哈工大电工学新技术实践实验报告-7人表决器

 

总成绩：       

一、设计任务

1、有七人参与表决，显示赞同者个数。

2当赞同者达到及超过4人时，绿灯显示表示通过。

二、设计条件

本设计基于软件Multisim10.0.1进行仿真，在电机楼实验室20035进行验证。

三、设计要求

1、熟悉74LS161，74LS151，数码管的工作原理。

2、设计相应的电路图，标注元件参数，并进行仿真验证。

四、设计内容

1. 电路原理图（含管脚接线）

电路原理图如图1所示

图1 电路原理图

2. 计算与仿真分析

仿真结果如图2、3、4所示

图2 仿真结果

图3 仿真结果

图4 仿真结果

3. 元器件清单

4. 调试流程

调试流程如图5所示

 

图5 调试流程

5. 设计和使用说明

74LS151芯片为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图6所示，功能见表1。选择控制端（地址端）为C～A，按二进制译码，从8个输入数据D0～D7中，选择一个需要的数据送到输出端Y，G为使能端，低电平有效。

（1）使能端G＝1时，不论C～A状态如何，均无输出（Y＝0，W＝1），多路开关被禁止。

（2）使能端G＝0时，多路开关正常工作，根据地址码C、B、A的状态选择D0～D7中某一个通道的数据输送到输出端Y。 如：CBA＝000，则选择D0数据到输出端，即Y＝D0。如：CBA＝001，则选择D1数据到输出端,即Y＝D1，其余类推。

图6 74LS151引脚排列

表1 74LS151功能表

74LS161功能：

（1）异步置“0”功能：接好电源和地，将清除端接低电平无论其他各输入端的状态如何，测试计数器的输出端，如果操作无误Q3~Q0均为0。

（2）预置数功能：将清除端接高电平，预置控制端接低电平，数据输入端D3~D0置0011，在CP的上升沿作用后，测试输出端Q3~Q0的电平。如果操作准确，D3~D0的数据为0011，说明D3~D0的数据已预置到Q3~Q0端。

（3）计数和进位功能：将 LD、Cr 、CET、CEP端均接高电平，CLK端输入单脉冲，记录输出端状态。如果操作准确，每输入一个CP脉冲，计数器就进行一次加法计数。计数器输入16个脉冲时，输出端Q3~Q0变为0000此时进位输出端TC输出一个高电平脉冲。

表2 74LS161功能表

该实验运用了计数器74LS161对7个开关实现扫描，以寻找闭合开关，然后得到高低脉冲并计数。运用74LS161的进一、保持和输入功能实现扫描脉冲暂停。巧妙地运用74LS151端口产生脉冲信号。

七个人对应七个开关，当七人表决结束后，闭合控制开关key，，电路将七人表决信息统计，结果输出在数码管和指示灯中。断开key开关进行清零，进行下一轮的投票。

五、设计总结

通过这次数字电路的设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中难免会遇到各种各样的问题，同时，在设计的过程中我也发现了自己的不足之处：对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。    同时也发现自对数电知识和电子设计软件掌握得不够。

其次在此次设计过程中由于我们频繁的使用电子设计软件，因此使我进一步熟悉了软件的使用，同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高。我认识到，数电设计每一步都要细心认真，因为任何一步出错的话，都会导致后面的环节发生错误。

六、设计参考资料

[1]王卫. 电工学（上册）电工技术. 2版. 北京：机械工业出版社，2012.

[2]杨世彦. 电工学（中册）电子技术. 2版. 北京：机械工业出版社，2008.

[3]吴建强. 电工学新技术实践. 3版. 北京：机械工业出版社，2012

 

第二篇：电路实验报告

实验一 电路元件伏安特性的测试

一、实验目的

1.学会识别常用电路元件的方法

2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测试方法

3.熟悉实验台上直流电工仪表和设备的使用方法

二、原理说明

电路元件的特性一般可用该元件上的端电压U 与通过该元件的电流I之间的函数关系I＝f(U)来表示，即用I-U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。电阻元件是电路中最常见的元件，有线性电阻和非线性电阻之分。实际电路中很少是仅由电源和线性电阻构成的“电平移动”电路，而非线性器件却常常有着广泛的使用，例如非线性元件二极管具有单向导电性，可以把交流信号变换成直流量，在电路中起着整流作用。

万用表的欧姆档只能在某一特定的U和I下测出对应的电阻值，因而不能测出非线性电阻的伏安特性。一般是用含源电路“在线”状态下测量元件的端电压和对应的电流值，进而由公式R＝U/I求测电阻值。

1.线性电阻器的伏安特性符合欧姆定律U＝RI，其阻值不随电压或电流值的变化而变化，伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1(a)所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。

图1-1  元件的伏安特性

2.白炽灯可以视为一种电阻元件，其灯丝电阻随着温度的升高而增大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可以相差几倍至十几倍。通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，即对一组变化的电压值和对应的电流值，所得U/I不是一个常数，所以它的伏安特性是非线性的，如图1-1(b)所示。

3.半导体二极管也是一种非线性电阻元件，其伏安特性如图1-1(c)所示。二极管的电阻值随电压或电流的大小、方向的改变而改变。它的正向压降很小（一般锗管约为0.2～0.3V，硅管约为0.5～0.7V），正向电流随正向压降的升高而急剧上升，而反向电压从零一直增加到十几至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。发光二极管正向电压在0.5～2.5V之间时，正向电流有很大变化。可见二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

4.稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特殊，如图1-1(d)所示。给稳压二极管加反向电压时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时，电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加反向电压的升高而增大，这便是稳压二极管的反向稳压特性。实际电路中，可以利用不同稳压值的稳压管来实现稳压。注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。

三、实验设备

四、实验内容与步骤

1.线性电阻器伏安特性的测定按图1-2接线，调节稳压电源Us的数值，从0V开始缓慢地增加，一直到10V，测出对应的电压表和电流表的读数记入表1-1中。

图1-2                          图1-3

表1-1线性电阻器的伏安特性

2.测量白炽灯泡的伏安特性

把图1-2中的电阻换成12V，0.1A的小灯泡，重复步骤１的测试内容，数据记入表1-2中。U为灯泡的端电压

表1-2白炽灯泡的伏安特性

3.测定半导体二极管的伏安特性

按图1-3，200Ω为限流电阻，先测二极管的正向特性，正向压降可在0～0.75V之间取值。特别是在曲线的弯曲部分（0.5～0.75之间）适当的多取几个测量点，其正向电流不得超过35mA，所测数据记入表1-3中。

作反向特性实验时，需将二极管D反接，其反向电压可在0～30V之间取值，所测数据记入表1-4中。

表1-3二极管正向特性实验

表1-4二极管反向特性实验

4.测定稳压二极管的伏安特性

（1）将图1-3中的二极管换成稳压二极管(2CW51)，重复实验内容3的测量数据记入表1-5中。

表1-5稳压二极管正向特性

（2）反向特性实验：将图1-3中的200Ω电阻换成1K,2CW51反接，测2CW51的反向特性，稳压电源的输出电压从0-20V,测量2CW51二端的电压U及电流I。

表1-6稳压二极管反向特性

五、实验注意事项

1.测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加， 应时刻注意电流表读数不得超过35mA，稳压源输出端切勿碰线短路。

2.进行上述实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，并注意仪表的极性。

六、预习思考题

1.线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器与二极管的伏安特性有何区别？

2.若元件伏安特性的函数表达式为I＝f(U)，在描绘特性曲线时，其坐标变量应如何放置？

3.稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？

七、实验报告

1.根据实验结果和表中数据，分别在坐标纸上绘制出各自的伏安特性曲线（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。

2.对本次实验结果进行适当的解释，总结、归纳被测各元件的特性。

3.必要的误差分析。

4.总结本次实验的收获。

实验三  基尔霍夫定律

一、实验目的

1.对基尔霍夫电压定律和电流定律进行验证，加深对两个定律的理解。

2.学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。

二、原理说明

KCL和KVL是电路分析理论中最重要的的基本定律，适用于线性或非线性电路、时变或非变电路的分析计算。KCL和KVL是对于电路中各支路的电流或电压的一种约束关系，是一种“电路结构”或“拓扑”的约束，与具体元件无关。而元件的伏安约束关系描述的是元件的具体特性，与电路的结构（即电路的接点、回路数目及连接方式）无关。正是由于二者的结合，才能衍生出多种多样的电路分析方法（如节点法和网孔法）。

KCL指出：任何时刻流进和流出任一个节点的电流的代数和为零，即

Σi(t)＝０或ΣI＝0

KVL指出：任何时刻任何一个回路或网孔的电压降的代数和为零，即

Σu(t)＝０或ΣU＝0

运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。

三、实验设备

同实验二

四、实验内容

实验线路如图3-1，利用DGJ-03实验挂件“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。

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图3-1

1.实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开关的操作使用方法。

2.分别将两路直流稳压源接入电路，令E1＝6V，E2＝12V，其数值要用电压表监测。

3.熟悉电流插头和插孔的结构，先将电流插头的红黑两接线端接至数字毫安表的“＋、－”极；再将电流插头分别插入三条支路的三个电流插孔中，读出相应的电流值，记入表3-1中。

4.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，数据记入表3-1中。

表3-1基尔霍夫定律的验证

五、实验注意事项

1.两路直流稳压源的电压值和电路端电压值均应以电压表测量的读数为准，电源表盘指示只作为显示仪表，不能作为测量仪表使用，恒压源输出以接负载后为准。

2.谨防电压源两端碰线短路而损坏仪器。

3.若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“＋、－”极性。当电表指针出现反偏时，必须调换电流表极性重新测量，此时读得的电流值必须冠以负号。

六、预习思考题

1.根据图3-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。

2.若用指针式直流毫安表测各支路电流，什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示？

七、实验报告

1.根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性；选定任一个闭合回路，验证KVL的正确性。

2.误差原因分析。

3.本次实验的收获体会。

实验四   叠加原理的验证

一、实验目的

1.验证线性电路叠加原理的正确性，从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。

2.加深理解叠加原理对非线性电路不适用。

二、原理说明

叠加原理包含两部分内容：

1.线性电路的叠加性：在有几个独立源共同作用下的线性电路中，任何一条支路的电流或电压，都可以看成是由每一个独立源单独作用时在该支路所产生的电流或电压的代数和。

2.线性电路的齐次性：当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即电路中各支路的电流和电压值）也将增加或减小K倍。

某独立源单独作用是指：在电路中将该独立源之外的其他独立源“去掉”，即电压源用短路线取代，电流源用开路取代，受控源保持不变。

对含非线性元件（如二极管）的电路，叠加原理不适用。

叠加原理一般也不适用于“功率的叠加”，P＝(ΣI).(ΣU)≠ΣIU

三、实验设备

四、实验内容与步骤

实验线路如图4-1，用户可根据自己使用的实验挂箱选择其中之一（首先把电路图有侧的钮子开关拨到左侧，去掉故障）。

                        图4-1

1.将两路稳压电源输出分别调节为12V和6V，接入E1和E2。K3投向电阻R5。

1.令电源E1单独作用时（将开关K1投向E1侧，开关K2投向短路侧），用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表格4-1。

表4-1  线性电路叠加原理的验证

2.令电源E2单独作用时（将开关K1投向短路侧，开关K2投向E2侧），重复实验步骤2的测量和记录数据入表4-1。

3.令E1和E2共同作用时（开关K1和K2分别投向E1和E2侧），重复上述的测量和记录。

4.将E2的数值增大两倍，调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录。

5.将R5换成一只二极管1N4007（即将开关K3投向二极管D侧）重复1～5的测量过程，数据记入表4-2中。

表4-2  含二极管的非线性电路

五、实验注意事项

1.用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性及数据表格中“＋、－”号的记录。

2.正确选用仪表量程并注意及时更换。

3.恒压源输出以接上负载后为准。

六、预习思考题

1.叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否直接将不作用的电源（E1或E2）置零（短接）？

2.实验电路中，若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？

七、实验报告

1.根据所测实验数据，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。

2.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？ 试用上述实验数据，进行计算并作结论。

3.通过表4-2所测实验数据，你能得出什么样的结论？

4.本次实验的收获与体会。

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