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1、数字逻辑电路分析与设计课程项目总结报告题目(A): 重力加速度的测定组 号：A7任课教师：组 长：成 员：成 员：成 员：成 员：联系方式：二零一四年二月十八日目录一、 实验目的3二、 电路设计方案及工作原理 3三、原理图 4四、实际电路的测试及结果分析 4五、测试中遇到的问题及解决方法 5六、使用实验器材原理和使用方法 6七、团队成员感悟实验目的13八、团队分工和比例14一、实验目的1 .设计一个重力加速度的测量、显示装置，能够测量静止状态，电梯运行 状态下的重力加速度。2 .测量时间小于10秒。二、电路设计方案及工作原理我们的电路设计方案是落球法测量重力加速度。x=1/2gt 2将小球从静
2、止释放，测量小球下落的时间和距离就能测量出重力加速度。G=2*x/t 2工作原理：小球从高处落下，初速度为零。当小球下落时，计时器开始工作。 当小球落下距离H时，计时器停止工作。在小球开始下落的位置加上一个光电门， 起到复位作用。此时，所用的计数器清零。松开手，小球自由落下，在距小球正 下方H的位置放置另外一个光电门，当小球经过时，通过计数器和非门，使所有 的计数器停止工作。实验用具:实验用具数量741s041741s1604741s4735551电阻如图按键1电容如图数码管3光电门模块2三、原理图I U”，1/4l S1C0B同I川忖t, =ML2$04*一-I部，工 “rw3 VIRTU1
3、(JUnl-1DnkAJZZGNDT4LS1 右口口.SU0D74LSMiI-/II SlfDD注：图中按键A B为光电门模块图中左上角160计数器的功能是使所有的 计数器停止，中间三个160计数器记录时间，左下角555产生1KHz的矩形脉冲 信号四、实际电路的测试及结果分析原理：自由落体法测重力加速度所用公式：x=gtA22参数：x为下落距离，即两光电门相距距离，我们设定为50cm。t为下落时间，即数码管显示的时间g为待求的重力加速度测试步骤：开始时，将小球靠近上方的光电门，并遮挡住光电门，这时电路复位, 数码管清零，接着释放小球，让其做自由落体运动，下落过程中经过下面的光电 门，电路停止工
4、作，同时数码管停止计数并显示下落所用时间，记录时间。由于 是初速度为0的自由落体，采用公式：x=gtA2/2可计算出重力加速度g0测试数据：下落距离x=50cm,公式x=gtA2/2.过4.空12345时间t (s)0.300.280.290.310.30重力加速度g (m/sA2)11.112.711.910.411.1结果误差分析：重力加速度的理论值为g=9.8m/sA2,我们测得数据和理论值相比较，绝对误差在0.6(m/sA2)2.9(m/sA2)之间，相对误差在6.1%29.5股问。误差产生原因：1.空气阻力。2.555电路由于电阻不精产生的震荡误差。3.计时器 开始计数时，小球已有一
5、定速度。4.小球本身具有一定体积，通过上下两个光电 门时小球测量位置不同，导致误差。五、测试中遇到的问题及解决方法问题一：计数不准确问题描述：我们组本来设想用单摆测重力加速度， 测量小球通过 20次光电门的时间，即十个周期。但由于光电门计数时脉冲有毛刺， 产生抖动，导致计数器计数不准确。无法得到具有一般规律的数据。解决方法：测量重力加速度原理改为自由落体法， 计数器只记一 次脉冲信号，当小球遮挡光电门时产生一个高电平脉冲， 使得电路开 始计时。这样避免由于多次计数不准导致的问题。问题二：数码管亮度不均问题描述：中间数码管有时无法显示，只有用力按这个数码管才 能亮。除此之外，最左边数码管有一段亮
6、度与其他段相比较低。问题分析：关于亮度一致性的问题是一个行业内的常见问题。 有 二个大的因素影响到亮度一致性。一是使用原材料芯片的选取，一是 使用数码管时采取的控制方式。 原材料-芯片的V林口亮度和波长是一个正态分布，即使筛选 过芯片，V林口亮度和波长已在一个很小的范围了， 生产出来的产品还 是在一个范围内，结果就是亮度不一致。 要保证数码管亮度一样，在控制方式选取上也有差别解决方法：中间的数码管经过补焊，已经可以正常显示，而另一 个数码管的一段显示亮度不够，经过测试发现是数码管工艺问题。 由 于数码管上已焊引脚过多，不好拆了重焊，因未解决这个问题。六、使用实验器材原理和使用方法I.74LS1
7、60十进制同步计数器（异步清除）简要说明：160为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160和54/74LS160两种线路结 构型式，其主要电特性的典型值如下：160的清除端是异步的。当清除端/MR为 低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功能。160的预置是同步的。 当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输 入端P0-P3 一致。对于54/74160, CP由低至高跳变或跳变前，当如果计数控 制端CEP、CE叨高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无 此种限制。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当
8、 CEP CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了 异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74160 ,只有当CP为高电平时，CEP才 允许由高至低电平的跳变，54/74LS160CETW的CEP、CET跳变与CP无关。160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽 度为Q0的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。 对于54/74LS160 , CP 出现前，在即使CEP、CET /MR发生变化，电路的功能也不受影响。74LS16ct 脚图一一代一O0-Q-02-Q3CCTPE引出端符号：TC!位输出端、CEP
9、K控制端、QO- Q3俞出端、CET+数控制端、CP寸钟输入端（上升沿有效）、M布步消除输入端（低电平有效）、PEW步并行置入控制端（低电平有效）极限值：电源电压7V输入电压 54/74LS1607VCEP与CET间电压 54/741605.5V70 c65 150 c工作环境温度 741s040贮存温度逻辑圜II .74LS04六反向器由I勖 VOC向阿甲甲取印ryi、rti rtn rt5-III lL占山Ri山LJGND双列直插封装极限值 电源电压.7V输入电压 54/74LS04 7V工作环境温度 74XXX . 0-70 C存储温度 -65150 cIII.74LS47 七段显示、译
10、码驱动器工作电压5V。常用的BCD对七段显示器译码器/驱动器之IC包装计有TTL之 7446、7447、7448、7449 与 CMOS 4511 等等。其中 7446、7447 必须使用共 阳极七段显示器，7448、7449、4511等则使用共阴极七段显示器。在正常操作 时，当输入DCBA=001OM输出abcdefg=0010010。故使显示器显示2,当输入 DCBA=011CM, a&出 abcdeg=110000O,显示器显示6。在 7447 中尚有 LT、 RBI与BI/RBO之控制脚，其功能分述如下：该电路是由与非门、输入缓冲器和7 个与或非门组成的BCD-7段译码器/驱动器。通常
11、是低电平有效，高的灌入电流 的输出可直接驱动显示器。7个与非门和一个驱动器成对连接，以产生可用的 BCD数据及其补码至7个与或非译码门。剩下的与非门和 3个输入缓冲器作为 试灯输入（LT）端、灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）端及动态灭灯输入（RBI ） 端。该电路接受4位二进制编码一十进制数（BCD输入并借助于辅助输入端状 态将输入数据译码后去驱动一个七段显示器。输出结构设计成能承受7段显示所需要的相当高的电压。驱动显示器各段所需的高达24 mA的电流可以由其高性 能的输出晶体管来直接提供。BCD输入计数9以上的显示图案是鉴定输入条件 的唯一信号。该电路有自动前、后沿灭零控制（RBI和R
12、BO 。试灯（LT）可在 端处在高电平的任何时刻去进行，该电路还含有一个灭灯输入（ BI）,它用来控 制灯的亮度或禁止输出。该电路在应用中可以驱动共阳极的发光二极管或直接驱 动白炽灯指示器。7447之输出系为驱动器设计，其逻辑0之吸入电流高达40mA 故在使用必须加入330Q左右电阻加以限流，以免过大电流流经 LED而烧毁显 示器，如图3所示。test -图 1 DM7447A DM5447Asi脚功能图Decimni or FunctionInputsBI/RBO Note 1)o inputsNoteLTR&lDGabcdefg0HHLLLLHLLLLLLH1HXLLLHHHLLHHHH2
13、HXLLHLHLLHLLHL3HXLLHHLLLLHHL4HXLHLLHHLLHHLL5HXLHLHMLHLLHLL5HXLHHLHHHLLLLL7HXLHHHLLLHHHH5HXHLLLHLLLLLLL9HXHLLrtHLLLHHLL10HXHLHLHHHHLLHL11HXHLHHHHHLLHHL12HXHHLLHHLHHHLL13HXHHLMHLHHLHLL14HXHHHLHHHHLLLL15HXHHHHHHHHHHHBlX;cdefEoooooo-o(A)(B)图4.17七段LED显示器内部连接图a b c d e f g-JLo 公共阴极图4.11 74LS147 管脚排列图1 2 3
14、 4 5 6 7 8vneiii I A为了使用方便，通常 将各发光二极管的阳极或阴极连接在一起，这样七 段LED显示器就有两种连接方式，如果将各发光二极管的阳极连接在一 起成为公共电极，则称为共阳极接法如图4.17 ( A)所示；如果将各发 光二极管的阴极连接在一起成为公共电极，则称为共阴极接法如图4.17(B)所示。有的七段LED显示器，不但有A F七个输出端，还有其它字符如小数点。这样的数码管实际上输出是八段。所以使用数码管之 前要看清是几段输出，是共阴极还是共阳极的。例如译码器用输出高电 平驱动显示器时，应该选用共阴极的数码管；译码器用输出低电平驱动 显示器时，应该选用共阳极的数码管。
15、V .光电门模块参数说明1当模块检测到前方障碍物信号时，电路 板上绿色指示灯点亮电平，同 时OUT端口持续输出低电平信号，该模块检测距离230cm,检测角度 35 0 ,检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离 增加；逆时针调电位器，检测距离减少。2、传感器主动红外线反射探测，因此目标的反射率和形状是探测距离的 关键。其中黑色探测距离最小，白色最大；小面积物体距离小，大面积距 离大。3、传感器模块输出端口 OUT可直接与单片机IO 口连接即可,也可以直 接驱 动一个5V继电 器;连接 方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO4、比较器采用LM393,工作稳定；5、可采
16、用3-5V直流电源 对模块进 行供电。当电源接通时，红 色电源指 示灯点亮；6、具有3mm的螺丝孔，便于固定、安装；7、电路板尺寸：3.2CM*1.4CM8、每个模块在发货已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情 况，请勿随意调节电位器。模块接口说明1 VCC外接3.3V-5V 电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连）2 GND 外接 GND3 OUT小板数字量输出接口（ 0和1）七、成员感悟马敬川：在此次项目试验中我认为大学生创新性实验项目实施强调自主性、 探索性、实践性和协作性，遵循“兴趣驱动、自主试验、重在过程”的原则。注 重创新性实验项目的实施过程讲究长远效益，强调项目实施
17、过程中在创新思维和 创新实践方面的收获，重点培养学生的创新意识和创新能力，不急功近利，不为成 果而设计，重在实施过程中得到的锻炼和培养。赵思成：在此次项目试验中我认为研究方面，最深的体会就是要善于勤于 思考，主动动手动脑。创新实验不是基础课上的实验那样， 只要按着老师讲的步 骤做就行了。做的课题对于我们来说，可能是一个没有接触过的新领域， 没有人 会具体告诉我们每一步该怎么做。需要自己去找文献、查资料，去独立思考。其 中会遇到很多困难，这个时候除了寻找帮助，最重要的还是自己思考。陶键：在此次项目试验中我认为本项目系统设计的各个模块逐一设计， 虽然 每一个设计过程都遇到不同程度的困难， 在我们的
18、团结协作下都得到解决，这个 项目锻炼了项目组人员的动手能力、 创新意识以及解决问题的能力，当然，由于 投入的时间有限和课题组人员能力的限制，本课题还存在很多不足之处。李超然：在此次项目试验中我认为在创新方面， 首先要确定创新的方向和目 标。方向和目标是贯穿整个实验的核心，只有明确方向，围绕这个方向努力下去， 才可能有结果。创新点可以从很多方面确定，不一定是很高深很前沿的东西。只 要不是照搬别人已经做过的东西， 在自己力所能及的范围内就好。当然，能做出 更大的成就最好。有时思维可能会出现“停滞不前”的现象，好像只能思考到这 个程度了。这时要用发散思维多方位的考虑，作出大胆的猜测。但要始终围绕创 新点，不能偏离主题，也不能随意猜测，而要有根据有目的地做出假想，再一步 步实践去论证自己的猜测。其实，每一个伟大的成就都是这样“平凡”地一步步 得出来的。张慧：在此次项目试验中我认为，我们不仅学到了实验本身所带来的动手能 力以及实践能力的提高，而且学到了认真仔细、坚持不懈，善于思考总结的可贵精 神，并对“大学生创新性实验计划”有了更深入的体会。八、工作分配及百分比
