數(shù)字電路倒計時畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　由于集成電路制造技術(shù)的發(fā)展日新月異，電子電路的設(shè)計日趨復(fù)雜。為了能在設(shè)計電路實現(xiàn)之前，了解環(huán)境因素對電路的影響，我們可以利用電腦輔助軟件進行電路模擬與分析設(shè)計，并進行輸入與輸出信號響應(yīng)的驗證，可以有效地節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)的時間與成本。因此，本文利用了multisim軟件進行了電路仿真。</p><p>&

2、lt;b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　倒計時系統(tǒng)從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。目前，倒計時系統(tǒng)的功能越來越強，且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。學(xué)會制作倒計時系統(tǒng)，可以進一步的了解各種中小規(guī)模集成電路的作用并掌握實用方法和各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。</p><p>　　1.2 Multis

3、im軟件的應(yīng)用</p><p>　　EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子工業(yè)中不可缺少的一項技術(shù)，是電類專業(yè)學(xué)生就業(yè)的基本條件之一。Multisim軟件把實驗過程涉及到的電路、儀器以及實驗結(jié)果等一起展現(xiàn)在使用者面前，在使用過程中就像在實驗室中進行，電路參數(shù)調(diào)整方便，絕不束縛思維想象和電路創(chuàng)新。</p><p>　　Multisim軟件可以用于幾乎包含電類專業(yè)的所有學(xué)科的仿真教學(xué)，例如：電工基礎(chǔ)、電路、低頻

4、電路、高頻電路、脈沖與數(shù)字電路、電視機電路、音響電路、電子測量電路、射頻電路、機電電路、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計、數(shù)字電路課程設(shè)計以及綜合課程設(shè)計等。Multisim軟件仿真元器件多，大約一萬六千多個，其中包含各種信號源庫、基本元件庫、晶體二極管庫、晶體三極管庫、運放庫、TTL器件庫、CMOS器件庫、單元邏輯器件庫及可編程邏輯器件庫、數(shù)字模擬混合庫、指示元件庫、雜散元器件庫、數(shù)學(xué)控制模型庫、機電元件庫。仿真儀器儀表使用方便，約束條件少。在仿

5、真中步驟如下：①根據(jù)原理圖放置元器件；②連接導(dǎo)線；③單擊仿真開關(guān)進行仿真；④利用虛擬儀器儀表觀察仿真結(jié)果[1]。</p><p>　　1.3 倒計時顯示系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　倒計時顯示系統(tǒng)的計時裝置廣泛用于大型活動場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚娘@示設(shè)備。其中倒計時數(shù)字系統(tǒng)分為兩部分，一部分是實現(xiàn)時、分、秒計時的功能的作用，另外一部分是實現(xiàn)日期的倒計，起到倒計時顯示功能的作用

6、。</p><p>　　2 設(shè)計目的和要求指標(biāo)</p><p>　　設(shè)計任何產(chǎn)品，都要有每個產(chǎn)品的設(shè)計目的和要求指標(biāo)，這樣在設(shè)計的時候，就能夠圍繞著目的和指標(biāo)進行有效的設(shè)計。</p><p><b>　　2.1 設(shè)計目的</b></p><p>　　掌握倒計時顯示系統(tǒng)的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。設(shè)計一款多功能倒計時顯示系

7、統(tǒng)，必須要明確所要實現(xiàn)的目的。倒計時系統(tǒng)電路是由主體電路和部分電路兩部分構(gòu)成，在整個倒計時系統(tǒng)中，基本功能部分由主體電路實現(xiàn)，校準(zhǔn)功能由部分電路實現(xiàn)。校準(zhǔn)電路的作用非常關(guān)鍵，其作用是在時間不準(zhǔn)的情況下，進行及時的校正并能設(shè)置正確時間參數(shù)。校準(zhǔn)電路的功能實現(xiàn)，需要由555定時器電路給其提供一個基準(zhǔn)脈沖。一般倒計時系統(tǒng)設(shè)計中，秒的校準(zhǔn)電路可以不必設(shè)計。</p><p>　　2.2 設(shè)計要求指標(biāo)</p>

8、<p>　　在整個系統(tǒng)中，設(shè)計指標(biāo)非常重要，能否達到指標(biāo)，就能說明所設(shè)計的產(chǎn)品是否合格的關(guān)鍵。在本次設(shè)計中，所要實現(xiàn)的指標(biāo)為：能夠正確數(shù)字顯示所有的時間參數(shù)；利用555定時器制作一個產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率1Hz的脈沖信號電路；分與秒的計數(shù)要求為60進制，時的計數(shù)要求為24進制，天的計數(shù)方式要求為遞減功能；并且在電路中的天、時、分能夠?qū)崿F(xiàn)快速的校準(zhǔn)[4]。</p><p><b>　　3 邏輯電路知識

9、</b></p><p>　　本次設(shè)計中，主要利用數(shù)字電路進行設(shè)計，所以在設(shè)計前，必須要了解一些基本邏輯電路知識，這樣在設(shè)計的時候能夠更好的設(shè)計出所要的產(chǎn)品，減少不必要的設(shè)計。</p><p><b>　　3.1 數(shù)制</b></p><p>　　在表示數(shù)時，僅用一位數(shù)碼管往往是不夠用的，必須用進位計數(shù)的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼

10、每一位的構(gòu)成以及從低位到高位的進位規(guī)則稱為進位計數(shù)制，簡稱進位制。日常生活中，最常用的進位數(shù)制是十進制。而在數(shù)字系統(tǒng)中，多采用二進制數(shù)，有時也采用八進制數(shù)或十六進制數(shù)。二進制代碼不僅可以表示數(shù)值，而且可以表示符號及文字，使信息交換靈活方便。BCD碼是用4位二進制代碼代表1位十進制數(shù)的編碼，有多種BCD碼形式，最常用的是8421BCD碼。倒計時顯示系統(tǒng)設(shè)計用到的計數(shù)器只識別二進制數(shù)[2]。 </p><p>　　3

11、.1.1 十進制</p><p>　　十進制特點是“逢十進一”，有0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十個數(shù)碼。一個數(shù)的大小決定于數(shù)碼的位置，即數(shù)位。例如十進制數(shù)1995可寫成展開式：</p><p>　　1995=1*103+9*102+9*101+5*100</p><p>　　3.1.2 二進制</p><p>　　二進制數(shù)的特點

12、是“逢二進一”，只有0，1兩個數(shù)碼。從二進制數(shù)的特點可以看到它具有的優(yōu)點。第一，只有兩個數(shù)碼，只需反映兩種狀態(tài)的元件就可表示一位數(shù)。因此，構(gòu)成二進制數(shù)電路的基本單元結(jié)構(gòu)簡單。第二，儲存和傳遞可靠。第三，運算簡便，所以在計算機中都使用二進制數(shù)。</p><p>　　3.1.3 十六進制</p><p>　　用二進制表示一個較大的數(shù)，位數(shù)太多，書寫和閱讀均不方便，因此在計算機中還常常使用十六

13、進制數(shù)。十六進制的特點是“逢十六進一”，有0-9，A-F這16個數(shù)碼。</p><p>　　十進制、二進制、十六進制數(shù)制對照表如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 數(shù)制對照表</p><p>　　3.2 數(shù)字電路的特點與分類</p><p>　　在本次設(shè)計中，主要采用的是中小規(guī)模集成器件，設(shè)計中的每部分?jǐn)?shù)字電路都有不同的特點，根

14、據(jù)不同的設(shè)計原理，數(shù)字電路還可為多種類型。</p><p>　　3.2.1 數(shù)字電路的特點</p><p>　?。?）工作信號是二進制的數(shù)字信號，在時間上和數(shù)值上是離散的（不連續(xù)），反映在電路上就是低電平和高電平兩種狀態(tài)（即0和1兩個邏輯值）。</p><p>　　（2）在數(shù)字電路中，研究的主要問題是電路的邏輯功能，即輸入信號的狀態(tài)和輸出信號的狀態(tài)之間的關(guān)系。&l

15、t;/p><p>　?。?）對組成數(shù)字電路的元器件的精度要求不高，只要在工作時能夠可靠地區(qū)分0和1兩種狀態(tài)即可[12]。</p><p>　　3.2.2 數(shù)字電路的分類</p><p><b>　?。?）按集成度分類</b></p><p>　　數(shù)字電路可分為小規(guī)模（SSI，每片數(shù)十器件）、中規(guī)模（MSI，每片數(shù)百器件）、

16、大規(guī)模（LSI，每片數(shù)千器件）和超大規(guī)模（VLSI，每片器件數(shù)目大于1萬）數(shù)字集成電路。集成電路從應(yīng)用的角度又可分為通用型和專用型兩大類型[17]。</p><p>　?。?）按所用器件制作工藝的不同分類</p><p>　　數(shù)字電路可分為雙極型和單極型兩類。</p><p>　　（3）按照電路的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同分類</p><p>　　

17、數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩類。組合邏輯電路沒有記憶功能，其輸出信號只與當(dāng)時的輸入信號有關(guān)，而與電路以前的狀態(tài)無關(guān)。時序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號不僅和當(dāng)時的輸入信號有關(guān)，而且與電路以前的狀態(tài)有關(guān)。</p><p>　　3.3 元器件介紹</p><p>　　在設(shè)計中，所需要的元器件種類很多，能否實現(xiàn)預(yù)期目的，首先要對元器件進行分析并能了解元器件功能。</p&g

18、t;<p>　　3.3.1 74LS00集成芯片</p><p>　　74LS00芯片是2輸入端四與非門，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 74LS00結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)圖3.1所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由4個2輸入與非門組成，管腳7接地，管腳14接Vcc。</p><p>　　74LS00邏

19、輯功能如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 74LS00邏輯功能表</p><p>　　根據(jù)表3.2可以得出這樣的結(jié)論：輸入端全為1時，輸出端才為0；只要有一個輸入端為0，輸出端就為1。</p><p>　　3.3.2 74LS10集成芯片</p><p>　　74LS10芯片是3輸入端3與非門，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。三個輸

20、入端有一個為0，則輸出端為1，只有全部輸入端為1，輸出端才為0。</p><p>　　圖3.2 74LS10結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)圖3.2可以看出，74LS10芯片內(nèi)部由3個3輸入與非門組成，管腳7接地，管腳14接Vcc。74LS10邏輯功能如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 74LS10邏輯功能表</p><p&g

21、t;　　根據(jù)表3.3可以得出這樣的結(jié)論：輸入端全為1，輸出端才為0；只要有一個輸入端為0，輸出端就為1。</p><p>　　3.3.3 74LS20集成芯片</p><p>　　74LS20芯片是4輸入雙與非門，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)圖3.3可以看出，74LS20芯片內(nèi)部由2個4輸入與非門組成，管腳7接地，管腳14接Vcc。&l

22、t;/p><p>　　74LS20邏輯功能如表3.4所示。</p><p>　　表3.4 74LS20邏輯功能表</p><p>　　根據(jù)表3.4可以得出這樣的結(jié)論：輸入端全為1時，輸出端才為0；只要有一個輸入端為0，輸出端就為1。</p><p>　　3.3.4 74LS04集成芯片</p><p>　　74LS04

23、芯片是6反相器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 74LS04結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)圖3.4可以看出，74LS04芯片內(nèi)部由6個非門組成，管腳7接地，管腳14接Vcc。</p><p>　　74LS04邏輯功能如表3.5所示。</p><p>　　表3.5 74LS00邏輯功能表</p>

24、<p>　　根據(jù)表3.5可以得出這樣的結(jié)論：輸入端為1時，輸出端為0；輸入端為0，輸出端就為1。</p><p>　　3.3.5 74LS51集成芯片</p><p>　　74LS51是2-3/2-2輸入端雙與或非門，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 74LS51結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)圖3

25、.5可以看出，74LS04芯片內(nèi)部由2個與或非門組成，管腳7接地，管腳14接Vcc。</p><p>　　74LS51邏輯功能如表3.6所示。</p><p>　　表3.6 74LS51邏輯功能表</p><p>　　根據(jù)表3.6可以看出，H表示高電平，L表示低電平，×表示不定。</p><p>　　3.3.6 74LS48B

26、CD-七段譯碼器/驅(qū)動器</p><p>　　在倒計時顯示系統(tǒng)中，所要實現(xiàn)的目的是用七段顯示數(shù)碼管顯示出時間和天數(shù)。顯示器件的種類很多，而用來顯示驅(qū)動譯碼器有各種不同的規(guī)格。譯碼器也是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲器尋址和組合控制信號等。

27、譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在本次設(shè)計中所用到的譯碼器是共陰極譯碼器74LS48，用74LS48把輸入的8421BCD碼ABCD譯成七段輸出a～g，再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)。 74LS48七段譯碼器/驅(qū)動器是一種功能較全的顯示譯碼器，輸出高電平有效，用來驅(qū)動共陰極顯示器[7]。它的管腳分布圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 74LS48譯碼器</p><p&g

28、t;　　根據(jù)圖3.6可以看出，管腳7、1、2、6分別對應(yīng)輸入信號的A、B、C、D，管腳13、12、11、10、9、15、14分別對應(yīng)輸出到數(shù)碼管中的a～g腳。</p><p>　　74LS48的功能表如表3.7所示。</p><p>　　表3.7 74LS48的功能表</p><p>　　在這要說明的是BI/RBO是一個特殊的端鈕，有時用作輸入，有時用作輸出。&l

29、t;/p><p>　　由74LS48的功能表可以看出，為了增強器件的功能，設(shè)置了一些輔助控制端。下面交介紹這些控制端的功能。</p><p>　　（1）滅燈輸入BI/RBO</p><p>　　當(dāng)BI/RBO作為輸入使用，且BI=0，數(shù)碼管七段全滅，與譯碼器信號輸入無關(guān)。</p><p>　?。?）試燈輸入端LT</p><p

30、>　　當(dāng)LT=0時，數(shù)碼管的七段全亮，與輸入的譯碼信號無關(guān)。該輸入端可用來檢查74LS48及數(shù)碼管的好壞。</p><p>　?。?）動態(tài)滅零輸入端RBI</p><p>　　當(dāng)LT=1，RBI=0，且譯碼輸入全為0時，該位輸出不顯示，即0字被熄滅。當(dāng)譯碼輸入非0時，則正常顯示。</p><p>　?。?）動態(tài)滅零輸出端RBO</p><p

31、>　　BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當(dāng)LT=1，且RBI=0，RBO=0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0。若LT=0或者LT=1且RBI=1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。</p><p>　　3.3.7 74LS160集成芯片</p><p>　　集成十進制同步加法計數(shù)器74LS160、74LS162的引腳排列圖、邏輯

32、功能示意圖與74LS161、74LS163相同。不同的是，74LS160和74LS162是十進制同步加法計數(shù)器，而74LS161和74LS163是4位二進制（16進制）同步加法計數(shù)器。此外，74LS160和74LS162的區(qū)別是，74LS160采用的是異步清零方式，而74LS162采用的是同步清零方式。在本次設(shè)計中主要采用74LS160芯片，其引腳排列圖如圖3.7所示。</p><p>　　根據(jù)圖3.7所顯示的內(nèi)

33、部結(jié)構(gòu)看以看出，管腳8接地，管腳16接高電平，管腳11、12、13、14為輸出信號，一般此4個輸出信號對應(yīng)譯碼器中的6、2、1、7管腳。管腳2為CP信號輸入脈沖，15腳為進位脈沖信號。在本次設(shè)計中管腳3、4、5、6做接地處理。74LS160功能表如表3.8所示。</p><p>　　表3.8 74LS160功能表</p><p>　　在表3.8中，H表示高電平，L表示低電平，×

34、表示任意，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)MR腳為低電平，其他管腳任意時，該芯片處于清零模式；當(dāng)管腳MR為高電平，PE為低電平，CET、CEP管腳任意時，該芯片處于置數(shù)模式；當(dāng)管腳MR、PE、CET、CEP都為高電平時，該芯片處于計數(shù)模式；當(dāng)管腳MR、PE為高電平，管腳CET為低電平，管腳CEP任意時，該芯片處于保持模式；當(dāng)管腳MR、PE為高電平，管腳CEP為低電平，管腳CET任意時, 該芯片處于保持模式[11]。</p>&l

35、t;p>　　3.3.8 74LS192集成芯片</p><p>　　74LS192是雙時鐘集成十進制同步可逆計數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74193相同。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3.8所示。</p><p>　　根據(jù)圖3.8所顯示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看以看出，管腳8接地，管腳16接高電平，管腳3、2、6、7為輸出信號，一般此4個輸出信號對應(yīng)譯碼器中的7、1、2、6管腳。管腳4為CP信號輸入脈

36、沖，13腳為進位脈沖信號。在本次設(shè)計中管腳1、9、10、15不做處理。</p><p>　　74LS192功能表如表3.9所示。</p><p>　　表3.9 74LS192功能表</p><p>　　在表3.9中，1表示高電平，0表示低電平，×表示任意， 表示脈沖。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)CR腳為高電平，其他管腳任意時，該芯片處于清零模式；當(dāng)管腳L

37、D為低電平，CR為低電平，CPU 、CPD管腳任意時，該芯片處于置數(shù)模式；當(dāng)管腳CPD、LD都為高電平，CR管腳為低電平，CPU為脈沖時，該芯片處于加法計數(shù)模式；當(dāng)管腳CPU、LD為高電平，管腳CR為低電平，管腳CPD為脈沖時，該芯片處于減法計數(shù)模式；當(dāng)管腳LD、CPU、CPD為高電平，管腳CR為低電平時， 該芯片處于保持模式。</p><p>　　3.3.9 LED顯示器</p><p&g

38、t;　　在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將數(shù)字、文字和符號的二進制編碼以成人們習(xí)慣的形式直觀地顯示出來，以便查看?，F(xiàn)在顯示器的產(chǎn)品很多，如熒光數(shù)碼管、半導(dǎo)體、顯示器、液晶顯示和輝光數(shù)碼管等。它們被廣泛地應(yīng)用在各種數(shù)字設(shè)備中。數(shù)顯的顯示方式一般有三種，一是重疊式顯示，二是點陣式顯示，三是分段式顯示。</p><p>　　重疊式顯示：它是將不同的字符電極重疊起來，要顯示某字符，只需使相應(yīng)的電極發(fā)亮即可，如熒光數(shù)碼管就是利用重疊

39、式顯示。</p><p>　　點陣式顯示：利用一定的規(guī)律進行排列、組合，顯示不同的數(shù)字。例如火車站里顯示列車車次、始發(fā)時間的顯示就是利用點陣方式顯示的。</p><p>　　分段式顯示：數(shù)碼由分布在同一平面上的若干段發(fā)光的筆劃組成。如電子手表、數(shù)字電子鐘的顯示就是利用分段式顯示。</p><p>　　LED七段式數(shù)字顯示器分為共陰極和共陽極兩種。使用共陰極數(shù)碼管時，

40、公共陰極需要接地，a～g由相應(yīng)的輸出為1的七段譯碼器輸出驅(qū)動。使用共陽極數(shù)碼管時，公共陽極接電源，a～g由相應(yīng)的輸出為0的七段譯碼器輸出驅(qū)動。</p><p>　　在整個電路圖中所用的顯示器都是共陰極形式，陰極必須接地。LED的管腳功能圖如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 LED管腳圖</p><p>　　根據(jù)圖3.9所表示的LED數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)，管腳

41、3跟管腳8只要一腳選擇接地，管腳6不接，其余管腳分別對應(yīng)了a～g的顯示管，同時顯示管的管腳也分別連接到譯碼器中的13、12、11、10、9、15、14管腳。</p><p>　　共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)如圖3.10所示。</p><p>　　根據(jù)圖3.10所顯示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出顯示管一腳共同接地。</p><p>　　共陽極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)如圖3.11所示。</p>

42、<p>　　根據(jù)圖3.11所顯示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出顯示管一腳共同接正電源。</p><p><b>　　555定時器</b></p><p>　　555定時器是應(yīng)用非常廣泛的中規(guī)模集成電路,外接幾個阻容元件,可以方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)、多諧振動器、施密特觸發(fā)器等各種電路，主要用于信號產(chǎn)生、變換、控制與檢測電路中[6]。555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.12所示。&

43、lt;/p><p>　　根據(jù)圖3.12看出其內(nèi)部組成，主要由比較器C1、C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管T等組成。管腳圖如圖3.13所示。</p><p>　　圖3.13 555管腳圖</p><p>　　根據(jù)圖3.13所示，各個管腳功能說明：</p><p><b>　　1腳：芯片的地端；</b></p

44、><p>　　2腳：芯片的觸發(fā)輸入端；</p><p>　　3腳：芯片的輸出端；</p><p>　　4腳：芯片的復(fù)位端；</p><p>　　5腳：芯片的控制電壓輸入端；</p><p>　　6腳：芯片的閾值輸入端；</p><p>　　7腳：芯片的放電端；</p><p>

45、;　　8腳：芯片的電源端。</p><p>　　555定時器功能取決于比較器，當(dāng)在復(fù)位端加上低電平，無論其它輸入狀態(tài)如何，輸出電壓立即被置成低電平。正常工作時，必須將其處于高電平。</p><p>　　當(dāng)控制電壓不作用時，比較器C1、C2的參考電壓分別是、。</p><p>　　當(dāng)>，>時，比較器C1的輸出為低電平，比較器C2的輸出為高電平，基本RS觸發(fā)

46、器被置0，T導(dǎo)通，輸出為低電平。</p><p>　　當(dāng)<，<時，比較器C1的輸出為高電平，比較器C2的輸出為低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，T截止，輸出為高電平。</p><p>　　當(dāng)<，>時，基本RS觸發(fā)器R=1，S=1，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，電路保持原狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)>，<時，基本RS觸發(fā)器R=0，S=0，觸發(fā)器

47、狀態(tài)都為1，輸出為高電平,同時T截止。555定時器功能表如表3.10所示。</p><p>　　表3.10 555定時器功能表</p><p>　　從555功能表及其原理圖可見，只要在其相關(guān)的輸入端輸入相應(yīng)的信號就可得到各種不同的電路，例如多諧振蕩器、史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等[16]。</p><p>　　4 整體電路硬件設(shè)計方案</p>&l

48、t;p>　　一般在設(shè)計之前都會有幾種方案的備選，在本次設(shè)計中，需要一個整體的設(shè)計方案，必須根據(jù)實際情況和條件因素，選擇最適合本次設(shè)計的硬件電路研究方案。</p><p>　　4.1 數(shù)字計數(shù)器設(shè)計思想</p><p>　　要想構(gòu)成倒計時數(shù)字顯示系統(tǒng)，首先應(yīng)選擇一個脈沖源——能自動地產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖信號。所以需要設(shè)計適合于本次設(shè)計的脈沖信號，即“秒脈沖信號”（頻率為1Hz），輸

49、出的秒脈沖信號到計數(shù)器中進行計數(shù)。由于計時的規(guī)律是：60秒為1分，60分為1小時，24小時為1天，就需要分別設(shè)計60進制計數(shù)器，24進制計數(shù)器，還需要設(shè)計天數(shù)倒計式的計數(shù)器。各計數(shù)器輸出信號經(jīng)譯碼器譯碼后輸入到數(shù)字顯示器，使“天”、“時”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示出來。</p><p>　　值得注意的是：任何記時裝置都有誤差，因此應(yīng)考慮校準(zhǔn)時間電路。校時電路一般采用自動快速調(diào)整和手動調(diào)整, “自動快速調(diào)整”可利

50、用分頻器輸出的不同頻率的脈沖使顯示時間自動迅速調(diào)整時間?！笆謩诱{(diào)整”可利用手動的節(jié)拍調(diào)準(zhǔn)顯示時間。在本次設(shè)計中，沒有設(shè)計分頻器，所以選擇手動調(diào)整方案進行設(shè)計。</p><p>　　4.2 電路基本工作原理</p><p>　　整個倒計時顯示系統(tǒng)的基本電路由1Hz頻率發(fā)生器、計數(shù)電路、校正電路、動態(tài)顯示電路組成。其中計時電路是由計數(shù)器組成，秒位、分位是模60的計數(shù)器，時位是模24的計數(shù)器，

51、秒個位對信號頻率電路所提供1Hz的脈沖進行計數(shù)；校分電路是在分位用一個1Hz的脈沖替換秒十位的進位脈沖，使計數(shù)器在1Hz的脈沖作用下計數(shù)，達到校分效果；校時、校天電路的原理與校分電路相同；動態(tài)顯示電路是由數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、數(shù)碼管以及一個用于控制的計數(shù)器組成，計數(shù)器將時、分、秒的各位依次選通到對應(yīng)的數(shù)碼管，動態(tài)顯示數(shù)據(jù)[11]。</p><p>　　4.3 倒計時顯示系統(tǒng)組成框圖</p><

52、p>　　整體電路設(shè)計框架圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 整體設(shè)計框架圖</p><p>　　從圖4.1整體設(shè)計框架圖中可以看出，本次設(shè)計的總體思路已經(jīng)比較明確，由振蕩器產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)脈沖，此脈沖同時也是校準(zhǔn)電路的基脈沖，采取的方案為實現(xiàn)時間的正常顯示，天數(shù)的倒計功能，在分、時以及天數(shù)不準(zhǔn)的情況下，校準(zhǔn)脈沖電路的設(shè)計使得調(diào)整數(shù)據(jù)簡單。</p><p

53、>　　4.4 單元電路部分</p><p>　　在整體設(shè)計框架中，每一個單元模塊也要進行詳細(xì)的設(shè)計，只有單元模塊設(shè)計正確，然后把每部分單元設(shè)計模塊結(jié)合在一起進行整體調(diào)試，才能確定整體的設(shè)計是否正確。</p><p>　　4.4.1 秒脈沖電路</p><p>　　產(chǎn)生秒脈沖的電路有多種形式，由于電路對脈沖的精確度要求比較高，設(shè)計中利用555定時器來制作秒信

54、號發(fā)生器。在調(diào)試電路時，調(diào)試電位器，使輸出脈沖為1Hz。秒脈沖是倒計時顯示系統(tǒng)的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字中的質(zhì)量。其脈沖電路如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 秒脈沖電路圖</p><p>　　從圖4.2中可以看出，秒脈沖的產(chǎn)生原理與電路中的電阻、電容有關(guān)，一般脈沖的計算公式為F=1/0.7(Rw+2R)C，其中Rw為滑動變阻器，R就為其它兩電阻，電容C為圖中的C

55、3。對脈沖電路進行模擬測試，測試結(jié)果如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 555定時器脈沖仿真電路</p><p>　　根據(jù)原理，仿真沒有錯誤的情況下，可以進行硬件實驗，結(jié)果如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 脈沖電路硬件實驗圖</p><p>　　4.4.2 時、分、秒電路</p><p>

56、;　　在數(shù)字系統(tǒng)中使用得最多的時序電路要算是計數(shù)器了，計數(shù)器不僅能用于對時鐘脈沖計數(shù)，還可以用于分頻，定時，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進行數(shù)字運算等。計數(shù)器的種類非常繁多，如果按計數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時翻轉(zhuǎn)分類，可以將計數(shù)器分為同步式和異步式兩種，在同步計數(shù)器中，當(dāng)時鐘脈沖輸入時觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是同時發(fā)生的，而在異步計數(shù)器中，觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，不是同時發(fā)生的。</p><p>　　如果按計數(shù)過程中計數(shù)器中的數(shù)字增

57、減分類，又可以將計數(shù)器分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器，隨著計數(shù)脈沖的不斷輸入而作遞增計數(shù)的稱為加法計數(shù)器，作遞減計數(shù)的稱為減法計數(shù)器，可增可減的稱為可逆計數(shù)器，如果按計數(shù)器中數(shù)字的編碼方式分類，還可以分成二進制計數(shù)器，二-十進制計數(shù)器，格雷碼計數(shù)器等。</p><p>　　秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后，分別輸出到顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器應(yīng)為六十進制，而

58、“時”計數(shù)器應(yīng)為二十四進制。要實現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計數(shù)器較多，這里選用74LS160制作。</p><p>　?。?）六十進制計數(shù)電路</p><p>　　在本次設(shè)計中，六十進制由兩塊中規(guī)模集成十進制計數(shù)器74LS160組成，一塊組成十進制，另一塊組成六進制。組合起來就構(gòu)成六十進制計數(shù)器，以秒計數(shù)器電路為例，定時器555的3 腳輸出1Hz的脈沖信號，該信號直接加到秒計時器個位秒

59、計數(shù)器十位的管腳2，管腳2為時鐘脈沖端CLK，使兩者具備時鐘脈沖條件。個位秒計數(shù)器的CLR、ENT、ENP腳接高電平，構(gòu)成十分頻器。個位秒計時器對基準(zhǔn)秒時鐘脈沖計數(shù)，接收一個脈沖時，內(nèi)部計數(shù)加1，如果接收到第十個脈沖時，個位秒計數(shù)器的15腳（RCO端）輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑又潦幻胗嫈?shù)器計數(shù)進行計數(shù)，十位秒計數(shù)器計數(shù)到5。個位秒計數(shù)器計數(shù)到9時，下個秒時鐘脈沖到來時執(zhí)行置數(shù)（零）操作。如圖4.5所示六十進制計數(shù)器。</p&g

60、t;<p>　　圖4.5 兩塊74LS160構(gòu)成的六十進制計數(shù)器</p><p>　　在圖4.5中，芯片74LS20與非門的作用是置數(shù)，在數(shù)字計數(shù)到59時，自動跳轉(zhuǎn)到00，這樣就實現(xiàn)了60進制計數(shù)器制作。仿真結(jié)果顯示如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 60進制仿真顯示結(jié)果圖</p><p>　　根據(jù)圖4.6的仿真結(jié)果，可以進行硬件實驗的

61、制作，硬件實驗圖如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7 六十進制硬件實驗圖</p><p>　　如圖4.7硬件實驗圖所示，一個基準(zhǔn)脈沖的輸入就會在秒計數(shù)器的個位進行計數(shù)。輸出信號經(jīng)過譯碼器的譯碼作用，就會將輸出信號的數(shù)值顯示在數(shù)碼管中。</p><p>　?。?）二十四進制計數(shù)器</p><p>　　設(shè)計方法與60進制計數(shù)器的電路相

62、同，采用同步時序信號控制，用個位計數(shù)器的進位端控制十位計數(shù)器的使能端，當(dāng)個位計數(shù)器有進位時，十位計數(shù)器工作。當(dāng)十位計數(shù)器為2，個位計數(shù)器為3的時候，同時給兩個芯片的預(yù)置端一個有效信號，使之置數(shù)為零。</p><p>　　在本次設(shè)計中，二十四進制由兩塊中規(guī)模集成十進制計數(shù)器74LS160組成，一塊組成四進制，另一塊組成二進制。組合起來就構(gòu)成二十四進制計數(shù)器，如圖4.8所示二十四進制計數(shù)器。</p>&

63、lt;p>　　圖 4.8 兩塊74LS160構(gòu)成的二十四進制計數(shù)器</p><p>　　在圖4.8中，芯片74LS10與非門的作用是置數(shù)，在數(shù)字計數(shù)到23時，自動跳轉(zhuǎn)到00，這樣就實現(xiàn)了24進制計數(shù)器制作。</p><p>　　仿真結(jié)果顯示如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 24進制仿真顯示結(jié)果圖</p><p>　　根

64、據(jù)圖4.9的仿真結(jié)果，可以進行硬件實驗的制作，硬件實驗圖如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 二十四進制硬件實驗圖</p><p>　　如圖4.10硬件實驗圖所示，當(dāng)分計數(shù)器達到59時，再有一個脈沖就會讓分計數(shù)器有一個到時計數(shù)器的進位脈沖，該進位脈沖輸入到時個位計數(shù)器，時計數(shù)器就開始計數(shù)工作。輸出信號經(jīng)過譯碼器的譯碼作用，就會將輸出信號的數(shù)值顯示在數(shù)碼管中。</p&g

65、t;<p>　?。?）倒計功能計數(shù)器</p><p>　　在TTL和COMS400系列中，十進制加減計數(shù)器的型號為74LS192和CD40192，這兩個型號的引腳完全相同，如果不考慮輸入、輸出電平問題則兩者可以直接互換。74LS192是一種帶預(yù)置的可以加、減計數(shù)（雙時鐘）的計數(shù)器。倒計時的電路圖如圖4.11所示。</p><p>　　圖4.11 采用兩片74LS192構(gòu)成倒

66、計時計數(shù)器</p><p>　　在圖4.11中，兩片74LS192芯片的級聯(lián)，使得在時計數(shù)跳到00的時候產(chǎn)生一個進位脈沖，此脈沖信號輸入到74LS192計數(shù)芯片的4腳，作為天計數(shù)器的個位天數(shù)倒計脈沖，天的個位倒計脈沖經(jīng)過十次遞減后，也將產(chǎn)生一個新的遞減脈沖，次脈沖再輸入到天倒計時計數(shù)器的十位計數(shù)器，這樣就能完成天數(shù)的倒計功能。根據(jù)試驗原理進行軟件仿真，仿真如圖4.12所示。</p><p>

67、;　　圖4.12 倒計時仿真顯示結(jié)果圖</p><p>　　根據(jù)圖4.12的仿真結(jié)果，可以進行硬件實驗的制作，硬件實驗圖如圖4.13所示。</p><p>　　圖4.13 倒計時硬件實驗圖</p><p>　　如圖4.13硬件實驗圖所示，當(dāng)天倒計時計數(shù)器接收到一個脈沖信號的時候，天計數(shù)器的個位就會減1，同樣當(dāng)天十位計數(shù)器接收到一個脈沖信號的時候，同樣也會減1。

68、輸出信號經(jīng)過譯碼器的譯碼作用，就會將輸出信號的數(shù)值顯示在數(shù)碼管中。</p><p>　　4.4.3 校準(zhǔn)電路</p><p>　　當(dāng)?shù)褂嫊r顯示系統(tǒng)出現(xiàn)誤差時，需要校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。本次所設(shè)計的校準(zhǔn)電路分別實現(xiàn)對天、時、分的校準(zhǔn)。因此，應(yīng)截斷天個位、時個位和分個位的直接計數(shù)通路，將正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。由于機械開關(guān)具有震顫現(xiàn)象，因此用RS觸發(fā)器作為去抖動電路。校準(zhǔn)電路圖

69、如圖4.14所示。</p><p>　　圖4.14 校準(zhǔn)控制電路</p><p>　　根據(jù)圖4.14所示，以分計數(shù)的校準(zhǔn)控制電路為例，兩個與非門74LS00組成的電路，本質(zhì)是采用一個RS基本觸發(fā)器及單刀雙擲開關(guān)進行設(shè)計。開關(guān)打向上時，秒計數(shù)器向分計數(shù)器的進位脈沖作為正常的計數(shù)脈沖，分計數(shù)器實現(xiàn)正常計數(shù)；當(dāng)開關(guān)打向下時，由定時器555產(chǎn)生的1Hz的基準(zhǔn)脈沖作為校正脈沖，分計數(shù)器就自動按秒的

70、頻率計數(shù)，快速調(diào)準(zhǔn)時間，在校正分時，當(dāng)計滿60時會自動向時進位，校時電路、校天電路同校分電路的原理跟結(jié)構(gòu)一樣。</p><p>　　4.4.4 譯碼與顯示電路</p><p>　　顯示譯碼器的作用的把計數(shù)器輸出的信號轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動數(shù)碼管正常顯示的段信號，以獲得數(shù)字顯示。常選用譯碼器有BCD-7段高有效譯碼器74LS47、BCD-7段低有效譯碼器74LS48。數(shù)碼管有共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼

71、管。使用時要注意：選用顯示譯碼器時其輸出方式必須與數(shù)碼管匹配。如果7段數(shù)碼管是共陽顯示器，就需要選用74LS47譯碼器，反之，選用74LS48譯碼器。本次設(shè)計中采用74LS48譯碼器來譯碼和驅(qū)動，連接圖如圖4.15示。</p><p><b>　　5 軟件測試</b></p><p>　　在經(jīng)過理論分析之后，我們將上述所分析的每個部分進行有規(guī)劃的連接，并在仿真軟件m

72、ultisim中將脈沖信號電路、秒計數(shù)器電路、分計數(shù)器電路、時計數(shù)器電路、天計數(shù)器電路連接組成一個完整的設(shè)計圖，利用仿真軟件測試電路是否正確，并能在原有的電路技術(shù)基礎(chǔ)上進行改善，實現(xiàn)功能更加強大的倒計時顯示系統(tǒng)[4]。</p><p>　　5.1 整體電路仿真實驗</p><p>　　把所有單元部分的電路組合成整個倒計時顯示系統(tǒng)電路圖，具體軟件仿真實驗如圖5.1所示。</p>

73、<p>　?。ń酉马搱D） ① ②</p><p>　?。ń由享搱D） ① ②</p><p>　?、?④</p><p>

74、<b>　?。ń酉马搱D）</b></p><p>　　（接上頁圖） ③ ④</p><p>　　圖5.1 軟件仿真實驗圖</p><p>　　根據(jù)圖5.1所示的模擬電路進行的仿真結(jié)果可以看出，本設(shè)計的電路符合之前的設(shè)計要求，總電路由5

75、55定時器產(chǎn)生一個基準(zhǔn)脈沖，輸入到秒計數(shù)電路進行計數(shù)顯示，當(dāng)分電路出現(xiàn)不準(zhǔn)確時，校準(zhǔn)電路起到關(guān)鍵作用，把開關(guān)A打向下時，根據(jù)校準(zhǔn)電路的原理，基準(zhǔn)脈沖就輸入到分計數(shù)電路，使得分計數(shù)電路的計數(shù)速度跟秒計數(shù)電路的速度一樣，這樣起到快速、方便的校準(zhǔn)作用。校準(zhǔn)時、天電路的原理跟校準(zhǔn)分原理相同，不同之處在于，當(dāng)天倒計式計數(shù)電路不準(zhǔn)的情況下，開關(guān)C打向下的時候，天計數(shù)電路的倒計速度跟秒計數(shù)速度相同。根據(jù)軟件的仿真結(jié)果，可以進行具體試驗的操作，硬件試驗

76、效果如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2 整體試驗效果圖</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計過程中，我學(xué)習(xí)到了很多經(jīng)驗。首先，怎么樣去查閱資料，收集與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的知識。其次，要完成一件工作，還得專心致志才行，細(xì)心耐心。第三，遇到困難要冷靜，要多想解決辦法，多嘗試。 </p>&

77、lt;p>　　在設(shè)計過程，經(jīng)常會遇到這樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了。腦子里總是想著如何解決這些問題，如何想出更好的連接方法。不過整天想著這些問題，腦子和身體卻一點都不會覺得累，因為有種渴望得到知識的欲念戰(zhàn)勝了疲勞。我覺得做畢業(yè)設(shè)計也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂。做完畢業(yè)設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次

78、看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。我也進一步熟悉數(shù)字電路的設(shè)計與特點，同時也基本上掌握了用555定時器和74LS系列的集成芯片對數(shù)字電路的設(shè)計。而且讓我了解到了電路設(shè)計的基本思路，增強了實踐動手能力，理論結(jié)合實際的能力加強。除此以外，我們還深深地認(rèn)識到嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度在科學(xué)實驗中發(fā)揮的重要作用。</p><p>　　倒計時顯示系

79、統(tǒng)是本次設(shè)計中原理比較簡單的一個，但是它的組成部分多，電路連接有些復(fù)雜，出現(xiàn)問題后分析起來比較困難，所以我養(yǎng)成了完成一個部分就調(diào)試檢驗一個部分，確保正確才進行下一步工作，出現(xiàn)了問題只要在未檢驗的部分查尋就可以很快找出，效果很不錯。最后能按時完成全部設(shè)計。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 洪海麗．Multisim7軟件在數(shù)

80、字電路教學(xué)中的應(yīng)用[J]．北京：全國高等學(xué)校電子技術(shù)研究會議文集，2008．</p><p>　　[2] 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2006．</p><p>　　[3] 李彩云．999天以內(nèi)可預(yù)置倒計天數(shù)計數(shù)器的電路制作[J]．景德鎮(zhèn)：景德鎮(zhèn)高專學(xué)報，2008．</p><p>　　[4] 王傳新．子技術(shù)基礎(chǔ)實驗—分析、調(diào)試、綜合設(shè)計[M

81、]．北京：高等教育出版社，2006．</p><p>　　[5] 張新德，陳金桂等．國內(nèi)外集成電路封裝及內(nèi)部框圖圖集[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2009．</p><p>　　[6] 趙從毅．555定時器的功能圖表示法及其用法[J]．合肥：安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002．</p><p>　　[7] 付家才．電子工程實踐技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003．&l

82、t;/p><p>　　[8] 陳永真，韓梅，陳之勃等．全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽硬件電路設(shè)計[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009．</p><p>　　[9] 周淑閣．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2004．</p><p>　　[10] 鄭江，戚海峰等．?dāng)?shù)字電路實驗[M]．南京：南京大學(xué)出版社，2008．</p><p>　　[1

83、1] 周仲．國產(chǎn)集成電路應(yīng)用500例[M]．北京：電子工業(yè)出版社，1992．</p><p>　　[12] 白靜．?dāng)?shù)字電路與邏輯設(shè)計[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009．</p><p>　　[13] 王彩君，楊睿，周開鄰等．?dāng)?shù)字電路實驗[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2003．</p><p>　　[14] 胡漢章，葉香美等．?dāng)?shù)字電子技術(shù)與實踐[M]．北京

84、：電子工業(yè)出版社，2009．</p><p>　　[15] 楊欣．電路設(shè)計與仿真[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2006．</p><p>　　[16] 陳有卿．555時基集成電路原理與應(yīng)用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006．</p><p>　　[17] 陳永甫．?dāng)?shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖[M]．北京：人民郵電出版社，2006．</p><p&g