數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)(定時器)

精品文檔 1歡迎下載 一 一 內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要 定時器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個 0 60 分鐘之內(nèi)的定時器 定時開始的時候紅指示燈亮 結(jié)束的時候綠指示亮 可以隨意以分鐘為單位 在六十分鐘的范圍內(nèi)設(shè)定定時時間 隨著定時的開始 顯示器 開始顯示時間 即依次顯示出 0 1 2 3 4 直到定時結(jié)束 當(dāng)定時結(jié)束的時候進(jìn)行手動 清零 首先設(shè)計(jì)一個秒脈沖發(fā)生器 一個計(jì)數(shù)電路 一個比較電路 然后對電路進(jìn)行輸 出 當(dāng)開始定時之前手動對要定時的時間進(jìn)行預(yù)置數(shù) 然后運(yùn)用秒脈沖發(fā)生器輸入脈沖 用計(jì)數(shù)器對脈沖的個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù) 把編碼器的數(shù)據(jù)與脈沖的個數(shù)通過數(shù)值比較器進(jìn)行比 較 最后按照要求進(jìn)行紅綠等輸出表示定時的狀態(tài)是正在進(jìn)行定時 或者是已經(jīng)定時結(jié) 束 在定時的過程中顯示定時的時間 二 方案的論證與選擇 二 方案的論證與選擇 方案 1 例如設(shè)計(jì)一個六十分鐘的定時器 就需要六十進(jìn)制的分鐘計(jì)數(shù)器 設(shè)計(jì)秒脈沖 發(fā)生器 當(dāng)計(jì)數(shù)器完成六十分鐘的記數(shù)時 就手動清零 需要設(shè)定其他的時間時 只需將計(jì)數(shù)器的進(jìn)制改變一下就行 這個方案只適用于特定的定時器 設(shè)定的時間 不變 如果本課設(shè)用此方案 就需要設(shè)計(jì)從 1 60 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器 工程量太大 方案 2 設(shè)計(jì)一個定時器 可以在 0 60 分之間一分鐘為單位任意可調(diào) 定時開始的時 候紅燈亮 定時結(jié)束的時候綠燈亮 定時結(jié)束之后手動清零 滿足設(shè)計(jì)的要求 故本次課程設(shè)計(jì)中采用的是這種設(shè)計(jì)方案 三 總設(shè)計(jì)思想框圖 三 總設(shè)計(jì)思想框圖 精品文檔 2歡迎下載 編碼電路脈沖發(fā)生 計(jì)數(shù)電路 數(shù)值比較電路 指 示 燈 總體的完整電路圖 總體的完整電路圖 就是將各個單元電路用導(dǎo)線連接起來 然后進(jìn)行仿真處理 開始進(jìn)行定時的時 候紅指示燈亮 圖中所示的是定時為 16 分鐘的定時仿真結(jié)果 完整的電路圖 圖 1 精品文檔 3歡迎下載 U21 DCD HEX BLUE U22 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U23A 74S00D U24 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U25A 74S00D U26 DCD HEX BLUE V8 12 V U27A 74S04N U28A 74S04D 13 12 11 10 9 8 5 3 2 U1 DCD HEX BLUE U2 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U3A 74S00D U4 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U5A 74S00D U6 DCD HEX BLUE V2 12 V U7A 74S04N 0 15 14 6 4 0 26 U10 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 V1 5 V U11 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 U17 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 J2 J3 U18A 74LS08D U19A 74LS08D U20A 74LS08D 46 45 44 43 42 41 40 39 U12 DCD HEX BLUE U13 DCD HEX BLUE U14 74LS85D A2 13 B2 14 A1 12 B1 11 OAGTB 5 A0 10 B0 9 A3 15 B3 1 OAEQB 6 OALTB 7 AEQB 3 ALTB 2 AGTB 4 U15 74LS85D A2 13 B2 14 A1 12 B1 11 OAGTB 5 A0 10 B0 9 A3 15 B3 1 OAEQB 6 OALTB 7 AEQB 3 ALTB 2 AGTB 4 67 65 0 205657 59 60 61 1618 1719 22 232425 X1 2 5 V U16A 74S05D X3 2 5 V 66 J4 Key A 7 21 68 29 J1 27 28 30 31 32 33 34 36 37 38 47 48 49 50 35 0 58 51 VCC OUT U8 555 TIMER RATED GND DIS RST THR CON TRI V3 5 V C1 10nF C2 10nF R1 74k R2 35k U9 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U29 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U30 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 71 70 1 69 63 55 54 53 52 72 62 64 0 73 圖 2 四 單元電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)的計(jì)算四 單元電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)的計(jì)算 1 1 秒脈沖發(fā)生器的選擇 秒脈沖發(fā)生器的選擇 1 采用石英晶體的多諧振蕩器 在 RC 環(huán)形振蕩器電路中 接入 RC 可以獲得較小的 頻率 而且通過 RC 的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)頻率 用于對頻率穩(wěn)定性要求比較高的電路 但是 它抗干擾的能力比較差 小的干擾就會使周期發(fā)生很大的變化 而且電路比較復(fù)雜 精品文檔 4歡迎下載 不太容易掌握 所以本實(shí)驗(yàn)不采取運(yùn)用石英晶體的多諧振蕩器來產(chǎn)生秒脈沖 下面是 石英晶體產(chǎn)生的電路圖 電路圖的組成比較復(fù)雜 1 1 C Q C Q C Q C Q 1 1 2 2 14 14 15 15 FFFFFF FF 1 214 15 R CC 12 f ffff 1214 0 32768Hz16384Hz8192Hz2Hz1Hz 秒脈沖 T 觸發(fā)器 圖圖 3 3 2 利用脈沖整形的方法 根據(jù)大二上時學(xué)的模電的知識 設(shè)計(jì)一個正弦信號發(fā)生電 路 然后再利用整形電路對于輸出的正弦波進(jìn)行整形 得到矩形波信號 可以利用施 密特觸發(fā)器對其進(jìn)行整形 但是信號在傳輸?shù)倪^程中容易發(fā)生畸變 施密特觸發(fā)器就 可以把在傳輸過程中發(fā)生畸變的信號進(jìn)行整形 但是一般都是用于幅度的鑒別比較好 在這里我們就不選用這樣的整形電路 3 運(yùn)用 555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器來構(gòu)成秒脈沖的發(fā)生電路 555 定時器是一種用 途廣泛的數(shù)字 模擬混合中規(guī)模集成電路 它只要通過接少量的元件就可以構(gòu)成多種觸 發(fā)器和多諧振蕩器 而且市面上的 555 器件比較多 價格比較便宜 84 3 6 2 1 5 555 UCC 7 uO R1 R2 uC 精品文檔 5歡迎下載 圖 4 因?yàn)橹苯佑?555 振蕩器外接幾個元件直接產(chǎn)生的 1Hz 的頻率發(fā)生器產(chǎn)生的頻率產(chǎn)生的 矩形波的高電平不能激發(fā)下一個元件的正常工作 所以先產(chǎn)生 1kHz 頻率的矩形波 然 后運(yùn)用分頻電路對長生的信號進(jìn)行分頻 得到頻率為 1Hz 的矩形波 也就是秒脈沖信 號 定性分析 設(shè)uc 0 則uO 1 T 截至 電容充電 uc 按指數(shù)規(guī)律上升 當(dāng)uc 2 Ucc 3 時 uO 0 T 導(dǎo)通 電容放電 uc 按指數(shù)規(guī)律下降 當(dāng)uc Ucc 3 時 uO 1 T 截至 電容再次充電 但充電的初始值與前次不同 波形分析 t uO 0 uC t0 T1T2 CC 2 3U CC 1 3U 精品文檔 6歡迎下載 圖 5 計(jì)算振蕩周期 頻率 f 1 T 根據(jù)上面的分析且振蕩器需要發(fā)出的頻率為 1kHz 信號的發(fā)生器 先取電容為 0 01uF 根據(jù)上面的計(jì)算公式得到 R1 74 千歐 R2 35 千歐 利用分頻電路對產(chǎn)生的 1KHz 的信號進(jìn)行分頻 最后由 U4 的 11 端輸出 1Hz 的頻率 U2 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U3 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U4 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 6 8 10 1 7 9 圖圖 6 6 2 2 6060 進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路的選擇進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路的選擇 1 采用異步加計(jì)數(shù)器 74LS193 是雙時鐘四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器 它的清零方式是 異步清零 高電平有效 其預(yù)置數(shù)是異步的 在異步計(jì)數(shù)器中 由于計(jì)數(shù)器的內(nèi)部各 個觸發(fā)器的時鐘輸入是異步的 因此觸發(fā)器的各個狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間是固定的 在惡劣的 情況下其傳播延遲的時間很多 所以本次課設(shè)沒有采取異步計(jì)數(shù)器 2 采用同步加計(jì)數(shù)器 74161 是四位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器 它具有異步清零 同步預(yù) 置數(shù)等功能 在這次的課程設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的是 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 所以采用兩片 74161 來 完成加計(jì)數(shù)功能 而實(shí)現(xiàn) 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)功能又有多種選擇 乘數(shù)法 將 60 分解成 TTR2RCln20 7 R2RC 1212 12 T 精品文檔 7歡迎下載 6 10 用兩片 74161 分別組成六進(jìn)制和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 然后在級聯(lián)成 60 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器 反饋置數(shù)法 將兩片 74161 級聯(lián)成 16 16 256 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 然后運(yùn)用反饋置數(shù)法構(gòu) 成 60 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器 本次采用的是方法 乘數(shù)法 它的電路圖如下 U21 DCD HEX BLUE U22 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 V6 1000kHz 5 V U23A 74S00D U24 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U25A 74S00D U26 DCD HEX BLUE V8 12 V U27A 74S04N U28A 74S04D 13 12 10 9 8 5 3 2 1 U1 DCD HEX BLUE U2 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U3A 74S00D U4 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U5A 74S00D U6 DCD HEX BLUE V2 12 V U7A 74S04N 0 15 14 6 4 0 26 1618 17 19 22 232425 J4 Key A 7 21 68 29 圖圖 7 7 3 3 編碼電路的選擇 編碼電路的選擇 在數(shù)字電路中用二進(jìn)制代碼表示有關(guān)信號的過程稱之為二進(jìn)制編碼 即建立輸入信息與 輸出二進(jìn)制代碼之間的一一轉(zhuǎn)換的關(guān)系 在此次的課程設(shè)計(jì)中 需要定時的時間是 0 60 分鐘 之間 所以就需要對從 0 60 之間進(jìn)行編碼 為了不發(fā)生混亂 此次設(shè)計(jì)中采用的是運(yùn)用三片 74LS148 優(yōu)先編碼器分別對于要定時的時間的十位和個位進(jìn)行編碼 因?yàn)槭坏臄?shù)字只是從 0 到 6 所以用一片 74LS148 就可以 而個位的輸出需要從 0 到 9 所以采用兩片 74LS148 進(jìn)行級 聯(lián) 也可以采取 74LS147 本實(shí)驗(yàn)中采用的是 74LS148 編碼電路的電路圖為下圖 8 精品文檔 8歡迎下載 U10 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 V1 5 V U11 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 U17 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 J2 J3 U18A 74LS08D U19A 74LS08D U20A 74LS08D 46 45 44 43 42 41 40 39 U12 DCD HEX BLUE U13 DCD HEX BLUE 2056 57 59 60 61 J1 27 28 30 31 32 33 34 36 37 38 47 48 49 50 35 0 58 圖 8 4 4 數(shù)值比較電路 數(shù)值比較電路 數(shù)值比較器就是對兩數(shù) 進(jìn)行比較 以判斷其大小的邏輯電路 比較結(jié)果有 以及 三種情況 定時器有較多種類 這個定時器的設(shè)計(jì)要求用幾個一位或者兩位數(shù)值比較器級聯(lián) 也可以達(dá)到 但是考慮到操作的簡便性和價格因素 最終選擇的是級聯(lián)兩片集成數(shù)值 比較器 74LS85 來實(shí)現(xiàn) 下面詳細(xì)介紹它的功能 74LS85 是 位數(shù)值比較器 其功能表如下 精品文檔 9歡迎下載 表 1 此次的比較采用一片 74LS85 不夠用 所以采取兩片進(jìn)行級聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)比較功能 如下 所示 就是采取的將兩片四位比較器串聯(lián)成的八位比較器 對于輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較 圖 9 五 元器件明細(xì)表 五 元器件明細(xì)表 序號名稱型號參數(shù)數(shù)量 1 多諧振蕩器 555 TIMER RATED1 個 2 數(shù)值比較器 74LS85D 2 個 3 計(jì)數(shù)器74LS16 個 4 數(shù)碼顯示器 DCD HEX BLUE 個 5 編碼器 74LS148D 3 個 6 邏輯與門 74LS08D 個 7 二輸入邏輯與非門 74LS01D 4 個 8 單輸入與非門 74S05D 4 個 9 電源5V 12V共 4 個 10 開關(guān)單刀 單排多刀開 關(guān) 共 3 個 精品文檔 10歡迎下載 12 燈泡普通紅 綠彩燈 2 個 13 導(dǎo)線普通導(dǎo)線若干 表 表 六 收獲與體會 六 收獲與體會 通過這次的數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì) 使我明白只有把知識運(yùn)用到實(shí)踐中 才 能真正把握知識 另一方面 團(tuán)隊(duì)合作能讓我們學(xué)到更多 首先 數(shù)字電子技術(shù)是一門深奧的學(xué)科 從課堂上我們學(xué)到的并非知識的全部 課程設(shè)計(jì)為我們提供了一次自我學(xué)習(xí)的機(jī)會 同時 通過課程設(shè)計(jì) 我和我的同組 人提高了動手能力 學(xué)會了將理論運(yùn)用到實(shí)踐中的技巧 其次 通過這次的課程設(shè)計(jì)使我