數(shù)電課程設(shè)計(jì)——考試天數(shù)倒計(jì)時(shí)器

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 考試天數(shù)倒計(jì)時(shí)器 </p><p>　　學(xué)期：2013-2014學(xué)年第2學(xué)期</p><p>　　專(zhuān)業(yè)： 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化 </p><p>　　班級(jí)： 電力12-2 </p><p><

2、b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　考試天數(shù)倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　顯示兩位數(shù)倒計(jì)時(shí)，如99到1</p><p>　　1.當(dāng)?shù)?時(shí)

3、喇叭自動(dòng)響0時(shí)結(jié)束</p><p>　　2.用LED數(shù)碼管顯示結(jié)果</p><p>　　3.可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)計(jì)劃</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)共1周。</p><p>　　第1天：針對(duì)選題查資料，確定設(shè)計(jì)方案；</p><

4、p>　　第2天：方案分析比較，電路原理設(shè)計(jì)，進(jìn)行元器件及參數(shù)選擇；</p><p>　　選用芯片參考：減法器、74160A、74LS48、LED數(shù)碼管。</p><p>　　第3～4天：利用Multisim或PROTUES電路仿真，畫(huà)電路原理圖；</p><p>　　第5天：編寫(xiě)整理設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　四、

5、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1. 畫(huà)出整體電路圖。（Protel或Altium Designer或Multisim,推薦AItium Designer）。</p><p>　　2. 對(duì)所設(shè)計(jì)的電路全部或部分進(jìn)行仿真，使之達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求。</p><p>　　3. 寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師：閆

6、孝姮</p><p>　　時(shí) 間：2014年6月24 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 電路原理圖設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)原理.....................................................................

7、...................................2</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)方案.......................................................................................................3</p><p>　　2.1 脈沖發(fā)生電路................

8、...............................................................................4</p><p>　　2.1.1 555定時(shí)器............................................................................................4</p>

9、<p>　　2.1.2 用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器...........................................................4</p><p>　　2.2 計(jì)數(shù)器電路..............................................................................................

10、....6</p><p>　　2.3 譯碼顯示電路................................................................................................7</p><p>　　2.4 控制電路......................................................

11、.................................................9</p><p>　　2.4.1 報(bào)警電路............................................................................................... 9</p><p>　　2.4.2 置數(shù)、暫停、清零、控制

12、電路.......................................................... 10</p><p>　　3 總體電路仿真...................................................................................................12</p><p>　　4

13、設(shè)計(jì)小結(jié)...........................................................................................................13</p><p>　　參考文獻(xiàn)................................................................................

14、...............................14</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　倒計(jì)時(shí)器在日常生活中應(yīng)用比較廣泛，比如籃球比賽是用的30秒倒計(jì)時(shí)，還有交通燈使用的60秒倒計(jì)時(shí)等等，但是這些倒計(jì)時(shí)器僅用在特定的場(chǎng)合，通用性比較差。為此，本文通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯電路器件，搭建成了可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能的倒計(jì)時(shí)器。本倒計(jì)時(shí)器主要有

15、六個(gè)模塊構(gòu)成：脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、置數(shù)電路、控制電路和報(bào)警電路；本倒計(jì)時(shí)器主要采用555 構(gòu)成的振蕩電路, 由74LS190、74LS48 和七段共陰LED 數(shù)碼管構(gòu)成計(jì)數(shù)譯碼顯示電路,由74LS147，74LS04構(gòu)成的置數(shù)控制電路。本計(jì)時(shí)器具有啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)，清零以及置入任意兩位數(shù)作為計(jì)數(shù)起點(diǎn)，在最后十秒發(fā)出聲光報(bào)警等功能。本倒計(jì)時(shí)器比較好的解決了目前倒計(jì)時(shí)器通用性差的問(wèn)題。</p><p

16、>　　關(guān)鍵詞：任意置數(shù)倒計(jì)時(shí)；譯碼顯示；控制；聲光報(bào)警</p><p><b>　　1 電路原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　我們可以用555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖，即輸出周期為1秒的方波脈沖，將該方波脈沖信號(hào)送到計(jì)數(shù)器74LS19

17、2的CP減計(jì)數(shù)脈沖端,再通過(guò)譯碼器74LS48把輸入的8421BCD碼經(jīng)過(guò)內(nèi)部作和電路“翻譯”成七段（a，b，c，d，e，f，g）輸出，顯示十進(jìn)制數(shù)，在74LS192的四個(gè)輸入端接74LS147的輸出，在74LS147的輸入用撥碼開(kāi)關(guān)輸入，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置開(kāi)關(guān)或控制電路即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的直接清零，啟動(dòng)和暫停/連續(xù)、譯碼顯示電路的顯示，置入任意兩位數(shù)作為計(jì)數(shù)起點(diǎn)，以及聲光報(bào)警等功能。</p><p><b&

18、gt;　　1.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)初步的設(shè)計(jì)，可以確定該系統(tǒng)應(yīng)包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、置數(shù)電路，控制電路和報(bào)警電路等6個(gè)部分構(gòu)成。其中，計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成倒計(jì)時(shí)功能，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停、連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路完成顯示功能。為了滿(mǎn)足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。在操作直接清

19、零開(kāi)關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器顯示零。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP，同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停、連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在暫停位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停、連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在連續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到9時(shí)，數(shù)碼管顯示09，報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警，給予提示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p>

20、<p>　　在此，提出兩種方案，主要是置數(shù)電路，和計(jì)數(shù)器，方案一：置數(shù)電路可以直接用開(kāi)關(guān)輸入計(jì)數(shù)器高低電平，表示二進(jìn)制數(shù)，如圖1-2：計(jì)數(shù)器采用74LS190級(jí)聯(lián)成100進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。方案二：采用撥碼開(kāi)關(guān)，和74LS147優(yōu)先編碼器，進(jìn)行置數(shù)，將74LS147輸出，經(jīng)反相器取反，輸入計(jì)數(shù)器，如圖1-2：計(jì)數(shù)器采用74LS192級(jí)聯(lián)成100進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。</p><p>　　方案一，置數(shù)開(kāi)關(guān)能置入

21、0到15的十進(jìn)制數(shù)，但是僅需要置入0到9即可，還有開(kāi)關(guān)有機(jī)械抖動(dòng)，可能會(huì)使置數(shù)不穩(wěn)。74LS190作為計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)直接置零不是很方便，需要占用置數(shù)功能。方案二可以很好的彌補(bǔ)方案一的缺陷，所以選擇方案二；</p><p>　　圖1-2 設(shè)計(jì)方案圖</p><p>　　2 各分電路功能分析</p><p>　　2.1 脈沖發(fā)生電路</p><p>

22、　　2.1.1 555定時(shí)器</p><p>　　555定時(shí)器主要是通過(guò)外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路,并由兩個(gè)比較器來(lái)檢測(cè)電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開(kāi)關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。圖2-1是NE555的內(nèi)部功能原理框圖和內(nèi)部管腳圖</p><p>　　圖2-1 555管

23、腳圖</p><p>　　2.1.2 用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器</p><p>　　用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖2-3(a)所示。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài),只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號(hào),利用電源VCC通過(guò)R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時(shí),uO跳變到低電平,放電端D導(dǎo)通,這時(shí),電容器C通過(guò)電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時(shí),uO跳變到高電平

24、,D端截止,電源VCC又通過(guò)R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停, 電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖2-3(b)所示。</p><p>　　圖2-3 555構(gòu)成的振蕩電路及即波形</p><p>　　輸出信號(hào)uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計(jì)算公式如下:</p><p>　　tW1＝0.7(R1＋R2)C&

25、lt;/p><p>　　tW2＝0.7R2C</p><p>　　T＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)C</p><p>　　根據(jù)要求，該系統(tǒng)中要使555構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生1Hz的脈沖，因此我們可以令R1= 48k，R2= 48k，C= 10uF，得到周期T=1s，即按照?qǐng)D2-4連接的電路就可以產(chǎn)生1Hz的方波脈沖。</p><p>　

26、　圖2-4 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路</p><p>　　2.2 計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序邏輯部件，它不僅可以用來(lái)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設(shè)計(jì)中選用74LS192來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的減法計(jì)數(shù)功能。圖2-5是74LS192的管腳圖。</p><p>　　圖2-

27、5 74LS192管腳圖</p><p>　　74LS192具有下述功能：</p><p>　　異步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。（此功能可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的清零）</p><p>　?、诋惒街脭?shù)：MR=0，=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。</p><p>　?、郾３郑?MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q

28、1Q0保持原態(tài)</p><p>　?、芗佑?jì)數(shù)：CR=0,=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù)</p><p>　?、轀p計(jì)數(shù)：CR=0,=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)</p><p>　　按照課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求計(jì)數(shù)器。我們將用兩片74LS192級(jí)聯(lián)成100進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器如圖2-6</p><

29、;p>　　圖2-6 74LS192連接圖</p><p>　　2.3 譯碼顯示電路</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中我們用發(fā)光二極管（LED）組成字型來(lái)來(lái)顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因此也稱(chēng)LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)輸出的BCD碼

30、換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制數(shù)的電路稱(chēng)為“七段字型譯碼器”因此在本次的設(shè)計(jì)中我們采用了常用的74LS48。圖2-7是74LS48的外部管腳圖</p><p>　　圖2-7 74LS48管腳圖</p><p>　　七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。 它有3個(gè)輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現(xiàn)簡(jiǎn)要說(shuō)

31、明如下： </p><p>　　滅燈輸入BI/RBO </p><p>　　BI/RBO是特殊控制端，有時(shí)作為輸入，有時(shí)作為輸出。當(dāng)BI/RBO作輸入使用且BI＝0時(shí)，無(wú)論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入a～g均為0，所以字形熄滅。 </p><p><b>　　試燈輸入LT </b></p><p>　　當(dāng)LT＝0時(shí)

32、，BI/RBO是輸出端，且RBO＝1，此時(shí)無(wú)論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出a～g均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞。 </p><p><b>　　動(dòng)態(tài)滅零輸入RBI</b></p><p>　　當(dāng)LT＝1，RBI＝0且輸入代碼DCBA＝0000時(shí)，各段輸出a～g均為低電平，與BCD碼相應(yīng)的字形0熄滅，故稱(chēng)“滅零”。利用LT=1與R

33、BI=0可以實(shí)現(xiàn)某一位的“消隱”。此時(shí)BI/RBO是輸出端，且RBO=0。 </p><p><b>　　動(dòng)態(tài)滅零輸出RBO</b></p><p>　　BI/RBO作為輸出使用時(shí)，受控于LT和RBI。當(dāng)LT＝1且RBI＝0，輸入代碼DCBA=0000時(shí)，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(shí)，多個(gè)譯碼器之間的連接。

34、</p><p>　　對(duì)輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時(shí)等于1，而對(duì)其它輸入代碼則僅要求LT＝1，這時(shí)候，譯碼器各段a～g輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿(mǎn)足顯示字形的要求。</p><p><b>　　2.4 控制電路</b></p><p>　　2.4.1 報(bào)警電路</p><p>　　任務(wù)要求在

35、計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)到9秒時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)，因次我們可以將192的輸出端按照?qǐng)D2-9連接，當(dāng)192的高位到低位輸出0000 xxxx 時(shí)（即倒計(jì)時(shí)到9秒時(shí)）可發(fā)出報(bào)警。</p><p><b>　　圖2-9 報(bào)警電路</b></p><p>　　2.4.2 置數(shù)、暫停、清零、控制電路</p><p>　　本倒計(jì)時(shí)器，采用74LS147優(yōu)先編碼器，和撥碼

36、開(kāi)關(guān)來(lái)完成置數(shù)功能。當(dāng)置數(shù)開(kāi)關(guān)閉合，撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)將使對(duì)應(yīng)的數(shù)置入計(jì)數(shù)器，并在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。</p><p>　　74LS147優(yōu)先編碼器有9個(gè)輸入端和4個(gè)輸出端。某個(gè)輸入端為0，代表輸入某一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)9個(gè)輸入端全為1時(shí)，代表輸入的是十進(jìn)制數(shù)0。4個(gè)輸出端反映輸入十進(jìn)制數(shù)的BCD碼編碼輸出。</p><p>　　74LS147優(yōu)先編碼器的輸入端和輸出端都是低電平有效，即當(dāng)某一個(gè)輸入端

37、低電平0時(shí)，4個(gè)輸出端就以低電平0的輸出其對(duì)應(yīng)的8421 BCD編碼。當(dāng)9個(gè)輸入全為1時(shí)，4個(gè)輸入出也全為1，代表輸入十進(jìn)制數(shù)0的8421 BCD編碼輸出。</p><p>　　圖2-11 74LS147引腳圖</p><p>　　置數(shù)電路 當(dāng)置數(shù)開(kāi)關(guān)打到低電平時(shí)，此時(shí)撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)，想要計(jì)時(shí)的數(shù)置入計(jì)數(shù)器。</p><p>　　暫停/連續(xù) 當(dāng)暫停/開(kāi)啟開(kāi)關(guān)打到

38、低電平時(shí)計(jì)時(shí)器暫停，當(dāng)開(kāi)關(guān)打到高電平時(shí)計(jì)時(shí)器正常計(jì)時(shí)。</p><p>　　清零 當(dāng)開(kāi)關(guān)接高電平時(shí)，電路清零，顯示清零。電路連接如圖2-12</p><p>　　圖2-12 控制電路</p><p><b>　　3 總體電路仿真</b></p><p>　　本倒計(jì)時(shí)器由5個(gè)模塊組成：時(shí)鐘模塊（即秒脈沖發(fā)生模塊）、計(jì)數(shù)

39、模塊、譯碼顯示模塊、控制模塊和報(bào)警電路?？傮w仿真電路如下圖3-1。打開(kāi)仿真軟件Multisim 11按要求在Multisim 11里連接好如圖所示的電路點(diǎn)擊仿真按鈕，進(jìn)行仿真，在脈沖發(fā)生電路仿真中我們可以用示波器來(lái)觀察產(chǎn)生的脈沖是否為1Hz。最后的仿真結(jié)果是：計(jì)時(shí)器可以從任意置入的一個(gè)兩位數(shù)開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，并在計(jì)時(shí)顯示09時(shí)，蜂鳴器鳴響，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。按下暫停/啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，可以暫停啟動(dòng)計(jì)數(shù)，按下清零，時(shí)計(jì)數(shù)清零，按下置數(shù)開(kāi)關(guān)，</

40、p><p>　　并撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能。</p><p>　　圖2-1 總體仿真電路圖</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我初步學(xué)會(huì)了EDA軟件multisim 的使用，掌握74LS192和74LS48芯片的原理,對(duì)書(shū)本上的知識(shí)，也有了更進(jìn)一步的理解與掌握。更

41、重要的是：這次課程設(shè)計(jì)提升了我的應(yīng)用意識(shí)，提高了我的動(dòng)手能力。只有在實(shí)踐應(yīng)用中，切身感悟書(shū)本里的思想，解決自身需要，才能真正吸收優(yōu)秀的思想為自己所用。</p><p>　　通過(guò)課設(shè)了解簡(jiǎn)單倒計(jì)時(shí)的組成原理，初步掌握了兩位倒計(jì)時(shí)器的調(diào)試及測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí)通過(guò)本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高自己的動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，建立數(shù)字電子技術(shù)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解兩位倒計(jì)時(shí)器各單元電路之間的關(guān)

42、系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算兩位倒計(jì)時(shí)器各個(gè)單元電路。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閻石；清華大學(xué)電子學(xué)教研組.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2]董玉冰.Multisim 9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用[M].第一版.北京：清華大學(xué)出版社，2