《數(shù)字電子電路》課程設(shè)計(jì)簡易數(shù)顯電子鐘設(shè)計(jì)

1、摘要：摘要： 簡易數(shù)顯電子鐘主要有三部分構(gòu)成：函數(shù)信號發(fā)生器 計(jì)時(shí)電路 整點(diǎn)報(bào)時(shí)。 晶振提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的 32768hz 的信號，經(jīng)過分頻器分頻的到 1hz 穩(wěn)定 準(zhǔn)確的函數(shù)信號，做為計(jì)數(shù)器的脈沖信號，六個計(jì)數(shù)器串行連接，分別采用十 進(jìn)制和六進(jìn)制計(jì)數(shù)（時(shí)十位為三進(jìn)制計(jì)數(shù)） ，通過 7448 譯碼器和顯示器顯現(xiàn)出 來，計(jì)數(shù)周期為 24 小時(shí)。當(dāng)分鐘兩位同時(shí)為零時(shí)通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)和 0.5hz 函數(shù) 信號共同作用多諧振蕩，通過控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)時(shí)間來控制多諧震蕩時(shí)間，從而 控制響鈴時(shí)間。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字：晶體振蕩器、分頻器、譯碼顯示 abstract：the simple number reveal

2、s the electron clock mainly to have three parts of constitutions:the function signal generating device timing circuit integral point reports time. the crystal oscillator provides frequency stable accurate 32768hz the signal. after frequency divider frequency division to 1hz stable accurate function

3、signal,does for the counter pulse signal. six counter serial connections,uses the decimal base and the senary counting separately (when ten for ternary notation counting). comes out through 7448 decoders and the monitor appearances,the counting cycle is 24 hours. when at the same time minute two aff

4、ects the multi- harmonic vibrations together for the zero hour through monostable triggering and the 0.5hz function signal, through controls the monostable triggering time to control the multi-harmony shake time,thus control bell time. keywords: crystal oscillator、 the frequency divider、decoding dis

5、play 目目 錄錄 一.前言 3 二.慨述與基本組成 5 三.單元模塊設(shè)計(jì) 1.電源信號 5 2.信號發(fā)生器 7 1）晶體振蕩電路 8 2）分頻電路 9 3.計(jì)數(shù)器 10 1）分.秒計(jì)數(shù)器 11 2）時(shí)計(jì)數(shù)器 12 4.譯碼顯示電路 13 5.自動報(bào)時(shí)電路 16 四.主要元器件介紹 18 1.cd4060 18 2.555 18 3.74ls161 24 五、系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) 25 六、設(shè)計(jì)總結(jié) 26 附 錄 27 前言：前言： 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是在“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程之后，集中安排的重要 實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識，動腦又動手，在教師指導(dǎo)下，結(jié)合某 一專題獨(dú)立地開展電子電路的

6、設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)和提高分析、解決實(shí)際電路問 題的能力。它是高等學(xué)校電子工程類專業(yè)的學(xué)生必須進(jìn)行的一種綜合性訓(xùn)練。 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)一般是讓學(xué)生設(shè)計(jì)、組裝并調(diào)試一個簡單的電子電路裝置。 需要學(xué)生綜合運(yùn)用“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的知識，通過調(diào)查研究、查閱資料、 方案論證與選定；設(shè)計(jì)和選取電路及元器件；組裝和調(diào)試電路，測試指標(biāo)及分 析討論，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。課程設(shè)計(jì)不能停留在理論設(shè)計(jì)和書面答案上，需要運(yùn) 用實(shí)驗(yàn)檢測手段，使理論設(shè)計(jì)逐步完善，做出達(dá)到指標(biāo)要求的實(shí)際電路。通過 這種綜合訓(xùn)練，學(xué)生可以掌握電路設(shè)計(jì)的基本方法，提高動手組織實(shí)驗(yàn)的基本 技能，培養(yǎng)分析解決電路問題的實(shí)際本領(lǐng)，為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)和從事電子電路實(shí)

7、 際工作打下基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)主要是圍繞一門課程的內(nèi)容所做的綜合練習(xí)。題目 出自實(shí)際電路，一般沒有固定的答案。但由于電路比較簡單、定型，又不是真 實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)，所以學(xué)生基本上能有章可循，完成起來并不困難。這里 的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐步引向?qū)嶋H方面來，把過去熟悉的定 性分析、定量計(jì)算逐步和工程估算、實(shí)驗(yàn)調(diào)整等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計(jì) 的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法。 數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中,更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原 理和其具體的使用方法。在連接六進(jìn)制,十進(jìn)制,六十進(jìn)制的進(jìn)位及十二進(jìn)制的接 法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯時(shí)

8、便能準(zhǔn)確地找 出錯誤所在并及時(shí)糾正了。在設(shè)計(jì)電路中,往往是先仿真后連接實(shí)物圖,但有時(shí)候 仿真和電路連接并不是完全一致的, 數(shù)字鐘設(shè)計(jì)重在于仿真和接線,雖然能把電 路圖接出來,并能正常顯示,但對于電路本身的原理并不是十分熟悉.總的來說,通 過這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步地增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的動手能力。 簡易數(shù)顯電子鐘簡易數(shù)顯電子鐘 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求： 1 設(shè)計(jì)一個數(shù)顯電子鐘,時(shí)間由 6 個數(shù)碼管和 4 個發(fā)光二極管進(jìn)行顯示,顯示方 式為:hh:mm:ss: 2 顯示時(shí)間為 24 小時(shí)制.(注意:小時(shí)的十位具有 0,1,2,三種狀態(tài),個位有十進(jìn) 制和四進(jìn)制兩種). 3 要求走時(shí)精度在 24 小時(shí)內(nèi)誤差不超過 30

9、 秒. 4 整點(diǎn)報(bào)時(shí):在整點(diǎn)的時(shí)候發(fā)出 10 次聲響,每次持續(xù) 1 秒,間隔 1 秒;聲音頻率 自由選擇. 5 設(shè)計(jì)所需支流電源 數(shù)字鐘設(shè)計(jì) 一一慨述與基本組成慨述與基本組成： 數(shù)字鐘是一個將時(shí)、分、秒顯示給人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周 期為 24 小時(shí)，顯示滿刻度為 23 時(shí) 59 分 59 秒，另外還有報(bào)時(shí)功能。所以，數(shù) 字鐘主要由脈沖源、計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管和整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。如圖一所 示: 譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動 時(shí)十位 計(jì)數(shù) 時(shí)十位 計(jì)數(shù) 時(shí)十位 計(jì)數(shù) 時(shí)十位 計(jì)數(shù) 時(shí)十位 計(jì)數(shù) 時(shí)十位 計(jì)數(shù) 晶體振蕩 電路 分頻器 電路 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 電路 分頻器 電

10、路 分頻器 電路 32768hz2hz 1hz 0.5hz 圖一 1.1. 電源信號：電源信號：+5v+5v 電源電源 將 220v 的電壓變成 lm309 可用的電壓，電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220v 的電壓所需要的電壓值，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直 流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加 以濾除，從而得到平滑的支流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一 般有 10%左右的波動） 、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路 之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫 度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。方框圖如下。 通過 309 之

11、后在由電阻分壓就可以向 cc7107 輸入有效的電壓值。最后 再由 cc7107 向 led 輸入電壓，最后由 led 顯示出其電壓值。而 cc7107 的 供電部分，是通過使用 7805 和 7905 分別向它的 35 和 26 引腳輸入+5v 和- 5v 的電壓使其工作。 對 cc7107 的輸入是選用兩個運(yùn)放，一個是反比例縮小 100 倍的，另一 個是 1:1 的反比例運(yùn)放。但是考慮到設(shè)計(jì)的簡略性和可使用性，所以改有 了電阻分流。這樣就不用再設(shè)計(jì)一個向運(yùn)放提供+12v 和-12v 的電壓。電阻 分流使得設(shè)計(jì)變得簡單而且也節(jié)約了設(shè)計(jì)的成本，使得可行性提高。 橋式整流電路： 電路如圖所示，圖

12、中最做邊為壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓 v1 變成整 流電路要求的交流電壓： rl 是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管 d1d4 接成的電橋形式，故有 橋式整流電路之稱。 2.2.信號發(fā)生器：信號發(fā)生器：1hz 脈沖信號脈沖信號 為了產(chǎn)生精確的秒信號，必須有信號發(fā)生器即振蕩器。從數(shù)字電路課中可 知，振蕩器的頻率和穩(wěn)定度越高，形成的鈔信號就越準(zhǔn)確。為了簡便可行，用 電子表的石英晶體構(gòu)成頻率為 32768hz（215）的振蕩器，然后經(jīng)過 15 次二分 頻就可以得到秒信號。采用 14 位二進(jìn)制串行分頻器 cd4060，接石英晶體 jn 即 可直接實(shí)現(xiàn)振蕩與分頻功能。因其輸出是 2hz 的信號

13、，需再接一個二分頻器就 可以得秒信號，見圖二 ： 圖二 ）晶體振蕩器電路 晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn) 定。 圖中所示電路通過非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩 電路，這個電路中內(nèi)部結(jié)構(gòu)為非門與與外部的晶體、電容和電阻 構(gòu)成晶體振蕩器電路，另一個非門實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于 1hz 脈沖信號 正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻為非門提供偏置，使 電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電 容、與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同 時(shí)提供了一個度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振 蕩器的功能。

14、由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出 頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。 晶體 xtal 的頻率選為 32768hz。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率 較低，有利于減少分頻器級數(shù)。 從有關(guān)手冊中，可查得 c1、c2均為 30pf。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度 更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。 由于 cmos 電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻 r1可選為 10m。較高 的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。 非門電路可選 74hc00。 coms 晶體振蕩器 ）分頻器電路 通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到z 的秒信號輸 入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。 通常實(shí)現(xiàn)分頻器

15、的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí) 現(xiàn)。例如，將z 的振蕩信號分頻為z 的分頻倍數(shù)為 （），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于極進(jìn)制計(jì) 數(shù)器。常用的進(jìn)制計(jì)數(shù)器有等。 本實(shí)驗(yàn)中采用 cd4060 來構(gòu)成分頻電路。cd4060 在數(shù)字集成電路中可實(shí) 現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且 cd4060 還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方 便。 計(jì)數(shù)為級進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將z的信 號分頻為z，其內(nèi)部框圖如圖 3-3 所示，從圖中可以看出， 的時(shí)鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分 頻的功能。 3計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器: 有了標(biāo)準(zhǔn)秒信號后，就可以根據(jù) 60 秒為 1 分、60 分為 1 小時(shí)、24 小時(shí)為

16、1 天的計(jì)數(shù)周期。將這些計(jì)數(shù)器適當(dāng)連接，就可以形成時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)，從而 實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。若計(jì)數(shù)器從 0 時(shí)、0 分、0 秒開始計(jì)數(shù)，那么任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器里 的數(shù)就表示該時(shí)刻的時(shí)間。在此數(shù)字鐘，用同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 74161 來分 別組成時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器。 1）分、秒計(jì)數(shù)器： 分、秒計(jì)數(shù)器都是由兩個同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器級聯(lián)而成，其中個位連接 成 10 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，十位連接成 6 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，再通過由振蕩器產(chǎn)生的 標(biāo)準(zhǔn)秒信號作用來實(shí)現(xiàn) 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)功能。此數(shù)字鐘的分、秒計(jì)數(shù)器的組成。如 圖三所示。 圖三 該電路的工作原理如下： 以秒計(jì)數(shù)器為例來講述兩個計(jì)數(shù)器的工作原理。如圖四，用同步十

17、進(jìn)制加 法計(jì)數(shù)器 74161、b 級聯(lián)組成了 60 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器 a 組成了 10 進(jìn)制 信號輸出端 脈沖信號輸入端 加法計(jì)數(shù)器，其起始狀態(tài)為 qa4qa3qa2qa1=0000(秒個位)， qb4qb3qb2qb1=0000(秒十位)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)秒信號上升沿到達(dá)時(shí)，計(jì)數(shù)器 a 開始計(jì)數(shù)， 從 0000 至 1001，即從 0 至 9，當(dāng)?shù)竭_(dá)狀態(tài) 1001，即 9 的時(shí)候，計(jì)數(shù)器 a 的進(jìn) 位端(rcoa) 產(chǎn)生了為高電平的進(jìn)位信號(該進(jìn)位端直接與秒十位計(jì)數(shù)器 b 的時(shí) 鐘脈沖端(clkb)相連)，進(jìn)位信號進(jìn)入秒十位的時(shí)鐘脈沖端作為計(jì)數(shù)器 b 的時(shí) 鐘脈沖信號，使秒十位開始計(jì)數(shù)。重復(fù)以上

18、計(jì)數(shù)器 a 的工作過程，當(dāng)計(jì)數(shù)器 b 到達(dá)過渡狀態(tài) 0110 時(shí)，在 qb3端及 qb2端分別產(chǎn)生了為高電平信號，因?yàn)橛?jì)數(shù) 器 b 是采取異步復(fù)位反饋法連接成 60 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，所以該信號通過與非 門 1 形成低電平的復(fù)位信號并反饋到計(jì)數(shù)器 b 的復(fù)位端(clrb)，使整個秒計(jì)數(shù) 器全部回復(fù)起始狀態(tài)，秒計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)。同時(shí)，因?yàn)樵搹?fù)位端又與整個分計(jì) 數(shù)器的時(shí)鐘脈沖端(clkc及 clkd)直接相連，所以該復(fù)位信號也作為分計(jì)數(shù)器 的時(shí)鐘脈沖信號，使分計(jì)數(shù)器也進(jìn)行計(jì)數(shù)。 分計(jì)數(shù)器的工作原理與秒計(jì)數(shù)器基本相同，其區(qū)別在于: 分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘 脈沖信號為秒十位的與非門 1 產(chǎn)生的復(fù)位信號;以及分十位

19、產(chǎn)生的復(fù)位信號作為 時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖信號。 2）時(shí)計(jì)數(shù)器：）時(shí)計(jì)數(shù)器： 時(shí)計(jì)數(shù)器也是由兩個同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器采用異步復(fù)位反饋法級聯(lián)而成， 但其時(shí)鐘脈沖信號是來自分十位的復(fù)位信號；而該計(jì)數(shù)器的復(fù)位信號是采樣自 時(shí)個位的 qe3端以及時(shí)十位的 qf2端。此數(shù)字鐘的時(shí)計(jì)數(shù)器的組成如圖四所示。 圖四 該電路的工作原理如下： 時(shí)計(jì)數(shù)器的起始狀態(tài)為 qe4qe3qe2qe1=0000(時(shí)個位)， qf4qf3qf2qf1=0000(時(shí)十位)。當(dāng)分十位復(fù)位信號的上升沿到達(dá)時(shí)，計(jì)數(shù)器 e 開 始計(jì)數(shù)，從 0000 至 1001，即從 0 至 9，當(dāng)?shù)竭_(dá)過渡狀態(tài) 1001，即 9 的時(shí)候， 計(jì)數(shù)器 e 的進(jìn)

20、位端(rcoe) 產(chǎn)生了為高電平的進(jìn)位信號,該信號另使能端(entf) 為高電平，計(jì)數(shù)器 f 開始計(jì)數(shù)。重復(fù)以上計(jì)數(shù)器 e 的工作過程，當(dāng)計(jì)數(shù)器 e 到 達(dá)狀態(tài) 0100，計(jì)數(shù)器 f 到達(dá)狀態(tài) 0010 時(shí)，在 qe3端和 qf2端分別產(chǎn)生了高電平 信號，因?yàn)檎麄€時(shí)計(jì)數(shù)器是采用異步復(fù)位反饋法級聯(lián)而成，所以該信號通過與 非門形成低電平的復(fù)位信號并反饋到計(jì)數(shù)器 e 和計(jì)數(shù)器 f 的復(fù)位端(clre及 clrf)。使整個時(shí)計(jì)數(shù)器全部回復(fù)起始狀態(tài)，時(shí)計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)。 脈沖信號 4、譯碼顯示電路、譯碼顯示電路 當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器在標(biāo)準(zhǔn)秒信號的作用下，按 60 秒為 1 分、60 分為 1 小時(shí)、24 小時(shí)

21、為 1 天的計(jì)數(shù)規(guī)律計(jì)數(shù)時(shí)，就應(yīng)將其狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符 號，這就需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行譯碼并將其顯示出來。在此數(shù)字鐘，用七段 字型譯碼器 7448 和七段字型數(shù)碼顯示器組成譯碼顯示電路。 該電路的工作原理如下：計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時(shí)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)碼顯示器件所需要的輸出邏輯 和一定的電流，本設(shè)計(jì)選用的是 7448 作為顯示譯碼電路，選用 led 數(shù)碼管作為 顯示單元電路。另外有 4 個發(fā)光二極管組成 4 個點(diǎn)。右邊兩個相當(dāng)于時(shí)鐘的秒 針，它在 1 秒內(nèi)亮 0.5 秒、熄 0.5 秒，在電路中接一個三極管以實(shí)現(xiàn)這一過程。 因?yàn)槠叨?/p>

22、字型譯碼器 7448 的輸出為高電平，所以七段字型數(shù)碼顯示器內(nèi)的 發(fā)光二極管采用共陰極接法。8421bcd 碼由 7448 的代碼輸入端 q4q1(da)輸入， 通過 7448 進(jìn)行譯碼，譯碼后的信號在 7448 的譯碼輸出端(oaog)輸出，用該信 號來控制七段字型數(shù)碼顯示器內(nèi)部的發(fā)光二極管的導(dǎo)通和截止，從而就能清晰 地顯示出譯碼的結(jié)果。 極管的正向工作電壓一般為 1.53v，譯碼器的輸出推 動信號需要幾毫安至十幾毫安，為防止發(fā)光二極管因過流而損壞，所以在譯碼 器和數(shù)碼顯示器間接入排電阻，從而保護(hù)了數(shù)碼顯示器內(nèi)的發(fā)光二極管。 led 顯示與單片機(jī)接口顯示與單片機(jī)接口 常用的 led 顯示器有

23、 7 段（或 8 段，8 段比 7 段多了一個小數(shù)點(diǎn)“dp”段。 這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。該設(shè)計(jì)中選用的是共陰極。如圖。共陰極 led 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常該共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光 二級管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二級管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。 a b c d e f g dp led a b c d e f g dp 共陰 led 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外型 使用 led 顯示器時(shí)，為了顯示數(shù)字或符號，要為 led 顯示器提供代碼，因 為這些代碼是通過段的亮與滅來顯示不同字型的，因此稱之為段碼。 7 段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì) 8 段。因此提供給 led 顯示器 的段

24、碼正好一個字節(jié)。各段字節(jié)中各位的對應(yīng)關(guān)系如表： 表中、led 各段字節(jié)中各位的對應(yīng)關(guān)系 顯示數(shù) dpgfedcba 段碼 0001111113fh 10000011006h 2010110115bh 3010011114fh 40110011066h 5011011016dh 6011111017dh 70000011107h 8011111117fh 9011011116fh 由于單片機(jī) i/o 的電氣特性決定了單片機(jī)的端口的驅(qū)動能力有限，一般的， 單片機(jī)的端口只是驅(qū)動 ttl 電平，不提供或者提供很小的驅(qū)動電流，所以在帶 負(fù)載時(shí)，單片機(jī)應(yīng)當(dāng)在 i/o 口上加上驅(qū)動芯片。該設(shè)計(jì)中使用 uln

25、2803 驅(qū)動芯 片。 發(fā)光二極管工作電流在10ma左右，而一般i/o接口不能提供這么大的電流 需要使用驅(qū)動電路，常用的有uln2003a，7段驅(qū)動，uln2803 8段驅(qū)動。 led 與單片機(jī)的接線如圖五所示。 a b c d e f g dp led2 led+ a b c d e f g dp led3 led+ a b c d e f g dp led4 led+ a b c d e f g dp led5 led+ a 7 b 1 c 2 d 6 lt 3 bi/rbo 4 rbi 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 u2 7448 a 7 b 1

26、 c 2 d 6 lt 3 bi/rbo 4 rbi 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 u3 7448 a 7 b 1 c 2 d 6 lt 3 bi/rbo 4 rbi 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 u4 7448 a 7 b 1 c 2 d 6 lt 3 bi/rbo 4 rbi 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 u5 7448 d3 led1d1 led1 d2 led2 d4 led2 t2 13005 +5+5+5+5 +5 +5 r1 1k r1 1k 1hz q0

27、q1q2q3q0q1q2q3q0q1q2q3q0q1q2q3 圖 五 55自動報(bào)時(shí)電路自動報(bào)時(shí)電路 (1)(1)音響電路音響電路 音頻振蕩器音頻振蕩器 音頻振蕩信號 v 可為正弦波或矩形撥，一般 201000hz（柔和的音頻范圍） ，可選用多種方案實(shí)現(xiàn)，如 rc 環(huán)行振蕩器 自激對稱多諧振蕩器 555 集成定 時(shí)器構(gòu)成的振蕩器等。 音響控制電路 用 ttl 功率門或集電極開路門（oc 門）可以直接驅(qū)動小功率喇叭發(fā)聲，如 圖四。若 vk 是周期 1s 的矩形波，則會產(chǎn)生響一下停一下，響停共一秒的聲音。 q 是報(bào)時(shí)控制信號。 （2 2）自動報(bào)時(shí)原理圖：）自動報(bào)時(shí)原理圖： 報(bào)時(shí)信號 1hz 脈沖信號

28、 其中第一個 555 定時(shí)器為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,脈寬為 20 秒，將其與分頻后輸 出的 0.5hz 信號經(jīng) coms 與非門與非后再輸入第二個 555 定時(shí)器（多諧振蕩 器）的第 4 腳，使揚(yáng)聲器能夠發(fā)出聲響。并且其脈寬為 t=tp+th=2 秒，其 中 tph 為響 1 秒的時(shí)間，thl 為間隔 1 秒的時(shí)間。即實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)時(shí)發(fā)出 10 次 聲響,每次持續(xù) 1 秒,間隔 1 秒的功能。 66 主要元器件介紹主要元器件介紹 1.1. cd4060cd4060 cin 11 cout 9 cout 10 rst 12 q4 7 q5 5 q6 4 q7 6 q8 14 q9 13 q10 15 q12

29、1 q13 2 q14 3 vdd 16 vss 8 ic1 cd4060 圖 13. cd4060 的引腳圖 2.2. 555555 定時(shí)器定時(shí)器 555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu) 555 定時(shí)器是一個多用途的模擬-數(shù)字混合集成電路。555 定時(shí)器的內(nèi)部電 路結(jié)構(gòu)如圖 5-1 所示。 由圖 5-1 可見，555 定時(shí)器內(nèi)部電路由電壓比較器 c1和 c2，rs 觸發(fā)器和集 電極開路的三極管 t 三部分組成。 555 定時(shí)器有兩個輸入端，一個輸出端，共 8 個引腳。器件的第 6 腳接電壓 比較器 c1的反相輸入端，稱為閾值端，用符號 th 來標(biāo)注；第 2 腳接電壓比較 器 c2的同相輸入端，稱為觸發(fā)端，

30、用符號 來標(biāo)注；第 5 腳是控制電壓輸入 端，用符號 vco來標(biāo)注；第 4 腳是 rs 觸發(fā)器的復(fù)位端；第 3 腳是信號輸出端， 第 1 腳是接地端，第 8 腳是電源電壓輸入端。 由圖 5-1 可見，當(dāng)?shù)?5 腳懸空時(shí)，第 8 腳所接的電源電壓 vcc 經(jīng)三個 5k 的電阻 r 分壓，電壓比較器 c1同相輸入端的電壓為 ，該電壓是電壓比較 器 c1的參考電壓；電壓比較器 c2反相輸入端的電壓為 ，該電壓是電壓比 較器 c2的參考電壓。 555 定時(shí)器的工作原理是：當(dāng)輸入電壓 時(shí)，電壓比較 器 c1反相輸入端的輸入電壓小于參考電壓，相當(dāng)于在電壓比較器 c1的反相輸入 端輸入一個負(fù)極性的信號，電壓

31、比較器 c1的輸出電壓為正極性的信號，即高電 平信號“1”；電壓比較器 c2同相輸入端的輸入電壓小于參考電壓，相當(dāng)于在 電壓比較器 c2的同相輸入端輸入一個負(fù)極性的信號，電壓比較器 c2的輸出電壓 為負(fù)極性信號，即低電平信號“0”；rs 觸發(fā)器被置位，輸出電壓 u0等于 1。 當(dāng)輸入電壓 時(shí)，ui2從 變化到 時(shí)，電壓比較器 c1 反相輸入端的輸入電壓小于參考電壓，電壓比較器 c1的輸出電壓為高電平信號 “1”；電壓比較器 c2同相輸入端的輸入電壓從小于參考電壓變化到大于參考 電壓，電壓比較器 c2的輸出電壓從低電平信號“0“變?yōu)楦唠娖叫盘枴?”；rs 觸發(fā)器處在保持的狀態(tài)，保持 時(shí)的輸出狀態(tài)

32、，輸出電壓 u0 等于 1。 當(dāng)輸入電壓 時(shí)，電壓比較器 c1反相輸入端的輸入電壓 大于參考電壓，相當(dāng)于在電壓比較器 c1的反相輸入端輸入一個正極性的信號， 電壓比較器 c1的輸出電壓為負(fù)極性的信號，即低電平信號“0”；電壓比較器 c2同相輸入端的輸入電壓大于參考電壓，相當(dāng)于在電壓比較器 c2的同相輸入端 輸入一個正極性的信號，電壓比較器 c2的輸出電壓為正極性信號，即高電平信 號“1”；rs 觸發(fā)器被復(fù)位，輸出電壓 u0等于 0。 當(dāng)輸入電壓 時(shí)，ui1從 變化到 時(shí)，電壓比較器 c2 同相輸入端的輸入電壓大于參考電壓，電壓比較器 c2的輸出電壓為高電平信號 “1”；電壓比較器 c1反相輸入

33、端的輸入電壓從大于參考電壓變化到小于參考 電壓，電壓比較器 c1的輸出電壓從低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”；rs 觸發(fā)器處 在保持的狀態(tài)，保持 時(shí)的輸出狀態(tài)，輸出電壓 u0等于 0。 555 定時(shí)器輸出與輸入的關(guān)系也可用功能表來描述，555 定時(shí)器的功能表如 表 5-1 所示。 表 5-1 555 定時(shí)器的功能表 rd u6（th） u2(tr) u0v1 0 cc u 3 2 cc u 3 1 0 導(dǎo)通 1 cc u 3 2 cc u 3 1 1 截止 1 cc u 3 2 cc u 3 1 0 導(dǎo)通 1 cc u 3 2 cc u 3 1 不變不變 用 555 定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)電路 用 55

34、5 定時(shí)器也可以組成單穩(wěn)態(tài)電路，由 555 定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路如 圖 5-5 所示。 單穩(wěn)態(tài)電路的工作原理是：在正常的情況下，電路的輸入信號端接 的高電平信號，電容 c 上的電壓 uc=0， 555 定時(shí)器的輸入狀態(tài)滿足 ， 的條件，根據(jù)表 5-1 可得，555 定時(shí)器內(nèi)部的電壓比較 器 c1和 c2的輸出電壓都是高電平“1”，555 定時(shí)器內(nèi)部的 rs 觸發(fā)器處在記憶 的狀態(tài)，記住 q=0 的低電平狀態(tài)，555 定時(shí)器內(nèi)部的三極管 t 導(dǎo)通，單穩(wěn)態(tài)電 路保持輸出低電平的狀態(tài)，電路的輸出電壓 uo=0，該狀態(tài)是單穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)定 態(tài)。 若在單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端加上一個負(fù)脈沖的觸發(fā)信號，在負(fù)脈沖

35、信號的觸 發(fā)下，555 定時(shí)器內(nèi)部的電壓比較器 c2的輸出電壓為低電平信號“0”，電壓比 較器 c1的輸出電壓為高電平信號“1”，555 定時(shí)器內(nèi)部的 rs 觸發(fā)器被置位， rs 觸發(fā)器處在 q=1 的狀態(tài)，單穩(wěn)態(tài)電路的輸出為高電平，電路的輸出電壓為 uo=1。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路的輸出 uo=1 時(shí)，因 555 定時(shí)器內(nèi)部 rs 觸發(fā)器的輸出 q=1， ，所以，三極管 t 截止，電源 vcc經(jīng)電阻 r 向電容 c 充電，使電容兩端的 電壓 uc增大，當(dāng)電容 c 兩端的電壓 時(shí)，555 定時(shí)器內(nèi)部的電壓比較 器 c1的輸出電壓為低電平信號“0”，電壓比較器 c2的輸出電壓因負(fù)脈沖觸發(fā) 信號的消失變成高

36、電平信號“1”，555 定時(shí)器內(nèi)部的 rs 觸發(fā)器被復(fù)位，rs 觸 發(fā)器的狀態(tài)為“0”，單穩(wěn)態(tài)電路自動回到輸出電壓 uo=0 的穩(wěn)定態(tài)。 當(dāng) 555 定時(shí)器內(nèi)部的 rs 觸發(fā)器處在狀態(tài)“0”時(shí)，555 定時(shí)器內(nèi)部的三極管 t 導(dǎo)通，電容 c 通過三極管 t 放電，使電容兩端的電壓恢復(fù)到 uc=0 的狀態(tài)，為 下一次充電作準(zhǔn)備。 由上面的討論可見，單穩(wěn)態(tài)電路輸出電壓 uo=1 的狀態(tài)不是電路的穩(wěn)定態(tài)， 該狀態(tài)僅在負(fù)脈沖觸發(fā)信號作用后的短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，稱為電路的暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn) 態(tài)電路的工作波形圖如圖 5-6 所示。 由圖 5-6 可見，單穩(wěn)態(tài)電路在負(fù)脈沖信號的觸發(fā)下，電路進(jìn)入輸出電壓 uo=1 的暫穩(wěn)

37、態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)所持續(xù)的時(shí)間用 tw來表示，利用電容充電過程的三要素 公式可求得 tw的大小。利用三要素公式求 tw的過程如下： 根據(jù)單穩(wěn)態(tài)電路工作的特點(diǎn)可得電路的三要素為 uc（0）=0，uc（） =vcc，=rc。將電路的三要素代入電容充電過程的三要素公式可得： 由式 5-3 可見，單穩(wěn)態(tài)電路暫穩(wěn)態(tài)所持續(xù)的時(shí)間 tw與 rc 有關(guān)，改變 rc 的 值，即可改變單穩(wěn)態(tài)電路暫穩(wěn)態(tài)所持續(xù)的時(shí)間。 用 555 定時(shí)器組成多諧振蕩器 用 555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖 5-8 所示。 圖 5-8 所示電路的工作原理是：設(shè)接通電源時(shí)，電路的輸出狀態(tài)為高電平。在 這種情況下，555 定時(shí)器內(nèi)部的三極管 t 截止，電源 vcc通過電阻 r1和 r2對電 容 c 充電，當(dāng)電容 c 兩端的電壓充電到大于 時(shí)，555 定時(shí)器內(nèi)部的 rs 觸 發(fā)器被復(fù)位，電路的輸出為低電平。 當(dāng)電路的輸出為低電平時(shí)，555 定時(shí)器內(nèi)部的三極管 t 導(dǎo)通，電容 c 通過電 阻 r2放電，當(dāng)電容 c 兩端的電壓放電到小于 時(shí)，555 定時(shí)器內(nèi)部的 rs 觸 發(fā)器被置位，電路的輸出又恢復(fù)到高電平。多諧振蕩器周而復(fù)始地重復(fù)上述的 過程輸出高、低電平交替變化的方波信號。多諧振蕩器上述工作過程的波形圖 如圖 5-9 所示。 根據(jù) rc 電路充，放電過程的三要素公式可得多諧振蕩器輸出方波信號的