水位指示器的设计与实现-本科毕业论文.doc

水位指示器的设计与实现

班级：计算机1208班
姓名：杨学良
学号：20124032

目 录

第1章 概述 3
第2章 课程设计任务及要求 4
2.1 设计任务 4
2.2 设计要求 4
第3章 系统设计 5
3.1方案论证 5
3.2 系统设计 5
3.2.1 结构框图及说明 5
3.2.2 系统原理图及工作原理 8
3.3 单元电路设计 10
3.3.1单元电路工作原理 10
3.3.2元件参数选择 19
第4章 软件仿真 20
4.1 仿真电路图 20
4.2 仿真过程 21
4.3 仿真结果 29
第5章 安装调试 30
5.1 安装调试过程 30
5.2 故障分析 32
第6章 结论 33
第7章 使用仪器设备清单 34
参考文献 35
收获、体会和建议 36

第1章 概述

水位指示器的主要任务是保证日常生活和工业生产用水的稳定，经济的运行，减少对水资源的浪费，减轻工作人员的劳动强度。水位指示器的主要功能是使水箱，太阳能热水器等各种蓄水设备中的水位保持在一定的范围内：当水位达到某个规定的水位刻度时，指示灯即会亮起，提醒工作人员，保证水位在一个合理控制的范围内。从实用性和经济性出发，由555定时器、CD4042锁存器和运算放大器构成的水位指示器，可以用于家用太阳能热水器的水位指示，也可用于各种储水设备及水处理设备的水位指示。这种水位指示器采用脉冲的方式为采样电极供电，不仅能大大减少工作电源的消耗，而且可以采用普通金属电极作为水位探测电极而不被很快腐蚀，因此具有很强的实用价值。
本次设计使用的仿真软件为Multisim, Multisim是一种专门用于电子电路仿真和设计的EDA工具软件，属于Electronics workbench（简称EWB）系列软件的高版本。EWB仿真软件是一款很强大的电路设计软件，它为设计者提供各种元件及仪表。Multisim在保留了EWB原有的优点的基础上，大大的扩充了元件库中电路元件的数目，增强了软件仿真测试和分析功能，可实现模拟/数字电路的Spice仿真、VHDL/Verilog设计与仿真、RF电路仿真等。通过Multisim对电路的仿真，可证明此设计能够实现对水位的指示功能。

关键词 555 运算放大器 CD4042 水位指示 Multisim

第2章 课程设计任务及要求
2.1 设计任务
一、设计目的
1. 进一步熟悉中、小规模数字集成电路的工作原理及使用方法。
2. 掌握水位指示器的设计、组装与调试方法。
二、设计内容
2.2 设计要求
完成原理图设计、模拟仿真，按要求完成设计报告。
1.理论设计部分
⑴独立完成系统的原理设计。说明系统实现的功能，应达到技术指标，进行方案论证，确定设计方案。
⑵画出电路图，说明各部分电路的工作原理，初步选定所使用的各种器件的主要参数及型号，列出元器件明细表。
2.模拟仿真
⑴根据理论设计用multisim 7在计算机上进行仿真。验证所设计方案的正确性。
⑵分析电路的工作原理，写出仿真报告。
3.安装调试部分
⑴实现给定的数字式抢答器，进行单元测试和系统调试。
⑵若系统出现故障，排除系统故障，分析并记录系统产生故障的原因，并将此部分内容写在报告中。
4.写出课程设计总结报告

第3章 系统设计
3.1 方案论证
本次课程设计是基于我们的数字电子技术理论课来进行操作的，也涉及了
一些我们写没有见过的电路元件。
在人们的日常生活或者工业生产用水中，经常会用到水箱里面的水，如果水箱之类的盛水容器能够保持在一定的范围内，并能较为准确的显示出容积。
目前，555定时器构成的脉冲振荡器在工业生产和日常日常生活中有着越来越广泛的应用，各种各样的产品层出不穷，555高性能水位指示器作为555脉冲振荡器理论的实际应用的例子，其设计具有一定的代表性。
3.2 系统设计
3.2.1 结构及框图说明
由555构成的水位指示器，可以用于家用太阳能热水器的水位指示，也可用于各种储水设备及水处理设备的水位指示。这种水位指示器采用脉冲的方式为采样电极供电，不仅能大大减少工作电源的消耗，而且可以采用普通金属电极作为水位探测电极而不被很快腐蚀，因此具有很强的实用价值。555高性能水位指示器具体设计思路如图1.1 所示。

图 1.1 水位指示器设计图

根据电路设计的思路分析，可以用555构成的多谐振荡器，电压比较器，CD4042锁存器和发光二极管来构成水位指示器的电路。水位指示器的电路如图1.2所示。

图1.2水位指示器电路

555高性能水位指示器电路由脉冲振荡器、电压比较器和水位指示电路组成。与 , 、及 、组成一个窄脉冲振荡器。根据脉冲振荡器输出脉冲周期的计算公式：

它的脉冲占空比约等于0.027/1.386=1/51，可见采用这种脉冲供电方式，电源的利用率是很高的。
运算放大器A1~A4 组成4 级电压比较器，它的作用是通过检测水位电极与水位接触与否输出信号。将检测信号电压与基准设定电压进行比较，输出水位探测信号。
555高性能水位指示器电路中，、将工作电源分压后，取得约1v 的参考电压，加至4 个电压比较器的反相输入端，作为与水位探测信号电压的比较参考。4 个水位探测电极B1~ B4分别接到4个电压比较器的同相输人端。当探测电极未与水接触时，由脉冲电源提供的电压通过~ 分别向C6~C9充电，当充电电压升高到1v以上时，电压比较器输出高电平。当某一探测电极与水接触后，该电极的电压立即降低，当降到低于1v 时，该电压比较器输出低电平。
如果将水位探测电极B1~B4由低到高依次安装，并规定电压比较器输出高电平时称为"1" ，输出低电平时称为"0" ，则当无水时， 4 个电压比较器A1~A4 的输出组合为"1 、1 、1 、1" 。当向水箱注水时，首先由B1 与水接触， Al 输出低电平。这时电压比较器的输出组合变为"0 、1 、1 、1" ……当水满时， 4 个水位探测电极B1~ B4全部与水接触，电压比较器A1~A4 全部输出低电平，它们的输出组合为"0 、0 、0 、0"。
555高性能水位指示电路由CD4042 与LED1~LED4 组成。CD4042B 是一只4D锁存触发器，其内部封装有4 个D 触发器，每个触发器均能在时钟脉冲的作用下，将输入的数据进行锁定并传送到输出端。即当时钟脉冲的上升沿到来时，将数据锁存;当时钟脉冲的下降沿到来时，将数据输出。为了能够控制时钟脉冲的极性，CD4042B 还设有一个极性控制端CP 。当CP 接低电平时，时钟脉冲的上升沿起锁存作用，下降沿起传输作用;当CP 接高电平时，作用正好相反。
由水位比较器A1~A4 输出的信号按照"1111→0111→0011→0001→0000" 这样的顺序排列并依次输入到CD4042B 的数据输入端D1~D4 在由CP 端输入的时钟脉冲的控制下，它的输出端Q1~Q4 依次输出低电平， LED1~LED4 依次发光，指示水位的高低。
3.2.2 系统原理图及工作原理
555定时器电路结构

555定时器引脚图

2.1.1 555定时器的功能表
清零端
高触发端TH（6）
低触发端（2）
Qn+1
放电管
功能
0

0
导通
直接清零
1

0
导通
置0
1

1
截止
置1
1

Qn
不变
保持

窗口比较器电路及传输特性

锁存器是一种在单片微型计算机系统中应用非常广泛的逻辑电路元件。它的作用是锁存数据，即当锁存信号起锁存作用时，数据就被锁住，此后的待输入数据将无法输入；当锁存信号不起作用时，它相当于一个数据缓冲，此时输出数据将随着输入数据的变化而变化。
图2.3.1为钟控D触发器电路图。当CP=0时，=1，=1,由基本触发器的功能可知，触发器的状态Q维持不变。当CP=1时，D触发器的下一状态始终和D输入一致，起锁存功能。
表2.3.1 D触发器状态转移真值表

D

0

1
0

1

图2.3.1 钟控D触发器电路图

本次设计采用的是四D锁存器CD4042，它是由芯片内部的4个D触发器构成的元件。CD4042的引脚如图2.3.2所示。

图2.3.2 CD4042的引脚图

表2.3.2 四D锁存器CD4042的功能表
输 入
输 出

↑

×
锁存

↓

×
锁存

3.3 单元电路设计
3.3.1 单元电路工作原理
一，555定时器
图2.1.2时器的引脚图，各引脚功能如下所述：
1脚：GND电源负端或接地，一般情况下接地。
2脚：为低电平触发端，也称为触发端输入端，由此输入触发脉冲。当2端的输入电压高于时，的输出为1；当2端的输入电压低于时，的输出为0，使基本RS触发器置1，即；。这时定时器输出。
图 2.1.1 555定时器电路结构

图2.1.2 555定时器引脚图

3脚：为输出端,输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等。输出高电压低于电源电压约1～3V。
4脚：为是复位端，端接低电平时，不论、TH处于何电平，基本RS触发器直接置“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：为CO为控制电压端。若此端另接外接电压，则可改变内部两个比较器、的参考电压。工作中不使用CO端时，一般都通过一个0.01μF电容接地，以防旁电路高频干扰。
6脚：为TH高电平触发端，又叫做阈值输入端，由此输入触发脉冲。当输入电压低于时，的输出为1；当输入电压高于时，的输出为0，使基本RS触发器置0，即、。这时定输时器出。
7脚：D为放电端。当基本RS触发器的时，放电晶体管导通，外接电容元件通过放电。555定时器在使用中大多与电容器的充放电有关，为了使充放电能够反复进行，电路特别设计了一个放电端D。
8脚：为外接电源，双极型时基电路的范围是4.5～16V，若为CMOS电路，时基电路的范围为3～18V;
两个比较器、基准电压分别为，555时基电路的功能表如表2.1.1：

2.1.1 555定时器的功能表
清零端
高触发端TH（6）
低触发端（2）
Qn+1
放电管
功能
0

0
导通
直接清零
1

0
导通
置0
1

1
截止
置1
1

Qn
不变
保持

二、电压比较器
电压比较器通常由集成运放构成，与普通运放电路不同的是，比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输入端加上一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。在分析电压比较器时，虚断路原则仍成立，虚短及虚地等概念仅在判断临界情况的时候才适应。
电压比较器是将一个模拟输入信号与一个固定的参考电压进行比较。 参考电压为零的比较器称为零电平比较器。按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器，如图2.2.1(a)、(b)所示：

图2.2.1 过零比较器 
     (a)反相输入；(b)同相输入

通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。
阈值电压(又称门槛电平)是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符号表示。
估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。这个临界条件是集成运放两个输入端的电位相等(两个输入端的电流也视为零)，即。对于图2.2.1(a)电路，。
传输特性是比较器的输出电压与输入电压在平面直角坐标上的关系。
画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高(正向过程)和输入电压由最高到最低(负向过程)两种情况下，输出电压的 变化规律，然后画出传输特性。
将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压(设为直流电压)，由于的大小和极性均可调整，电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。
图2.2.2 任意电平比较器及传输特性
(a) 任意电平比较器；(b)传输特性

电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差。也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近 变化时，输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输出状态产生误动作。为了提高电压比较器的抗干扰能力，下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。

图2.2.3 电平检测比较器信传输特性
 (a)电平检测比较器；(b)传输特性

滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。是某一固定电压，改变的值能改变阈值及回差大小。38电子
以图2.2.4(a)所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性。

图2.2.4 滞回比较器及其传输特性
(a) 反相输入；(b)同相输入

①、正向过程
正向过程的阈值为

形成电压传输特性的abcd段。
②、负向过程
负向过程的阈值为

形成电压传输特性的defa段。由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图2.24(b)所示的同相滞回比较器的两个阈值：

两个阈值的差值Δ称为回差.
由上分析可知，改变值可改变回差大小，调整可改变和，但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。

图2.2.5 比较器的波形变换
 (a)输入波形；(b)输出波形

例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图2.2.6(a)、(b)所示。根据传输特性和两个阈值(＝2V, =–2V)，可画出输出电压的波形，如图2.2.6(c)所示。从图(c)可见，在与之间变化，不会引起的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。
图2.2.6 说明滞回比较器抗干扰能力强的图
   (a)已知传输特性；(b)已知波形；
  (c)根据传输特性和波形画出的波形
电平比较器和滞回比较器有一个共同特点，即单方向变化(正向过程或负向过程)时，只跳变一次。只能检测一个输入信号的电平，这种比较器称为单限比较器。
双限比较器又称窗口比较器，它的特点是输入信号单方向变化(例如从足够低单调升高到足够高)，可使输出电压跳变两次，其传输特性如图2.2.7(b)所示，它形似窗口，称为窗口比较器。窗口比较器提供了两个阈值和两种输出稳定状态可用来判断是否在某两个电平之间。

图2.2.7 窗口比较器电路及传输特性
  (a)窗口比较器；(b)传输特性

三 CD4042锁存器
图2.3.1为钟控D触发器电路图。当CP=0时，=1，=1,由基本触发器的功能可知，触发器的状态Q维持不变。当CP=1时，D触发器的下一状态始终和D输入一致，起锁存功能。
表2.3.1 D触发器状态转移真值表

D

0

1
0

1

图2.3.1 钟控D触发器电路图

本次设计采用的是四D锁存器CD4042，它是由芯片内部的4个D触发器构成的元件。CD4042的引脚如图2.3.2所示。

图2.3.2 CD4042的引脚图

表2.3.2 四D锁存器CD4042的功能表
输 入
输 出

↑

×
锁存

↓

×
锁存

四 水位指示LED
发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 　　发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。
与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低；工作电流很小；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。
发光二极管有共阴极和共阳极两种接法。对于共阴极的显示器，某一段接高电平时发光；对于共阳极的显示器，某一段接低电平时发光。本次水位指示采用的是共阳极接法。
3.3.2 元件参数选择

第4章 软件仿真

4.1 仿真电路图
总电路的仿真如图4.2.1所示。用开关A和B代表水位的位置，当水位到达A和B所代表的位置时，开关A、B闭合，LED1和LED2都发光，如图4.2.2。

图4.2.1 总电路仿真

图4.2.2 总电路仿真
4.2 仿真过程
一、 打开仿真软件Multisim7，新建文件“水位指示器.ms7”
二、 对元件的操作
1、创建元件
对于元件库中没有的元件，可以根据已知的模型参数进行创建。创建后的元件只能存在User数据库中。创建元件，选择Tools/Create Component…命令，程序会自动引导创建元件，即出现Create Component Wizard对话框。下面以晶体管9013为例说明创建过程。
（1）输入元件的基本属性，如图3.2.1所示。其中在Component Name文本框键入元件名；在Component Type下拉列表框选择元件类型。
（2）在如图3.2.2对话框中设置元件的封装参数。

图3.2.1 图3.2.2

（3）在如图3.2.3所示的对话框中编辑元件的符号。
（4）在如图3.2.4所示的对话框中编辑元件封装形式中引脚名称与编号的对应关系。

图3.2.3 图3.2.4

（5）编辑元件的模型参数。
（6）编辑仿真模型中引脚名称与编号的对应关系。
六步完成之后，单击Finish按钮，此元件就添加到元件库中了。

2、对元件赋值
如需要对器件赋值，则用鼠标双击器件（例如电容），出现一个赋值对话框，如图3.2.5所示。然后点击Edit按钮，在如图3.2.6所示对话框中对电容进行赋值即可。

图3.2.5 图3.2.6

3、旋转元件
要旋转一个在电路窗口中的元件，即右击元件，弹出如图3.2.7所示的快捷菜单，进行相应操作。
Flip Horizontal（水平翻转）、Flip Vertical（垂直翻转）、90 Clockwise（顺时针转90°）、90 ClockwiseCW（逆时针转90°）。当然也可在选中元件后，选择Edit菜单栏中相应的命令进行操作。
4、替换原件
若替换一个在电路中的元件，首先双击元件，也可选中元件后选择Place｜Replace Component命令，出现所选元件的对话框，如图3.2.8所示。然后单击Replace按钮，则出现Component Browser浏览器，选择合适的元件，单击OK即可。
5、移动元件
若移动一个在电路窗口中的元件，首先单击此元件，将元件选中，按住鼠标将元件拖动至合适位置，再释放鼠标，元件就被放置在电路窗口中了。

图3.2.7 图3.2.8

三、绘图的基本操作
1、 连线
在电路图窗口中，通过连线（Wire）将元件与元件或元件与仪器连接起来。Multisim中没有专门的连线命令，是自动的连线功能。其过程为：将鼠标置于元件的端点处，光标变成一个黑色的点，说明可以连线了。然后拖动鼠标，出现虚线。到达另一端点处单击，则连线完成，松开鼠标即可。
2、改变连线颜色
改变连线颜色，只需将光标移到连线上，右击即弹出快捷菜单，如图3.2.9所示。然后选择Color命令，出现Color设置对话框就可以设置新的颜色了。

图3.2.9 图3.2.10

3、删除、移动连线
首先选中连线，方法是单击连线，处于选中状态的连线如图3.2.10所示。删除连线只需单击Delete键即可。
移动连线则按住鼠标左键，拖动连线至合适位置即可。
4、放置连接点
在Multisim中，若连线成T型交叉时，会自动出现连接点（Junction）。手动放置连接点，需选择Edit｜Place Junction命令，光标上就出现一个连接点，然后拖动连接点至合适位置，再单击就行了。

四、555构成多谐振荡器的仿真验证
此电路用于产生一个周期性的时钟脉冲。从前面章节1-2-2中我们可以知道，IC与,、及、组成一个窄脉冲振荡器。根据脉冲振荡器输出脉冲周期的计算公式可知，它的脉冲占空比约等于0.027/1.386=1/51。为了能够短时间内看见波形，将10改成。
在Multisim仿真软件中连接好电路图，将时钟脉冲发生电路的输出端接到示波器的A通道端口，如图4.1.1所示。运行电路，然后双击示波器，则出现的波形图如图4.1.2所示。由此555构成的脉冲振荡器功能得到了验证。

图4.1.1 555多谐振荡器功能验证图

图4.1.2 555多谐振荡器波形图

五、电压比较器的验证
运算放大器A1~A4 组成4 级电压比较器，它的作用是通过检测水位电极与水位接触与否输出信号。将检测信号电压与基准设定电压进行比较，输出水位探测信号。
在Multisim仿真软件中连接好电路图，将电压比较器的的输出端接到电压表正极端口，将电压表的负极端口接地，如图4.1.3所示。运行电路，将开关A打开的时候，电压比较器的同相端输入高于反相端输入，此时，电压比较器输出高电平，如图4.1.4所示。将开关A闭合时，电压比较器的同相端输入低于反相端输入，此时，电压比较器输出低电平，如图4.1.5所示。

图4.1.3 电压比较器功能验证

图4.1.4 电压比较器输出高电平

图4.1.5 电压比较器输出低电平

六、CD4042锁存器的验证
在Multisim仿真软件中连接好电路图，当开关B接低电平时，数据不进行锁存，即当开关A接高电平时，X1发光；当开关A接低电平时，X1不发光，如图4.1.6所示。当开关B接高电平时，数据进行锁存，即此时无论开关A接高电平或者低电平，X1的状态都是不变的，如图4.1.7所示。由此证明CD4042锁存器的功能正常。

图4.1.6 CD042锁存器功能验证

图4.1.7 CD4042锁存器功能验证
4.3 仿真结果
总电路的仿真如图4.2.1所示。用开关A和B代表水位的位置，当水位到达A和B所代表的位置时，开关A、B闭合，LED1和LED2都发光，如图4.2.2。

图4.2.1 总电路仿真

图4.2.2 总电路仿真
由以上验证及仿真可证明，本电路可以实现水位指示的功能。

第5章 安装调试

5.1 安装调试过程
由于实验器件的原因，本次数字电子技术课程设计安装调试部分给定了我班
共同的数字系统——交通灯定时控制系统。本次安装调试部分以实物验收的形式提交，学生自由组合，2人一组。实验室提供：印刷电路板、电烙铁、芯片 74190、74161、74138、7432、7404、7400、555定时器、电阻等，学生先在Multisim仿真，在规定时间在实验室焊接、调试、验收。
实验分为基本设计任务和扩展设计任务。
基本设计任务要求如下：
1. 十字路口设有红，黄，绿指示灯；有数字显示通行时间，以秒为单位作减法计数。
2. 主，支干道交替通行，主干道每次绿灯亮30s，支干道每次绿灯亮20s。
3. 每次绿灯变时，黄灯先亮5s（此时另一干道上的红灯不变），指示变红灯时，黄灯先亮5s（此时另一干道上的红灯不变）。
4. 当主，支干道任意干道出现特殊情况时，进入特殊运行状态，两干道上所有车辆都禁止通行，红灯全亮，时钟停止工作。
5. 要求主，支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0-99s任意设定。
扩展设计任务要求如下：
1.满足以2位数（2片74190）实现计数器的30、20秒倒计时；
2.满足信号灯的工作顺序流程图中不同颜色灯的闪烁。

交通灯定时控制系统参考电路图如5-2

图5-2 参考电路
5.2 故障分析
出现故障：红绿灯闪烁顺序不对。
故障分析和解决：焊接的经验不足，导线看起来杂乱无章，越连越乱，按照仿真电路一点一点仔细连接，最后测试成功。
出现故障：电路中某些芯片没有工作。
故障分析和解决：芯片没有工作，是因为芯片的电源引脚没有接到正确的电源线上。或者电板上的电源和地接到了一起。

第6章 结论

本次毕业设计我的题目是水位指示器的设计与仿真，一拿到题目，便对其进行仔细分析研究，并且在老师的指点下，确定了要实现水位指示的主要模块，即脉冲振荡器，电压比较器，以及水位指示电路。之后便是对这几个部分中所用到的芯片的功能进行的具体分析和研究，终于设计出了水位指示器，再对三个部分进行合理配置，以达到题目的要求，连接好电路对每个部分的元器件进行仿真，都能正常工作。这个电路的原理其实也不是很复杂，所以经过仔细的连接调试，整个电路很快的就实现了题目所要求的功能。本次毕业设计的脉冲振荡器用的是555定时器构成的多谐振荡器，555定时器使用方便、灵活，因而被广泛应用。
完成了电路的设计，再对电路图的连接和仿真过程中，我充分的了解了仿真软件Multisim软件。Multisim是一款强大的设计软件，它是EWB仿真软件的最高版本，Multisim在保留了EWB原有优点的基础上，Multisim仿真软件在保留了EWB原有优点的基础上，大大扩充了元件库中电路元件的数目，增强了软件的仿真测试和分析功能，可实现模拟/数字电路的Spice仿真、VHDL/Verilog设计与仿真、RF电路仿真等多种仿真功能。最突出的是软件中提供各种虚拟仪器。其控制面板外形和操作方式都与实物相似，可实现虚拟实验。软件带有丰富的电路元件库，并提供多种电路分析方法。可采用直观的电路图输入方式。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运行的窗口上选取。Multisim仿真软件操作起来也方便、易学易用，很适合电子类课程的教学和实验。
在仿真的过程中我也遇到了很多问题，例如在验证555的时候，发现等了很长时间都观察不到波形，经过试验，才发现是电容值过大的原因等等。在解决完这些问题后终于验证出了电路的正确性。

第7章 使用仪器设备清单
4042BT_5V 1个
OPAMP_3T_VIRTUAL 2个
555定时器 1个
电压9V 1个
二极管 若干
电阻 若干
电容 若干
导线 若干

参考文献

1.马学文,李景宏 主编，电子技术实验教程。北京：科学出版社，2013.03
2李晶皎，李景宏 编著.数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，2012
3.高吉祥，易凡 编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2002
4.陈大钦 编著. 电子技术基础实验. 北京：高等教育出版社，2000
5.李晶皎,李景宏 主编.逻辑与数字系统设计.清华大学出版社
6.李景华,杜玉远 主编.可编程逻辑器件及EDA技术.东北大学出版社
7.马学文,赵丽红 主编.数字逻辑与数字系统习题解答与实验指导.电子工业出版社
8.谢自美 主编.电子线路设计、实验、测试》（第二版）.华中理工大学出版社
9.梁宗善 主编.新型集成电路的应用.华中理工大学出版社
10.彭介华 主编.电子技术课程设计指导.高等教育出版社

收获、体会和建议

经过数字电子技术理论课的学习，我们进行了一次数字电子课程设计，并在这个假期完成了课程设计报告。通过本次课程设计，我巩固了很多以前学过的理论知识，更学会了很多课本上学不到的东西，同时也加强了我的动手、思考和解决问题的能力，受益匪浅。在此，我要感谢给予我们精心辅导的马老师和实验室的迟老师！
在做课程设计之前，马老师已经通过数字电子技术理论课为我们详细讲述了数字电子的基础知识，以及各中小规模集成芯片的相关知识和工作原理。在以前第几次小型数字电子技术实验中，我们也通过迟老师的指导和自己的实践操作培养了一些在电子实验中连接电路、检查电路以及电路仿真的能力。而对于像数字抢答器这样大规模的电路连接和仿真，我们还是头一次遇到，这对于我们来说是一次很大的挑战。
我们在实验室的主要任务是实际操作。虽然老师已经给出了总体的电路图，但是对于这样的电路连接，我们还是遇到了许多问题。比如，一开始我根本不知道电路从哪里开始连接，只是看到电路图中哪里有导线就连哪里，结果没过一会儿就连乱套了，还得需要重新检查。另外，在连接之前，我们需要将每一根导线都进行一次检查，这也是一件很浪费时间的事情。总之，这次连接电路图把我弄得手忙脚乱，连接完毕之后也没有运行成功。
接下来要进行的就是检查电路的工作，这是一项比连接电路还要麻烦的任务，因为电路运行出错的原因有很多，而我们对于实际操作的经验又很少，检查电路的方法了解的也不是十分深刻。首先，我发现我的数码管显示不出正常的数字，我很快反应到可能是译码器与数码管之间的对应段连接错误。果然，我发现自己把译码器上的a连在了数码管的b上，经过修改，这个问题被解决了。后来我又发现启动、复位功能以及红绿指示灯都不能正常工作，而且按照电路图检查电路并没有发现错误。于是我找到迟老师进行询问，老师告诉我实验箱上还有一个测量高低电平以及高阻态的逻辑笔，可以用它对电路中的每一个部分进行检查。在老师的帮助下，我又找到了一个又一个连接上的错误，终于按时将电路连接成功。
进入了假期，我们还要进行电路仿真和完成报告的工作。对于一次课程设计，只进行电路的连接是远远不够的，我们还要深入理解电路中每一个元件的工作原理，并且要对电路进行软件仿真。在这个电路中，除了我们学过的一些常见的芯片之外，还有74LS373锁存器、555定时器等我们从未见过的芯片。为了弄懂这些芯片的功能，我又查阅了前几年数字电子的教材以及一些其他的相关文献，也从网上查阅了一些资料。经过一番努力，终于将这些问题解决。在这个过程中，我觉得是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时又没有好好的运用和理解各个元件的功能，而且考试的内容有限。所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，对其在电路中的使用也有了更多的认识。
软件仿真也不是一件容易的事情。对于Multisim7这个软件，以前也只是做过最基本电路的仿真，对于大型一点的电路，许多地方还是与实际电路有区别的。比如，在使用共阴极数码管时，每次打开开关，都会显示“Timestep too small”的字样。后来经上网查阅才知道，共阴极数码管要尽量使用三角形的“数字地”，使用普通接地就会出现上述的问题。“时间步长”问题也是我第一次遇到的，刚开始我还以为能够加快仿真速度，后来也是上网查阅资料才知道，要想解决这个问题，只能改变元件的参数。另外，在使用开关时，我开始不知道怎样将开关开启和关闭，后来经过询问同学才将问题得到解决。总之，假期完成报告和软件仿真的工作远远没有以前想象的那么简单。
通过这次课程设计,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，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中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。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。课程设计培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力，更让我体会到实现电路功能喜悦！