路和定时电路停顿工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停顿工作。图 11、5 时序控制电路 根据上面的功能要求以及图 11、2，设计的时序控制电路如图 11、5 所示。图中，门 G1 的作用是控制时钟信号 CP 的放行与制止，门 G2 的作用是控制 74LS148 的输人使能端。图11、4 的工作原理是：主持人控制开关从去除位置拨到开场位置时，来自于图 11、2 中的 74LS279 的输出 1Q=0，经 G3 反相，A1，则时钟信号 CP 能够加到 74LS192 的CPD 时钟输入端，定时电路进展递减计时。同时，在定时时间未到时，则定时到信号为 1
21、，门 G2 的输出=0，使 74LS148 处于正常工作状态，从而实现功能的要求。中选手在定时时间按动抢答键时，1Q1，经 G3 反相，A0，封锁 CP 信号，定时器处于保持工作状态；同时，门 G2 的输出=1，74LS148 处于制止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则定时到信号为 0，=1，74LS148 处于制止工作状态，制止选手进展抢答。同时，门 G1 处于关门状态，封锁 CP 信号，使定时电路保持 00 状态不变，从而实现功能的要求。集成单稳触发器 74LS121 用于控制报警电路及发声的时间，其工作原理请读者自行分析。四、实验仪器设备 1.数字实验箱。2.集成电路 74
22、LS148 1 片，74LS279 1 片，74LS48 3 片，74LS192 2 片，NE555 2片，74LS00 1 片，74LS121 1 片。3.电阻 510 2 只，1K 9 只，4.7k l 只，5.1k l 只，100k l 只，10k 1 只，15k 1 只，68k l 只。4.电容 0.1uF 1 只，10uf 2 只，100uf 1 只。5.三极管 3DG12 1 只。6.其它：发光二极管 2 只，共阴极显示器 3 只。五、实验容及方法 1组装调试抢答器电路。2设计可预置时间的定时电路，并进展组装和调试。当输人 1Hz 的时钟脉冲信号时，要求电路能进展减计时，当减计时到
23、零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。3组装调试报警电路。4完成定时抢答器的联调，注意各局部电路之间的时序配合关系。然后检查电路各局部的功能，使其满足设计要求。-六、实验报告 1画出定时抢答器的整机逻辑电路图，并说明其工作原理和工作过程。2说明实验中产生的故障现象及其解决方法。3答复思考题。4.心得体会与建议。七、思考题 1在数字抢答器中，如何将序号为 0 的组号，在七段显示器上改为显示 8.2在图 11、2 中，74LS148 的输人使能信号为何要用 1Q 进展控制.如果改为主持人控制开关信号 S 和 相与去控制，会出现什么问题.3定时抢答器的扩展功能还有哪些.举例说明，并设计电路。实验
24、3、12 交通灯控制电路 要点提示 一、实验目的二、实验预习要求三、实验原理四、实验仪器设备五、练习容及方法六、实验报告七、思考题 容简介 一、设计任务与要求 1 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条穿插道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为 25 秒；2要求黄灯先亮 5 秒，才能变换运行车道；3黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。二、实验预习要求 1复习数字系统设计根底。2复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。3根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图。三、设计原理与参考电路 1分析系统的逻辑功能，画出其框图 交通灯控制系统的原理框图如图 12、1 所示。它主要由控
25、制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等局部组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要局部，由它控制定时器和译码器的工作。图中：TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25 秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为 5 秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开场下个工作状态的定时。-图 12、1 交通灯控制系统的原理框图 2 画 出 交 通 灯 控 制 器 的AS
26、MAlgorithmic State Machine，算法状态机 1图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道制止通行。绿灯亮足规定的时间隔 TL 时，控制器发出状态信号 ST，转到下一工作状态。2甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道制止通行。黄灯亮足规定时间间隔 TY 时，控制器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。3甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道制止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔 TL 时，控制器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。4甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车
27、道制止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔 TY 时，控制器发出状态转换信号 ST，系统又转换到第1种工作状态。交通灯以上 4 种工作状态的转换是由控制器器进展控制的。设控制器的四种状态编码为 00、01、11、10，并分别用 S0、S1、S3、S2 表示，则控制器的工作状态及功能如表 12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：表 12、1 控制器工作状态及功能 控制状态 信号灯状态 车道运行状态 S000 甲绿，乙红 甲车道通行，乙车道
28、制止通行 S101 甲黄，乙红 甲车道缓行，乙车道制止通行 S311 甲红，乙绿 甲车道制止通行，甲车道通行 S210 甲红，乙黄 甲车道制止通行，甲车道缓行 AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BY=1：乙车道红灯亮；由此得到交通灯的 ASM 图，如 图 12、2 所示。设控制器的初始状态为 S0用状态框表示S0，当 S0 的持续时间小于 25 秒时，TL=0用判断框表示 TL，控制器保持 S0 不变。只有当 S0 的持续时间等于 25 秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号 ST用条件输出框表示 ST，并转
29、换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂 ASM 图所表达的含义。-3单元电路的设计 1定时器 定时器由与系统秒脉冲由时钟脉冲产生器提供同步的计数器构成，要求计数器在状态信号 ST 作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开场进展增 1 计数，向控制器提供模 5 的定时信号 TY 和模 25 的定时信号 TL。计数器选用集成电路 74LS163 进展设计较简便。74LS163 是 4 位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163 的外引线排列图和时序波形图如图 12、3 所示，其功能表如表 12、2 所示。图中，是低电平有效的同步清零输入端，是低电平有效才同步
30、并行置数控制端，CTp、CTT 是计 图 12、2 交通灯的 ASM 图数控制端，CO 是进位输出端，D0D3 是并行数据输入端，Q0Q 3 是数据输出端。由两片 74LS163 级联组成的定时器电路如图 12、4 所示。电路的工作原理请自行分析。a 图 12、3 74LS163 的外引线排列图和时序波形图 2控制器 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM 图可以列出控制器的状态转换表，如表 12、3 所示。选用两个 D 触发器 FF1、FFO 做为时序存放器产生 4 种状态，控制器状态转换的条件为 TL 和 TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1
31、 00 状态时，如果 TL 0，则控制器保持在 00 状态；如果，则控制器转换到 Q1n+1Q0n+1 01 状态。这两种情况与条件 TY 无关，所以用无关项*表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号 ST。图 12、4 定时器电路图-表 12、2 74LS163 功能表|表 12、3 控制器状态转换表 根据表 12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将 Q1n+1、Q0n+1 和 ST为 1 的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器 74LS153 来实现每个 D 触
32、发器的输入函数，将触发器的现态值 加到 74LS153 的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图 12、5 所示。图中 R、C 构成上电复位电路。-图 12、5 控制器逻辑图 3译码器 译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、Q0 的 4 种工作状态，翻译成甲、乙车道上 6 个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4 所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。四、实验仪器设备 1 数字电路实验箱 2 集成电路 74LS74 1 片，74LS10 1 片，74LS00 2 片，74LS153 2 片，74LS163 2片，NE555
33、 1 片 3 电阻 51K 1 只，200 6 只 4 电容 10Uf 1 只 5 其它 发光二极管 6 只 五、实验容及方法 表 12、4 控制器状态编码与信号灯关系表 状态 AG AY AR BG BY BR 00 1 0 0 0 0 1 01 0 1 0 0 0 1 10 0 0 1 1 0 0 11 0 0 1 0 1 0 1设计、组装译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6 只信号灯实验时用发光二极管代替，验证电路的逻辑功能。2设计、组装秒脉冲产生电路。3组装、调试定时电路。当 CP 信号为 1Hz 正方波时，画出 CP、Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、TL、TY 的波形，并注意它们之间一
34、的时序关系。4组装、调试控制器电路。5完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。-六、实验报告 1画出实验电路原理图，并标明各元件的参数值。2绘出实验中的时序波形，整理实验数据，并加以说明。3写出实验过程中出现的故障现象及其解决方法。4答复思考题。5心得体会与建议。七、思考题能否用具有异步清零功能的计数器 74LS161 来代替图 12、4 所示电路中的74LS163.说明理由。第四局部 电 子 电 路 仿 真 实 验 4.6 实 验 要点提示 1、实验 4.6.1 放大器静态工作点对动态围的影响 2、实验 4.6.2 晶体管放大电路通频带扩展 3、实验 4.6.3 电压比较器特性研究 4、实验
35、 4.6.4 LC 振荡器 5、实验 4.6.5 编码器及其应用 6、实验 4.6.6 同步二进制加法计数器的设计与调试 7、实验 4.6.7 数字钟的设计与调试 8、实验 4.6.8 不同数列数字显示电路的设计与调试 9、实验 4.6.9 阶梯波发生器的设计与调试 容简介 实验 4.6.1 放大器静态工作点对动态围的影响 一、实验目的 1学习创立、编辑 EWB 电路的方法。2练习虚拟模拟仪器的使用。3 通过观察和测试不同静态工作点下动态围的不同，了解静态工作点的设置对晶体管放大电路动态围的影响。二、实验容 1 创立如图 4.6.1 所示的仿真实验电路。实验电路中晶体管的参数选用默认值，电位器
36、阻值变化一次的幅度设置为 5。2调节 Rp 使它等于 3K，运行电路，测出 Ic，用示波器观察输出电压波形，并测量输出电压动态围。3.调节 Rp 使它分别等于 1.5K、15K、30K，测出相应的 Ic 值和输出电压动态围。图 4.6.1 放大器静态工作点对动态围的影响实验电路-三、实验报告 1自拟表格，整理实验数据。2分析总结放大器静态工作点对动态围的影响。3答复思考题。四、思考题：1输出波形失真的原因有哪些.怎样克制.2如果 Rb2 短路，放大器会出现什么故障.实验 4.6.2 晶体管放大电路通频带扩展 一、实验目的 1 通过观察和测量电压串联负反应放大电路的频率特性，了解负反应电路能够扩
37、展通频带的特性。2练习 EWB 的交流分析和参数扫描分析功能。二、实验容 1创立如图 4.6.2 所示的仿真实验电路。实验电路中的晶体管参数选用默认值。2.开关打向2断开反应支路，选择分析菜单中的 AC frequency 项对实验电路进展交流分析，从幅频特性上测出通频带 BW。3.开关打向1，接通反应支路，重复 2 的测量。4.选择分析菜单的 Parameter Sweep 项，对实验电路进展参数扫描分析，选择待扫描分析的元件为 Rf2。参数的起始值为 1 K，终值为 50 K。扫描类型为线型，扫描步长为 10 K。待分析节点为输出节点，扫描类型选为交流分析。观察Rf2 不同时的幅频特性，并
38、作记录。图 4.6.2 晶体管放大电路通频带扩展实验电路 三、实验报告 1.整理实验数据，分析反应支路开路和接通时，BW 不同的原因。2.对参数扫描分析的结果进展总结。3.答复思考题。四、思考题 1.负反应放大电路频带的展宽是以牺性放大器的什么为代价的，它能无限展宽频带吗.2.改变信号源幅度的大小，影响放大电路的幅频特性吗.为什么.-实验 4.6.3 电压比较器特性研究 一、实验目的 1.通过实验进一步了解电压比较器的工作原理。2.学习电压比较器传输特性的测量方法。3.研究参考电压和反应系数对传输特性的影响。4.进一步练习 EWB 实验电路的创立和分析功能。二、实验容 图 4.6.3 单限电压
39、比较器实验电路 图 4.6.4 迟滞电压比较器实验电路 1单限比较器 用集成运算放大器A741 构成一单限电压比较器，电路如图 4.6.3。设基准电压 Vr=2V，从 Ui 端输入一高电平 3V，低电平 0V，周期为 100S 的方波，用示波器观察输入、输出波形。输入电压 Ui 为 5V+5V 的直流扫描电压，利用直流扫描分析功能，测量传输特性。设基准电压 Vr=0V，输入电压为峰值 2V，频率 1KHZ 的正弦波，观测输入、输出电压波形，并说明电路功能。2.迟滞电压比较器 用专用集成比较器 LM311 构成迟滞电压比较器，电路如图 4.6.4。设 R1=R2=10 K，输入电压 Ui 是峰值
40、为 5V，周期 20S 的三角波，观测当 VR 分别为 2V、2V 时的输入、输出电压波形，从波形上确定上、下触发电平 V、V，画出电路的传输特性，讨论 VR 对传输特性的影响。设 VR=0V R1=10 K，输入电压波形同2，观测 R2 分别为 10 K、5 K时的输入、输出电压波形，确定其上下触发电平 V、V，讨论反应系数 FVR1/R1+R2对传输特性的影响。三、实验报告 1整理实验数据，在坐标纸上画出观测到的波形，根据实验容的要求，进展分析讨论。2答复思考题。四、思考题 1在单限电压比较器的实验容4中 VR0V，假设输入信号的峰峰值为 1V，含 2V 直流成分，比较器的输出信号是怎样的
41、.2.参阅窗口比较器的资料，设计一比较电路来调选晶体管，要求把值在 90110 之间的晶体管挑选出来并用发光二极管作为指示。请画出电路图，选定元件参数，使之满足上述要求。实验 4.6.4 LC 振荡器-一、实验目的 1.进一步了解 LC 振荡器的工作原理。2.研究反应系数对起振点的影响。3.研究静态工作电流对振荡频率 f O 和振荡幅度的影响。图 4.6.5 LC 振荡器实验电路 二、实验容 1.创立电容三点式 LC 振荡器，电路如图 4.6.5。连接测试仪器。2.调节 Rb1，使 Ic1mA 3.调节 C3 分别等于 20pF、160pF，用示波器观测输出波形，并测量振荡频率的变化围 f o
42、minf oma*，确定 f O6.5MHz 时 C3 的取值。4.C1 C2 取如下不同值反应系数 F 不同，用瞬态分析功能测量起振点，填表 4.6.1。C1(pF)100 110 120 680 680 680 C2(pF)1500 1000 680 120 50 20 F 起振点(S)5.调节 Rb2 改变电路静态工作电流，Ic 取如下不同值，用示波器测量，振荡频率 f O 和幅值 VPP,填表 4.6.2。Ic(mA)0.5 1.0 1.5 2.0 Vpp(V)f o(MHz)三、实验报告 1.整理实验数据，计算 f o6.5MHz 时 C3 的值，并与实验中确定的值比较。2.分析总结
43、反应系数对起振点的影响。3.分析总结静态工作电流对振荡频率和幅度的影响。4.答复思考题。四、思考题 1.反应系数过大或过小对 LC 振荡器的起振有益吗.为什么.2.为什么随工作电流的增加，振荡器的频率会升高.3.Ic 太大或太小会使振荡幅度增加还是下降.为什么.实验 4.6.5 编码器及其应用-一、实验目的 1.加深理解编码器的逻辑功能。2.掌握 WEB 中的数字集成电路的使用方法。3.练习虚拟数字仪器的使用。4.练习 WEB 中的指示元件的使用。二、实验容 1.8 线3 线二进制编码器功能测试(1)表.6.3 是线线二进制编码器的真值表，根据此真值表写出各输出逻辑函数的表达式，在 EWB 的
44、电路设计区创立用或门实现的逻辑图。表 4.6.3 线线二进制编码器真值表 输 入 输 出 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Y2 Y1 Y0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 (2)从仪器库中选择字信号发生器，将图标下沿的输出端口连接到电路的输入端，翻开面板，按照真值
45、表中输入的要求，编辑字信号并进展其它参数的设置。3从仪器库中选择逻辑分析仪，将图标左边的输入端口连接到电路的输出端，翻开面板，进展必要合理的设置。4从指示元件库中选择彩色指示灯，接至电路输出端。5单击字信号发生器Step单步输出方式，记录彩色指示灯的状态亮代表1，暗代表0。记录逻辑分析仪所示波形与真值表比较。2.编码器的应用 1从数字集成电路库中选择 74LS148 优先编码器，按F1键了解该集成电路的功能。74LS148 在 EWB 中的型号是 74148。(2)用 74LS148 和门电路，设计一个呼叫系统，要求有 15 号五个呼叫信号，分别用五个开关输出信号，1 号优先级最高，5 号最低
46、。用指示器件库中的译码数码管显示呼叫信号的，没有呼叫信号时显示0，有一个呼叫信号时，显示该呼叫信号的，有多个呼叫信号时显示优先级最高的。三、实验报告 1.整理 8 线3 线二进制编码器的测试结果，说明电路的功能。2.画出用 74LS148 构成的呼叫系统的电路图，说明设计原理。3.答复思考题。四、思考题 1.74LS148 优先编码器的优先权是如何设置的，结合真值表分析其逻辑关系。2.译码数码管的管脚有四个，74SL148 的输出代码仅有三位，多余的管脚应如何处理.为什么.-实验 4.6.6 同步二进制加法计数器的设计与调试 一、实验目的 1.了解同步时序逻辑电路的分析方法和设计。2.熟悉同步
47、二进制加法计数器的逻辑功能。二、实验容 1.用 D 触发器设计一个同步三位二进制加法计数器，要求具有置零功能。2.在 EWB 的电路设计区创立设计好的实验电路，三位输出端接彩色指示灯和逻辑分析仪，CP 脉冲的频率设为 1Hz。3.调试：(1)翻开逻辑分析面板进展参数设置。(2)计数器置零。(3)单击O/I开关，计数器计数，记录彩色指示灯的状态和逻辑分析仪显示的计数器各输出端波形。三、实验报告 1.画出完整的同步三位二进制加法计数器的逻辑电路图，说明设计原理。2.整理记录的数据，给出该计数器的状态和时序图。3.简述调试过程。实验 4.6.7 数字钟的设计与调试 一、实验目的 1.了解同步十进制集
48、成计数器 74160 的功能。2.掌握利用同步十进制集成计数器构成任意进制计数器的设计方法。二、实验容 1.以 EWB 数字集成电路库中的 74160 为主要器件，设计一个数字显示电子钟,要求如下：(1)具有时、分、秒计数显示功能，以 24 小时循环。(2)用六只译码显示管分别显示时、分、秒的个位和十位。(3)具有清零功能。(4)用信号源库中的时钟脉冲源做计数秒信号。2.根据设计结果创立实验电路。3.仿真，调试。三、实验报告 1.简述总体方案，画出框图。2.时、分、秒单元电路的设计。3.画出总体逻辑电路图。4.简述调试中遇到过哪些问题，是如何解决的。5.整理测试数据,依据仿真结果，分析是否满足
49、设计要求。实验 4.6.8 不同数列数字显示电路的设计与调试 一、实验目的 1.掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计方法。2.通过数字小系统的设计，提高综合运用所学知识的能力。-二、实验容 1.以 EWB 数字集成电路库中的 7490 为主要器件，设计一个不同数列数字显示电路，要求如下：1 以译码数码管为显示元件，它能自动地依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9自然数列，1、3、5、7、9奇数列，0、2、4、6、8偶数列和 0、1、2、3、4、5、6、7、0、1音乐符号数列，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列、音乐符号数列，如此周而复始，不断循环。2接通电源手动清零，然后
50、按上述规律显示。3用时钟脉冲源作计数信号，每个数字的显示时间相等，显示时间为 1 秒左右。2.依据设计结果创立实验电路。3.仿真、调试。三、实验报告 1.简述设计思想、总体方案，画出框图。2.单元电路设计。3.画出总体电路图。4.简述调试步骤，调试中遇到的问题，解决方法。5.整理测试数据,依据仿真结果，分析是否满足设计要求。6.总结实验体会。实验 4.6.9 阶梯波发生器的设计与调试 一、实验目的 1.了解 D/A 转换电路的工作原理。2.掌握用集成运算放大器设计 D/A 转换电路。二、实验容 1.以集成运算放大器和集成计数器为主要器件，设计一个阶梯波发生器，要求输出如图 4.6.6所示波形。