畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：考試天數(shù)倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì).doc

遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)目 錄綜述11 電路原理設(shè)計(jì)22 各個(gè)電路設(shè)計(jì)分析32.1 多諧振蕩電路32.2 計(jì)數(shù)電路 42.3 譯碼電路62.4數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理 93 仿真電路124 電路總設(shè)計(jì)圖134.1 計(jì)時(shí)部分134.2 譯碼部分及數(shù)碼管顯示部分 134.3 總電路圖144.4 PCB電路板155 安裝與調(diào)試165.1 排除邏輯故障165.2 排除元器件失效165.3 排除電源故障166 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理177 實(shí)物圖188 結(jié)論19參考文獻(xiàn) 20綜述本系統(tǒng)采用定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路組成。由LED七段數(shù)碼管來顯示譯碼器所輸出的信號(hào)。采用了74LS系列中小規(guī)模集成芯片。先通過555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，并一個(gè)做成一個(gè)多諧振蕩電路從而輸出一秒一次的脈沖；再通過74LS192芯片來實(shí)現(xiàn)倒著計(jì)數(shù)的功能，在置數(shù)端置成需要的數(shù)；然后，選擇74LS48，4線-7段譯碼器來進(jìn)行譯碼；最后通過譯碼器使輸出有數(shù)字顯示。之后，通過對(duì)用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器、計(jì)數(shù)電路等各個(gè)電路的分析來確定具體詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)計(jì)劃。確定電路設(shè)計(jì)后通過Multisim電路仿真畫出畫電路原理圖。然后便是具體地安裝、調(diào)試電路來進(jìn)行試驗(yàn)，并在其過程中完成對(duì)元器件失效、邏輯故障等錯(cuò)誤的排除工作，以加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)理論知識(shí)在實(shí)際運(yùn)用時(shí)的理解。1電路原理設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路組成。由LED七段數(shù)碼管來顯示譯碼器所輸出的信號(hào)。采用了74LS系列中小規(guī)模集成芯片?？傮w的設(shè)計(jì)方案如下。一、設(shè)計(jì)思路：倒計(jì)時(shí)器，要實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，首先要給設(shè)定一個(gè)1秒鐘的定時(shí)器，在這個(gè)電路上本組選用了555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，經(jīng)過555定時(shí)器，做成一個(gè)多諧振蕩電路，做成1秒1次的脈沖以后，從輸出端輸出一秒一次的脈沖；其次，需要一個(gè)計(jì)數(shù)的芯片，在這方面，本組選用了74LS192，因?yàn)檫@個(gè)芯片，在上課的時(shí)候?qū)W過，并且原理比較熟悉，然后把1秒1次的脈沖接給計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)倒著計(jì)數(shù)的功能，在置數(shù)端置成需要的數(shù)；然后，能實(shí)現(xiàn)倒著計(jì)數(shù)功能以后，就需要譯碼階段，從計(jì)數(shù)器的輸出端接入譯碼器的輸入端，對(duì)應(yīng)接入譯碼器，我們選擇74LS48，4線-7段譯碼器來進(jìn)行譯碼；最后通過譯碼器的7個(gè)輸出端，對(duì)應(yīng)的接到8位共陰二極管上，使輸出有數(shù)字顯示。這樣做可以實(shí)現(xiàn)1位數(shù)碼管顯示的倒計(jì)時(shí)器，要實(shí)現(xiàn)多位的倒計(jì)時(shí)器，例如本次實(shí)訓(xùn)我們要求做的是6位倒計(jì)時(shí)器，但是由于一些原因，只做了2位的倒計(jì)時(shí)器，但是原理是一樣的，要實(shí)現(xiàn)2位計(jì)數(shù)器的功能，則在計(jì)數(shù)這一步驟的時(shí)候，把芯片74LS192的借位輸出端接到另一個(gè)計(jì)數(shù)芯片74LS192的脈沖遞減計(jì)數(shù)脈沖端口上，然后在后面的環(huán)節(jié)還是一樣的。二、 設(shè)計(jì)原理圖555定時(shí)器個(gè)位計(jì)數(shù)器譯碼器數(shù)碼管顯示十位計(jì)數(shù)器譯碼器數(shù)碼管顯示個(gè)位借位輸出端連十位CP脈沖段圖1-1設(shè)計(jì)原理圖2.各個(gè)電路設(shè)計(jì)分析2.1 多諧振蕩電路多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在工作時(shí)，電路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào)，常用作脈沖信號(hào)源及時(shí)序電路中的時(shí)鐘信號(hào)。 一、用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器（1）電路組成： 圖2-1多諧振蕩器的電路形式用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖2-1所示：圖中電容C、電阻R1和R2作為振蕩器的定時(shí)元件，決定著輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度。定時(shí)器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連處，用以控制電容C的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過0.01uF電容接地。（2）工作原理：圖2-2多諧振蕩器的工作波形多諧振蕩器的工作波形如圖2-2所示：電路接通電源的瞬間，由于電容C來不及充電，Vc=0v，所以555定時(shí)器狀態(tài)為1，輸出Vo為高電平。同時(shí)，集電極輸出端（7腳）對(duì)地?cái)嚅_，電源Vcc對(duì)電容C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)I，此后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間取決于RC充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間，即輸出Vo的正向脈沖寬度T10.7(R1+R2)C；暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間，即輸出Vo的負(fù)向脈沖寬度T20.7R2C。 因此，振蕩周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C 2-1振蕩頻率f=1/T。正向脈沖寬度T1與振蕩周期T之比稱矩形波的占空比，由上述條件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2R1，則D1/2，即輸出信號(hào)的正負(fù)向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。經(jīng)過公式1設(shè)計(jì)計(jì)算以及與實(shí)際有的電阻的阻值的比較分析，得出：R1=15K，R2=68K，C1=10uf，C2=0.1uf 并且如下圖圖2-32.2 計(jì)數(shù)電路一、芯片名稱：十進(jìn)制可預(yù)置同步可逆BCD碼計(jì)數(shù)器 二、74LS192的引腳圖和引腳說明：圖2-4 74LS192的引腳圖和引腳說明 個(gè)別引腳說明：Cdn-減計(jì)數(shù)脈沖輸入，當(dāng)作減計(jì)數(shù)操作時(shí)Cup接高電平。 Cup-增計(jì)數(shù)脈沖輸入，當(dāng)作加計(jì)數(shù)操作時(shí)Cdn接高電平。 BO-借位輸出信號(hào)，在減計(jì)數(shù)時(shí)出現(xiàn)，低電平有效。CO-進(jìn)位輸出信號(hào)，加計(jì)數(shù)時(shí)出現(xiàn)，低點(diǎn)平有效。 LD-加載，即對(duì)計(jì)數(shù)器作置數(shù)操作時(shí)的控制信號(hào)。當(dāng)LD位某個(gè)電平時(shí)，計(jì)數(shù)器可以預(yù)置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。三、74LS192的邏輯圖：圖2-5 74LS192的邏輯圖四、74LS192的邏輯符號(hào)：圖2-6 74LS192的邏輯符號(hào)接線時(shí)， Cup或Cdn接單脈沖或1Hz時(shí)鐘脈沖信號(hào)。輸出端QDQCQBQA接數(shù)碼管，CO和BO接發(fā)光二極管。其余的控制信號(hào)和輸入信號(hào)接邏輯開關(guān)，LD對(duì)低電平有效。五、邏輯功能表：表2-1邏輯功能表2.3 譯碼電路74LS48中文資料(引腳圖,真值表及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖) 圖2-7 74LS48/SN74LS48 引腳功能圖工作電壓:5V74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：圖2-2 7448真值表（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。（3）燈測(cè)試功能（LT = 0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA0，則對(duì)顯示無影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。 圖2-8段顯示譯碼器7448（a）邏輯圖（b）方框圖（c）符號(hào)圖圖2-8給出了7448的邏輯圖，方框圖和符號(hào)圖。由符號(hào)圖可以知道，4號(hào)管腳端具有輸入和輸出雙重功能。作為輸入（BI）低電平時(shí)，G21為0，所有字段輸出置0，即實(shí)現(xiàn)消隱功能。作為輸出（RBO），相當(dāng)于LT，及CT0的與墳系，即LT=1，RBI=0，DCBA=0000時(shí)輸出低電平，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)滅零功能。3號(hào)（LT）端有效低電平時(shí)，V20=1，所有字段置1，實(shí)現(xiàn)燈測(cè)試功能。2.4 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及工作原理LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。LED數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片 圖2-9這是一個(gè)7段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10引腳的LED數(shù)碼管 圖2-10 引腳定義每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示 DP是小數(shù)點(diǎn).LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。A、靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O埠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位*器*進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O埠多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O埠來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O埠才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加*驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。B、動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O埠，而且功耗更低。3 電路仿真圖3-1二位倒計(jì)時(shí)仿真電路設(shè)計(jì)4總電路設(shè)計(jì)圖4.1計(jì)時(shí)部分2個(gè)74LS192計(jì)數(shù)器的置數(shù)端，置為9，功能始終為計(jì)數(shù)功能，個(gè)位的借位輸出端，接到十位的CP脈沖端。從而實(shí)現(xiàn)2位倒計(jì)時(shí)功能。 圖4-1 計(jì)時(shí)部分電路設(shè)計(jì)圖4.2譯碼部分及數(shù)碼管顯示部分圖4-2譯碼部分及數(shù)碼管顯示部分電路設(shè)計(jì)圖4.3總電路圖圖4-3總電路圖圖為本次設(shè)計(jì)電路圖，是一個(gè)2位的99-0倒計(jì)時(shí)器，并且?guī)в袕?fù)位鍵S1，當(dāng)S1按下的時(shí)候，計(jì)數(shù)器置成9，重新開始倒計(jì)時(shí)。4.4 PCB電路板圖圖4-4PCB電路板圖5 安裝與調(diào)試5.1 排除邏輯故障這類故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開路、短路。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查芯片是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線路短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬用表的短路測(cè)試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。5.2 排除元器件失效 造成這類錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買來時(shí)就已壞了；另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞。可以采取檢查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯(cuò)誤。5.3 排除電源故障 在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V4.8V之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞仿真器等，有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理（1）首先個(gè)位的74LS190中的RC非 、LD非 接Vcc+5V ，把CP接到1HZ的始終上，D0-D3接地，Q0-Q3接入74LS48譯碼器上 然后把個(gè)位的74LS190中CO/BO同過非門（74LS04）接入十位的74LS190中的CT非 中，CO/BO接1，其他的引腳不變，跟個(gè)位的74LS190接的線一樣，通過74LS48就會(huì)在LED數(shù)碼管顯示出99-0的倒計(jì)時(shí)。（2）實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能：在（1）的基礎(chǔ)上，把個(gè)位十位的LD非 接入輸入控制端來實(shí)現(xiàn)置數(shù)。把個(gè)位十位D0-D3 都接入輸入控制端，分別用F11-14，F(xiàn)21-24來稱呼。例如要設(shè)置有55開始倒計(jì)時(shí)，就把個(gè)位十位的D0-D3按成0101。但要想它置數(shù)，必須要在LD非 在0時(shí)，因?yàn)長(zhǎng)D 非 在低調(diào)平時(shí)有效。（3）置數(shù)并在09-00時(shí)喇叭響：在（2）的基礎(chǔ)上，通過二輸入四或門（74LS32）把十位的74LS190中的Q0+Q1+Q2+Q3或起來再用非門（7