畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電子秒表設(shè)計(jì)

1、目錄目錄 第一章第一章. .電子秒表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)方案電子秒表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)方案 .1 第二章第二章. .電子秒表單元電路的設(shè)計(jì)電子秒表單元電路的設(shè)計(jì) .2 2.12.1 秒表的設(shè)計(jì)思路秒表的設(shè)計(jì)思路.2 2.22.2 脈沖源的設(shè)計(jì)脈沖源的設(shè)計(jì).2 2.32.3 電路直接置位、復(fù)位功能的設(shè)計(jì)電路直接置位、復(fù)位功能的設(shè)計(jì).3 2.42.4 電路清零功能的設(shè)計(jì)電路清零功能的設(shè)計(jì).4 2.52.5 計(jì)數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計(jì).5 2.62.6 譯碼驅(qū)動及顯示單元譯碼驅(qū)動及顯示單元.6 2.72.7 電子秒表工作原理電子秒表工作原理.6 第三章第三章. . 元器件介紹元器件介紹 .8

2、 3.13.1 元器件清單元器件清單.8 3.23.2 元器件介紹.8 3.2.13.2.1 555555 定時器.8 3.2.23.2.2 七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器.9 一相關(guān)設(shè)計(jì)方案及抉擇一相關(guān)設(shè)計(jì)方案及抉擇.11 1.11.1 方案一方案一.11 1.21.2 方案二方案二.11 2 2理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)-單元電路與總電路設(shè)計(jì)單元電路與總電路設(shè)計(jì) .13 2.12.1 5v5v 電壓源電路設(shè)計(jì)電壓源電路設(shè)計(jì) .13 2.1.12.1.1 降壓電路降壓電路 .13 2.22.2 1 1s s信號源設(shè)計(jì)：信號源設(shè)計(jì)：.14 2.32.3 計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)：計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)：.16 2.3.12

3、.3.1 74ls19074ls190 管腳圖及功能簡介.16 2.3.22.3.2 電路連接概述.18 2.42.4 顯示電路顯示電路.19 2.52.5 報(bào)警電路報(bào)警電路.21 2.62.6 控制電路控制電路.22 3 3仿真調(diào)試仿真調(diào)試 .23 3.13.1 軟件介紹軟件介紹.23 3.23.2 調(diào)試過程調(diào)試過程.23 3.2.13.2.1 倒計(jì)時及停止電路調(diào)試倒計(jì)時及停止電路調(diào)試.23 4 4實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決方法實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決方法 .25 附錄附錄 .27 電子秒表總電路圖電子秒表總電路圖 .27 總體電路圖總體電路圖.27 元器件清單元器件清單.27 摘要摘要 在數(shù)字測

4、量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀的顯示出來，數(shù) 字顯示電路通常由譯碼驅(qū)動器和顯示器等部分組成。數(shù)碼顯示器就是用來顯示 數(shù)字、文字或符號的器件。七段式數(shù)字顯示器是目前常用的顯示方式，它利用 不同發(fā)光段的組合，可以顯示 09 等阿拉伯?dāng)?shù)字 充分運(yùn)用芯片 74ls90 的邏輯功能，用四片 74ls90 芯片實(shí)現(xiàn)秒表示 00：0099：99 秒。利用集成與非門構(gòu)成的基本 rs 觸發(fā)器（低電平直接觸發(fā)） 實(shí)現(xiàn)電路的直接置位、復(fù)位功能。利用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 為計(jì)數(shù)器清零提供輸出負(fù)脈沖。利用 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器為電路提供 脈沖源以驅(qū)動電路工作。 用四個 led 數(shù)碼管

5、顯示“秒表” ，顯示時間為 00：00-99：99 秒，每厘秒自 動加一。電子秒表分為脈沖源、秒計(jì)數(shù)、厘秒計(jì)數(shù)、譯碼驅(qū)動電路和顯示電路。 另外設(shè)計(jì)控制電路，使秒表啟動、停止、復(fù)位。 先按一下按鈕開關(guān)2，此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)1，則 計(jì)數(shù)器清零后便開始計(jì)時，觀察數(shù)碼顯示管計(jì)數(shù)情況是否正常，如不需要計(jì)時 或暫停計(jì)時，按一下按鈕開關(guān) k2，計(jì)時立即停止，但數(shù)碼管仍保留所計(jì)時之值。 利用電子鐘或手表的秒計(jì)時對電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。經(jīng)調(diào)試，結(jié)果與預(yù)測結(jié)果相 同，達(dá)到了預(yù)期的目的。 第一章第一章. .電子秒表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)方案電子秒表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)方案 充分運(yùn)用芯片 74ls90 的邏輯功能，用

6、四片 74ls90 芯片實(shí)現(xiàn)秒表示 00：00 99：99 秒。利用集成與非門構(gòu)成的基本 rs 觸發(fā)器（低電平直接觸發(fā)）實(shí)現(xiàn)電路的直接 置位、復(fù)位功能。利用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為計(jì)數(shù)器清零提供輸出 負(fù)脈沖。利用 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器為電路提供脈沖源以驅(qū)動電路工作。電路 圖如圖 1.1 所示。 圖 1.1 總電路圖 第二章第二章. .電子秒表單元電路的設(shè)計(jì)電子秒表單元電路的設(shè)計(jì) 2.12.1 秒表的設(shè)計(jì)思路秒表的設(shè)計(jì)思路 用四個 led 數(shù)碼管顯示“秒表” ，顯示時間為 00：00-99：99 秒，每厘秒自動加一。 電子秒表分為脈沖源、秒計(jì)數(shù)、厘秒計(jì)數(shù)、譯碼驅(qū)動電路和顯示

7、電路。另外設(shè)計(jì)控制 電路，使秒表啟動、停止、復(fù)位?？驁D如 2.1 所示。 圖 2.1 秒表總體框圖 2.22.2 脈沖源的設(shè)計(jì)脈沖源的設(shè)計(jì) 振蕩器是電子秒表的核心，振蕩器產(chǎn)生脈沖。振蕩器的頻率精度決定了電子秒表 計(jì)時的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成的振蕩器。一般來說，振蕩器的頻率越高， 計(jì)時精度越高。用 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖 2.2.1。 圖 2.2.1 多諧振 蕩器電路 圖 2.2.2 多諧振蕩器的工作波形 接通電源后，電容 c 被充電，當(dāng) vc 上升到 2vcc/3 時，使 vo 為低電平，同時放電 三極管 t 導(dǎo)通，此時電容 c 通過 r2 和 t 放電，vc 下降。當(dāng) v

8、c 下降到 vcc/3 時，vo 翻 轉(zhuǎn)為高電平。電容器 c 放電所需時間為： (1) cr7 . 0t 2pl 當(dāng)放電結(jié)束時，t 截止，vcc 將通過 r2、rp、r1 向電容 c 充電，vc 由 vcc/3 上升 到 2vcc/3，所需時間為： （2） crrprtph)(7 . 0 21 當(dāng) vc 上升到 2vcc/3 時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的 輸出端就得到一個周期性的矩形波，電路的工作波形如上圖 3.2.2 所示，其振蕩周期 為： （3） scrrprttt plph 01 . 0 )2(7 . 0 21 f = 1/t = 100hz （4） 輸出方波占空

9、比為： （5） 21 21 2rrr rrr t t d p pph 脈沖源電路的職能是為秒表提供脈沖源以驅(qū)動芯片 74ls90 工作。 2.32.3 電路直接置位、復(fù)位功能的設(shè)計(jì)電路直接置位、復(fù)位功能的設(shè)計(jì) 電路的直接置位、復(fù)位功能利用集成與非門構(gòu)成的基本 rs 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，屬于低電 平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能。如圖 2.3 所示。 圖 2.3 由基本 rs 觸發(fā)器構(gòu)成的具有直接置位、復(fù)位功能的邏輯電路 它的一路輸出作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出 q 作為與非門的輸入控制q 信號，控制脈沖源 cp 的放行與禁止。 按動按鈕開關(guān) k2（接地） ，則門 1 輸出1；門 2 輸

10、出 q0，k2復(fù)位后 q、狀態(tài)qq 保持不變。再按動按鈕開關(guān) k1 ,則 q 由 0 變?yōu)?1，門 5 開啟, 為計(jì)數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備。 由 1 變 0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。q 基本 rs 觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。 2.42.4 電路清零功能的設(shè)計(jì)電路清零功能的設(shè)計(jì) 電路清零功能利用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。 其邏輯電路圖如圖 2.4.1 所示 圖 2.4.1 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 而圖 2.4.2 為其各點(diǎn)的波形圖。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負(fù)脈沖信號 vi 由基本 rs 觸發(fā)器端提供，輸出負(fù)脈沖q vo 通過非門加到計(jì)數(shù)器的清除端 r。 靜態(tài)時

11、，門 4 應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻 r 必須小于門的關(guān)門電阻 roff 。定時元件 rc 取值不同，輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去 輸入微分電路的 rp 和 cp 。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計(jì)數(shù)器提供清零信號 圖 2.4.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖 圖 2.5.1 74ls90 引腳排列 2.52.5 計(jì)數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計(jì) 計(jì)數(shù)功能主要利用二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 74ls90 來實(shí)現(xiàn)。因要求電子秒表顯 示時間為 00：0099：99 秒，因此需四片 74ls90 芯片，其與譯碼顯示單元的相應(yīng)輸 入端連接，可顯示 00：0099:99

12、秒。圖 2.5.1 為 74ls90 引腳排列。 通過不同的連接方式，74ls90 可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助 r0(1)、 r0(2)對計(jì)數(shù)器清零，借助 s9(1)、s9(2)將計(jì)數(shù)器置 9。其具體功能詳述如下： (1)計(jì)數(shù)脈沖從 cp1輸入，qa作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 (2)計(jì)數(shù)脈沖從 cp2輸入，qdqcqb作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 （3)若將 cp2和 qa相連，計(jì)數(shù)脈沖由 cp1輸入，qd、qc、qb、qa作為輸出端，則 構(gòu)成異步 8421 碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (4)若將 cp1與 qd相連，計(jì)數(shù)脈沖由 cp2輸入， qa、qd、qc、qb作為輸出端

13、，則 構(gòu)成異步 5421 碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (5)清零、置 9 功能。 a)異步清零 當(dāng) r0(1)、r0(2)均為“1” ；s9(1)、s9(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即 qdqcqbqa0000。 b)置 9 功能 當(dāng) s9(1)、s9(2)均為“1” ；r0(1)、r0(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)置 9 功能，即 qdqcqbqa1001。 74ls90 芯片功能表如表 2.5.1 所示。 由四片 74ls90 芯片構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路如圖 2.5.2 所示。 74ls90 構(gòu)成的計(jì)數(shù)器與相應(yīng)的譯碼顯示器相連構(gòu)成電子秒表顯示電路。 表 2.5.1 74ls90 芯片功能表 清 0置

14、 9 時 鐘 r0(1)、 r0(2) s9(1)、 s9(2) cp1 cp2 qd qc qb qa 11 0 0 清 0 0 0 11 置 9 1 qa 輸 出 二進(jìn)制 計(jì)數(shù) 1 qdqcqb 輸出 五進(jìn)制 計(jì)數(shù) qa qdqcqbq a輸出 8421bcd 碼 十進(jìn)制 計(jì)數(shù) qd qaqdqcq b輸出 5421bcd 碼 十進(jìn)制 計(jì)數(shù) 0 0 0 0 1 1 不 變 保 持 圖 2.5.2 74ls90 構(gòu)成的計(jì)數(shù)器 2.62.6 譯碼驅(qū)動及顯示單元譯碼驅(qū)動及顯示單元 計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時間的累計(jì)以 8421bcd 碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器 的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要

15、的輸出邏輯和一定的電流，選用 cd4511 作為顯 示譯碼電路，選用 led 數(shù)碼管作為顯示單元電路。 2.72.7 電子秒表工作原理電子秒表工作原理 接通電源后，按動按鈕開關(guān) k2（接地） ，則門 g1 輸出1；門 g2 輸出 q0，k2q 復(fù)位后 q、狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān) k1 ,則 q 由 0 變?yōu)?1，門 g5 開啟, 為計(jì)數(shù)q 器啟動作好準(zhǔn)備。由 1 變 0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。q 門 g5 開啟時，脈沖信號 cp 被放行，因此芯片 74ls90（0）開始工作，由于該芯片 計(jì)時精度為 0.01s，因此變化很快，看不清數(shù)字逐漸從 0 加到 9，但理論上可知，當(dāng)該

16、芯片計(jì)時到 9 時，此時 74ls90 的輸出端 qdqcqbqa=1001，進(jìn)位輸出，因此 74ls90（1）芯片開始工作。該芯片計(jì)時精度為 0.1s，因此也不能看到數(shù)字從 0 加到 9，但理論上，當(dāng)該芯片計(jì)時到 9 時，該芯片輸出端 qdqbqcqa=1001，進(jìn)位輸出，因此 芯片 74ls90（2）開始工作，該芯片計(jì)時精度為 1s，可以觀察到數(shù)字逐漸從 1 累加到 9，然后驅(qū)動芯片 74ls90（3）工作，如此進(jìn)行下去，直到顯示 99：99 秒。 在計(jì)數(shù)期間，如不需要計(jì)時或暫停計(jì)時，按動一下開關(guān) k2，此時 q 由 1 變?yōu)?0， 門 g5 關(guān)閉，脈沖信號 cp 被禁止，但數(shù)碼管仍保留所

17、計(jì)時之值。再按一下開關(guān)，則可 繼續(xù)計(jì)時。 如計(jì)時停止后需重新開始計(jì)時，按動開關(guān) k1，則實(shí)現(xiàn)清零，再按動開關(guān) k2，計(jì)時 開始。如此循環(huán)。 第三章第三章. . 元器件介紹元器件介紹 3.13.1 元器件清單元器件清單 元器件清單下表所示 3.23.2 元器件介紹 3.2.13.2.1 555555 定時器 內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器 c1 和 c2、簡單 sr 鎖存器、放電三極管以及緩沖 器 g 構(gòu)成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 8.4.1 所示。三個 5 千歐的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較 器 c1、c2 提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端（5）懸空時，比較器 c1 和 c2 的基準(zhǔn)電壓為 2vcc/3 和 v

18、cc/3。 圖 4.2.1.1 是其電路結(jié)構(gòu)圖。 圖 3.2.1.1 555 定時器電路結(jié)構(gòu)圖 名稱型號數(shù)量備注 計(jì)數(shù)器74ls904 譯碼器cd45114 led 數(shù)碼顯示管lg5011ah4 集成與非門74ls002 開關(guān)2 555 定時器1 滑動變阻器1 電阻7 電容4 導(dǎo)線若干 圖 3.2.1.2 555 定時器管腳排列 vi1 是比較器 c1 的信號輸入端，成為閾值輸入端；vi2 是比較器 c2 的信號輸入端。 如果控制電壓端（5）外接電壓 vic，則比較器 c1 和 c2 的基準(zhǔn)電壓就變?yōu)?vic 和 vic/2。比較器 c1 和 c2 的輸出控制 sr 鎖存器和放電三極管 t 的

19、狀態(tài)。 放電三極管 t 為外接電路提供放電通路，在使用時，該三極管的集電極（7）腳一 般都要外接上拉電阻。 為直接復(fù)位輸入端，當(dāng)為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出端 vo 即為低電平。 當(dāng) vi12vcc/3,vi2vcc/3 時，比較器 c1 輸出低電平，比較器 c2 輸出高電平，簡 單 sr 鎖存器 q 端置 0，放電三極管 t 導(dǎo)通，輸出端 vo 為低電平。 當(dāng) vi12vcc/3,v i2vcc/3 時，比較器 c1 輸出高電平，c2 輸出低電平，簡單 sr 鎖存器置 1，放電三極管 t 截止，輸出端 vo 為高電平。 當(dāng) vi1vcc/3 時，簡單 sr 鎖存器 r=1，s=

20、1，鎖存器狀態(tài)不變，電路 保持原狀不變。 綜合上述分析，可得 555 定時器功能表，如表 3.2.1.1 所示 表 3.2.1.1 555 定時器功能表 3.2.23.2.2 七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器 在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀的顯示出來，數(shù)字顯示 電路通常由譯碼驅(qū)動器和顯示器等部分組成。數(shù)碼顯示器就是用來顯示數(shù)字、文字或 符號的器件。七段式數(shù)字顯示器是目前常用的顯示方式，它利用不同發(fā)光段的組合， 可以顯示 09 等阿拉伯?dāng)?shù)字。 普遍使用的七段式數(shù)字顯示器發(fā)光器件有發(fā)光二極管和液晶顯示器，這里主要介 紹前者。發(fā)光二極管構(gòu)成的七段顯示器有兩種，共陰極和共陽極電路。共陰

21、極電路中， 七個發(fā)光二極管的陰極連在一起接低電平，需要某一段發(fā)光，就將相應(yīng)的陽極接高電 平。共陽極顯示器的驅(qū)動則剛好相反。 為了使數(shù)碼管能顯示十進(jìn)制數(shù)，必須將十進(jìn)制數(shù)的代碼經(jīng)譯碼器譯出，然后驅(qū)動 相應(yīng)的段。譯碼器的功能是，對應(yīng)于某一組數(shù)碼輸入，相應(yīng)的幾個輸出端有有效信號 輸出。 常用的集成七段顯示譯碼器有兩類，一類譯碼器輸出高電平有效信號，用來驅(qū)動 共陰極顯示器，另一類輸出低電平有效信號，以驅(qū)動共陽極顯示器。比如 cd4511 七段 顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。 cd4511 譯碼器是 8421bcd 碼鎖存七段譯碼器，驅(qū)動共陰極 led 數(shù)碼管，其中 da、db、dc、d

22、d 為 bcd 碼輸入端，oa-of 為譯碼輸出端，輸出高電平有效，用來驅(qū)動 共陰極 led 管。lt為調(diào)試輸入端，當(dāng)為 0 時，輸出全為 1；bi為消隱輸入端，當(dāng)為 0 時，輸出全為 0。el為鎖存端，當(dāng)其為 1 時譯碼器處于鎖定狀態(tài)，當(dāng)其為 0 時，正 常譯碼。因此 cd4511 要正常譯碼，應(yīng)使 lt=1，bi=1，el=0。譯碼器還有拒偽功 能，當(dāng)輸入超過 1001 時，輸出全為 0，數(shù)碼管熄滅。 一相關(guān)設(shè)計(jì)方案一相關(guān)設(shè)計(jì)方案及抉擇及抉擇 1.11.1 方案一方案一 555 定時器74 ls192741s48 led-red控制電路 聲響電路 七段顯示數(shù) 圖 1.1 倒計(jì)時定時 器總結(jié)

23、構(gòu)圖 如圖 1.1 信號由 555 定時器產(chǎn)生頻率為 1hz，占空比 1/2 的信號，由 190 構(gòu)成 15 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由 jk 觸發(fā)器控制 190 和發(fā)光二極管的工作狀態(tài)，由三態(tài)門控制停止電路 和聲控電路。 圖 1.2 -總體電路截圖 1.21.2 方案二方案二 555 定時器74 ls192741s48 led-red控制電路 聲響電路 七段顯示數(shù) 碼管 圖 1.3 倒計(jì)時定時 器總結(jié)構(gòu)圖 如圖 1.3 信號由 555 定時器產(chǎn)生頻率為 1hz，占空比為 1/2 的信號，由 192 構(gòu)成 15 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由 jk 觸發(fā)器控制 192 和發(fā)光二極管的工作狀態(tài)，由三態(tài)門控制停止 電路和聲

24、控電路 圖 1.4-總體電路截圖 2 2理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)-單元電路與總電路設(shè)計(jì)單元電路與總電路設(shè)計(jì) 2.12.1 5v5v 電壓源電路設(shè)計(jì)電壓源電路設(shè)計(jì) 2.1.12.1.1 降壓電路 直流電壓源的輸入端接 220v 的交流電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值 和交流電壓有效值相差較大，因而需要電源變壓器進(jìn)行降壓。在對交流電壓進(jìn)行降壓 處理時，電路采用變壓器直接變壓的方法，輸出 16v 交流電壓。 2.1.22.1.2 整流電路 整流電路一般分為半波整流和全波整流。半波整流相對于全波整流而言，在相同 的變壓器的副邊電壓下對二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓 器利用率高、脈

25、動小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。其中橋式整流最為常用，單 相橋式整流電路課將變壓器副邊電壓從交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì) 采用了橋式整流的方法。 2.1.32.1.3 濾波電路 電容濾波電路是最常見并且最簡單的濾波電路，在整流濾波電路的輸出端（即負(fù) 載電阻兩端）并聯(lián)一個電容即得到電容濾波電路。濾波電容容量較大，利用其充放電 作用，使輸出電壓趨于平滑。濾波電路需要 4.7uf、1000uf、100uf、2.2uf 電容各一 個。 2.1.42.1.4 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器電路等多種類 型。為使電路簡單化、高效化、穩(wěn)定化，我們采用了集

26、成 7805 穩(wěn)壓器型穩(wěn)壓電路進(jìn)行 穩(wěn)壓，為后面的一切電路提供了穩(wěn)定的 5v 直流電壓。 綜上所述，整體電源設(shè)計(jì)思路為：220v/50hz 交流電源 16v 電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 輸出+5v 直流電壓。 圖 2.1- 5v 電壓源電路 2.22.2 1s1s 信號源設(shè)計(jì)：信號源設(shè)計(jì)： 利用 555 集成定時器，構(gòu)成占空比為 50%的多諧振蕩器，用于產(chǎn)生周期為 1s 的矩 形方波。 2.2.1 555 定時器的引腳排列： 其中管腳 1（gnd）為接地端；管腳 2（tr）為低電平 觸發(fā)端（2/3vcc）,也稱閥值端；管腳 7（d）為放電端；管 腳 8（vcc=5v18v）電源端

27、。 表 1：555 定時器功能表 圖 2.2 555 定時器管腳圖 2.2.22.2.2 555555 定時器的幾種功能： 1）只要 rd=0,無論兩個觸發(fā)端為何狀態(tài)，輸出端 vo=0。 2）當(dāng) rd=1,高電平觸發(fā)端 th2/3vcc，低觸發(fā)端 tr1/3vcc 時，d 放電管導(dǎo)通，輸 出端 vo=0。 3）當(dāng) rd=1，低觸發(fā)端 tr1/3vcc，d 放電管截止，輸出端 vo=1.。 4）當(dāng) rd=1，而低觸發(fā)端 tr 和高電平觸發(fā)端 th 的電平在 1/3vcc 到 2/3vcc 之間時， 輸出保持不變。 2.2.42.2.4 555555 定時器制成多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩

28、器，接通電源后不需外加觸發(fā)便能產(chǎn)生矩形脈沖 圖 2.4 -多謝振蕩器 我們用 555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器的原理很簡單,只要將施密特觸發(fā)器的反相輸出 端經(jīng) rc 積分電路接回輸入端即可。當(dāng)接通電源以后,因?yàn)殡娙萆系某跏茧妷簽?0,所以 輸出為高電平,并開始經(jīng)電阻 r 向電容 c 充電,當(dāng)充到輸入電壓為 vi=vt+時,輸出電壓跳 變?yōu)榈碗娖?電容 c 又經(jīng)過電阻 r 開始放電。當(dāng)放至 vi=vt-時,輸出電位又跳變?yōu)楦唠?平,電容 c 重新開始充電,如此周而復(fù)始,電路便不停的振蕩.由 vc 的波形求得電容 c 的 充電時間 t1 和放電時間 t2 各為 t1=（r1+r2）cln【(vcc-v

29、t-)/(vcc-vt+)】=(r1+r2)cln2 t2=r2cln【(0-vt+)/(0-vt-)】=r2cln2 振蕩周期為 t=t1+t2=(r1+2r2)cln2 振蕩頻率為 f=1/t=1/【(r1+2r2)cln2】 通過改變 r 和 c 的參數(shù)即可改變振蕩頻率。輸出脈沖的占空比為 q=t1/t=(r1+r2) /(r1+2r2)。為了得到占空比為 50%的脈沖，可采用占空比可調(diào)的可調(diào)電路。電容的充 電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只經(jīng)過 r1，放電電流只經(jīng)過 r2，因此電 容充電時間變?yōu)?t1=r1cln2 而放電時間變?yōu)?t2=r2cln2，故輸出脈沖占空比為 q=r

30、1/（r1+r2）取 r1=r2 則可得到占空比為 50%的信號源。經(jīng)以上分析及計(jì)算 r1=r2=72k,c=10uf。同時考慮到實(shí)際中不可能存在兩個阻值完全相等的電阻，因此 在 r1 和 r2 之間可加入一個 10k 的電位器，通過調(diào)節(jié)電位器已達(dá)到 r1、r2 阻值完全 相等的目的。 圖 2.5 -1s 信號源電路圖 2.32.3 計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)：計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)： 利用 1 片 74ls190 芯片和一個發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)十五進(jìn)制倒計(jì)時功能。 2.3.12.3.1 74ls19074ls190 管腳圖及功能簡介 74ls190 為同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，它的引腳圖及功能如下： 圖 2.6-74l

31、s190 引腳圖 190 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（）為低電平時，不管時鐘端（cp）狀態(tài)ld 如何，輸出端（q0q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（d0d3）相一致的狀態(tài)。 190 的計(jì)數(shù)是同步的，靠 cp 同時加在四個觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)計(jì)數(shù)控制端（ ）為低電平時，在 cp 上升沿作用下 q0q3同時變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出ct 現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（/d）為低電平時進(jìn)行加計(jì)數(shù)；當(dāng)/d 為高電平時uu 進(jìn)行減計(jì)數(shù)。只有在 cp 為高電平時和/d 才可以跳變。ctu 190 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢或下溢時，進(jìn)位/借位輸出端（co/bo）輸出一 個寬度約等于 cp 脈沖周期的高電

32、平脈沖；行波時鐘輸出（）輸出一個寬度等于rc cp 低電平脈沖。 利用端可級聯(lián)成 n 位同步計(jì)數(shù)器。當(dāng)采用并行 cp 控制時，則將接到后一rcrc 級；當(dāng)采用并行控制時，則將 rc 接到后一級 cp。ctct 表 2：74ls190 的功能表 2.3.22.3.2 電路連接概述 根據(jù)功能表可知，當(dāng) u/d 為 1，pl=0 且 clk=1 時，對應(yīng) clk 脈沖上升沿， 74ls190 進(jìn)行十進(jìn)制減法運(yùn)算。故在計(jì)數(shù)開始前先將 pl接 jk 觸發(fā)器的輸出端 q，計(jì) 數(shù)開始時為滿足電路開機(jī)預(yù)置數(shù)的要求，通過調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)以置數(shù)。在計(jì)數(shù)過程中， 當(dāng)個位片減到 0 時，便會產(chǎn)生一個借位信號，借位端通過一

33、個非門與十位片的技術(shù)控 制端 tcd連接，十位片減 1，從而在 cp 脈沖的作用下，計(jì)數(shù)器進(jìn)行下一個減法循環(huán)。 最后倒計(jì)時到 0 時，計(jì)數(shù)器十位片的 tcd 端為低電平，通過與門與信號源相與后仍為 低電平來控制各位片的 cpd（減法計(jì)數(shù)器時鐘輸入端）使計(jì)數(shù)器停止工作。 圖 2.7 -計(jì)數(shù)器及停止電路 2.42.4 顯示電路顯示電路 電路顯示部分主要用到譯碼器和數(shù)碼管。譯碼器選用 74hc4511（相當(dāng)于 cd4511） ， 它是一個 bcd 七段譯碼啟動器。另外，顯示器電路的設(shè)計(jì)用七段顯示數(shù)碼管來顯示譯 碼器輸出的數(shù)字，主要分為兩種：共陽極或共陰極顯示器。74hc4511 譯碼器對應(yīng)的顯 示器

34、是共陰極顯示器（譯碼輸出為“1”時，字段點(diǎn)亮，輸出為“0”時字段熄滅） 。 利用譯碼器將二十進(jìn)制（bcd）碼轉(zhuǎn)換成七段信號，在驅(qū)動器的作用下驅(qū)動顯 示器的 a、b、c、d、e、f、g 七個發(fā)光段，推動七段顯示數(shù)碼管（led）進(jìn)行顯 圖 2.8 74hc4511 管腳圖 圖 2.9 七段顯示數(shù)碼管（led） 其中，四個輸入端 da、db、dc、dd 分別接 8421 碼的響應(yīng)輸入端（dd 為最高位） ； 七個輸出端 oaog 接共陰七段顯示數(shù)碼管的對應(yīng)端以驅(qū)動對應(yīng)端亮。lt 、le 、bi 是三個附加控制端，當(dāng)附加控制端 lt 、le均為 1，bi為 0，電路實(shí)現(xiàn)正常譯碼， 譯碼輸出為高電平的字

35、鍛亮。若 lt為 0,無論 bi 、le為何值時，a、b、c、d 為何 狀態(tài)，ag 各段輸出均為 1，數(shù)字管的七段全亮。在 lt=1 的前提下，若 bi=1 且 abcd 為 0000，則譯碼器的各斷輸出均為 0，顯示器熄滅。 （如果要正常顯示“0”字， 則需使 bi=0） 。當(dāng)作為輸入端使用時成滅燈輸入，只要 bi=1，無論其他輸入端狀 態(tài)如何，被驅(qū)動的數(shù)碼管各段同時還是熄滅；作為輸出端使用時，成滅零輸出。 74hc4511ls48 電路結(jié)構(gòu)決定，只有當(dāng) abcd 為 0，且 bi=0 時，譯碼器才會給出低電平。 顯示器采用七段顯示數(shù)碼管,它可直接顯示出譯碼器輸出的十進(jìn)制數(shù)。如果輸入的 頻率

36、較高時,顯示器所顯示的數(shù)字可能出現(xiàn)混亂或很快改變的結(jié)果,這時可在計(jì)數(shù)器的 后面加一級鎖器；如果顯示器所顯示的數(shù)字暗淡,可加一級緩沖器。 為了能正常工作， 在 74hc4511 與數(shù)碼管之間應(yīng)串聯(lián) 1k 左右電阻。 圖 2.10-顯示電路 2.52.5 報(bào)警電路報(bào)警電路 根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)電路應(yīng)具有最后 3 秒報(bào)時功能，即要求響半秒、停半秒 共三下。這一功能實(shí)現(xiàn)的思路是：最后三秒響，那么就將最后三秒的信號取出；其半 秒信號的報(bào)時可由信號源控制，因?yàn)樾盘栐词且粋€占空比為 50%的 1s 信號源，其波形 中 1 秒的周期內(nèi)有半個周期 t 即半秒的時間是高電平，那么高電平就可以驅(qū)動蜂鳴器 報(bào)警。所

37、以報(bào)時電路是由 2 個或非門、3 個與門以及 2 個與非門組成。其中一個雙線或 非門接個位片的 q3、q2 端，另一個雙線或門接個位片的 q1、q0 端，其中的一個雙線 或門的輸出和信號輸入一個雙線，另一或門的輸出接一個與非門之后輸出 m，其中一個 jk 觸發(fā)器的輸出和一個高電平接入另一個與非門的輸入，輸出與 m 接剩下的一個雙線 與門，上述的兩個雙線與門的輸出接剩下的一個與門，輸出接蜂鳴器。實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 圖 2.11-報(bào)警電路 2.62.6 控制電路控制電路 控制電路由 jk 觸發(fā)器構(gòu)成的 t 觸發(fā)器來來給出復(fù)位信號。 圖 2.12-控制電路 3 3仿真調(diào)試仿真調(diào)試 3.13.1 軟件介紹

38、軟件介紹 proteus 軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流 和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá) 30 多個元件庫。proteus 軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬 儀器儀表。此外，proteus 還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的 方式實(shí)時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、 極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對測量結(jié)果的影響，proteus 軟件提供豐富的測試信 號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。提供 schematic drawing、spice 仿真與 pcb 設(shè)計(jì)功能，同時可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以

39、仿真 51 系列、avr、pic 等常用的 mcu，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如 373、led、示波器等。 proteus 提供了大量的元件庫，有 ram、rom、鍵盤、馬達(dá)、led、lcd、ad/da、部分 spi 器件、部分 iic 器件，編譯方面支持 keil 和 mplab 等編譯器。 3.23.2 調(diào)試過程調(diào)試過程 3.2.13.2.1 倒計(jì)時及停止電路調(diào)試倒計(jì)時及停止電路調(diào)試 根據(jù)理論設(shè)計(jì)，仿真后及得如下截圖結(jié)果。即從 15 開始倒計(jì)時，在 0 處停止倒計(jì)時， 保持 0 狀態(tài)。 至 至 4 4實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決方法實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決方法 一、一、ne555ne555 定時器

40、模塊定時器模塊 故障：線路連接好后 3 輸出端沒有預(yù)設(shè)的脈沖 報(bào)警不標(biāo)準(zhǔn)占空比沒達(dá)到 1/2 調(diào)試：用萬用表測得 ne555 輸出端電壓為零，說明可能芯片沒有導(dǎo)通，換 了 片結(jié)果與預(yù)想的脈沖符合，正確。 經(jīng)查閱數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教材得知只加電阻的 ne555 定時器是無法 接成任務(wù)書要求的 12 占空比，需要在 r2 后面接上一個反向二極管，然后再用一個二 極管與二者正向并聯(lián)，如下圖所示 二、用二、用 74ls76jk74ls76jk 觸發(fā)器做成的門控電路模塊觸發(fā)器做成的門控電路模塊 故障：線路連接好后反復(fù)按下開關(guān)輸出端沒高低電平的翻轉(zhuǎn) 調(diào)試：檢查線路無誤后，將開關(guān)取下來測得開關(guān)關(guān)上與斷開時兩端

41、的電阻都無 窮大，此現(xiàn)象說明開關(guān)是壞的，于是換了一片好的開關(guān)裝上。接通電源后輸出端還是 沒有高低電平的反轉(zhuǎn)，再次檢查線路才發(fā)現(xiàn)芯片沒有插牢，芯片被完全按下去后，在 此接通電源，反復(fù)按下開關(guān)后輸出端有了高低電平的翻轉(zhuǎn)，此現(xiàn)象與預(yù)期的現(xiàn)象相符， 該模塊已成功完成。 三、兩片三、兩片 74ls19274ls192 級聯(lián)做成的倒計(jì)時模塊級聯(lián)做成的倒計(jì)時模塊 故障：按照電路圖將倒計(jì)時模塊連接好后，接上電源送入脈沖后數(shù)碼顯 示管沒有反應(yīng)，漆黑一片。 正常倒計(jì)時后數(shù)碼管顯示不全 調(diào)試：數(shù)碼管無任何顯示說明其沒有接上電源，在通電的情況下先用萬用表測 電源插在面包板的兩個引腳看是否為正常的五伏電源，結(jié)果為零伏。

42、取下電源的兩根 導(dǎo)線后測得五伏，從而得出五伏電源是正常的，可見當(dāng)電源的兩個引腳插上面包板兩 引腳之間的電壓為零伏是面包板被短路造成的，將電源直接連到地線上了。將該模塊 接地的幾根導(dǎo)線全部斷開，再次測得插在面包板上的電源引腳正常，說明猜想正確， 最后將地線逐一插上個個排除，最后確實(shí)檢查出有一條電源線被誤接到地線上去了， 將其改動接通電源后數(shù)碼管有了顯示。 接通電源加上脈沖后個位數(shù)碼管顯示不全，但從不全顯示的數(shù)碼管中可 以看出倒計(jì)時從 09 是正常的，于是懷疑可能是數(shù)碼管出了問題或是數(shù)碼管的一個抑 或是幾個引腳沒有被正常接上。于是換了一片正常的管子，可是上述現(xiàn)象并沒有因此 改變，于是排除一種可能，

43、接著檢查線路，果然在檢查中發(fā)現(xiàn)個位數(shù)碼管的 9 引腳沒 任何連線，接上后，數(shù)碼管開始正常倒計(jì)時，正常。 四、四、倒計(jì)時開始燈亮結(jié)束燈滅模塊倒計(jì)時開始燈亮結(jié)束燈滅模塊 故障：線路按圖紙接好后燈一直不亮 調(diào)試：檢查線路無誤后將二極管取下檢測正常，最終發(fā)現(xiàn)原來是二極管的正負(fù) 極插反了。 五、五、最后三秒報(bào)警模塊最后三秒報(bào)警模塊 故障:按圖接好接通電源后 1310 秒也開始報(bào)時 調(diào)試： 蜂鳴器是接在一個二與門上，該與門的兩個端子一個作用是保證在數(shù)碼 管個位在顯示出現(xiàn) 3、2、1 時該端子有脈沖其余時刻為低電平，另一個端子在此的作 用為保證在十位數(shù)碼管顯示為零時該端子為高電平其余時刻為低電平，最終實(shí)現(xiàn)最

44、后 三秒報(bào)警。數(shù)碼管顯示 1310 時報(bào)警器發(fā)出聲響說明二與門上述的第一個端子正常， 在排除與門正常后，將第二個端子的接線取出來接到發(fā)光二極管上進(jìn)行檢測，測得在 整個倒計(jì)時中發(fā)光二極管一直發(fā)亮，此現(xiàn)象表明該端子一直為高電平并沒有起到應(yīng)有 的作用，順著此錯誤的接線檢查發(fā)現(xiàn)該端子被誤接到電源上了，線路正常連接后報(bào)警 正常。 六、模塊銜接后整體出現(xiàn)的問題六、模塊銜接后整體出現(xiàn)的問題 故障：倒計(jì)時歸零后沒有停止而是自循環(huán) 偶爾幾次開關(guān)不起作用 調(diào)試：74ls192 的減法輸入端是由有一個二與門被接入，該與門的一個端子是提 供脈沖用的，另一個端子是在兩數(shù)碼管全為零時提供給與門一個低電平的作用。出現(xiàn) 上述故障得出兩種可能一：與門出問題； 二：提供低電平的端子有問題。檢查與門 沒問題后，沿著提供低電平的端子檢查去發(fā)現(xiàn)該端子被接到了電源上，本應(yīng)是接到十 位 74ls192 的借位端，改正后電路正常。 開關(guān)偶爾幾次不起作用說明其接觸不良，檢查后發(fā)現(xiàn)開關(guān)確實(shí)沒有接牢 固，接牢固后開關(guān)正常。 附錄附錄 電子秒表總電路圖電子秒表總電路圖 總總 體體 電電 路路 圖圖 圖 6.0 總 體 設(shè) 計(jì) 電 路 圖 元元 器器 件清單件清單 元器件名稱個數(shù) 555 定時器1 個 jk 觸發(fā)器2 個 74ls190 1 個 74hc4511 1 個 七段數(shù)碼顯示管