數(shù)電課程設(shè)計考試天數(shù)倒計時

1、課程設(shè)計名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目： 考試天數(shù)倒計時器 學(xué)期：2011-2012學(xué)年第2學(xué)期專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 電氣105 姓名： 董衛(wèi)衛(wèi) 學(xué)號： 1016030106 指導(dǎo)教師： 閆孝姮 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計成績評定表評定標(biāo)準(zhǔn)評定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)評定合格不合格單元電路及整體設(shè)計方案合理性正確性創(chuàng)新性仿真或?qū)嵺`是否進(jìn)行仿真或?qū)嵺`技術(shù)指標(biāo)或性能符合設(shè)計要求有完成結(jié)果設(shè)計報告格式正確內(nèi)容充實語言流暢標(biāo)準(zhǔn)說明：以上三大項指標(biāo)中，每大項中有兩小 項或三小項合格，視為總成績合格。總成績?nèi)掌谀?月 日課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目考試天數(shù)倒計時器的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)顯示兩位數(shù)倒計時，如99到11

2、.當(dāng)?shù)?時喇叭自動響0時結(jié)束2.用led數(shù)碼管顯示結(jié)果3.可以實現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能三、設(shè)計計劃電子技術(shù)課程設(shè)計共1周。第1天：針對選題查資料，確定設(shè)計方案；第2天：方案分析比較，電路原理設(shè)計，進(jìn)行元器件及參數(shù)選擇；選用芯片參考：減法器、74160a、74ls48、led數(shù)碼管。第34天：利用multisim電路仿真，畫電路原理圖；第5天：編寫整理設(shè)計報告。四、設(shè)計要求1. 畫出整體電路圖。（protel或altium designer或multisim,禁止用visio畫電路圖）。2. 對所設(shè)計的電路全部或部分進(jìn)行仿真，使之達(dá)到設(shè)計任務(wù)要求。有余力的同學(xué)嘗試制作pcb單面板圖。3. 寫出設(shè)計報告書。

3、指 導(dǎo) 教 師：閆孝姮時 間：2012年6月17 日目錄1 電路原理圖設(shè)計 11.1 設(shè)計原理11.2 設(shè)計方案 12 各分電路功能分析42.1 脈沖發(fā)生電路42.1.1 555定時器42.1.2 用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器42.2 計數(shù)器電路52.3 譯碼顯示電路72.4 控制電路92.4.1 報警電路92.4.2 置數(shù)、暫停、清零、控制電路103 總體電路仿真124 設(shè)計小結(jié)13參考文獻(xiàn)14目錄課程設(shè)計成績評定表2摘要51 電路原理圖設(shè)計11.1 設(shè)計原理11.2 設(shè)計方案12 各分電路功能分析42.1 脈沖發(fā)生電路42.1.1 555定時器42.1.2 用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器42

4、.2 計數(shù)器電路62.3 譯碼顯示電路72.4 控制電路102.4.1 報警電路102.4.2 置數(shù)、暫停、清零、控制電路103 總體電路仿真124 設(shè)計小結(jié)13參考文獻(xiàn)14摘要倒計時器在日常生活中應(yīng)用比較廣泛，比如籃球比賽是用的30秒倒計時，還有交通燈使用的60秒倒計時等等，但是這些倒計時器僅用在特定的場合，通用性比較差。為此，本文通過簡單的數(shù)字邏輯電路器件，搭建成了可以實現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能的倒計時器。本倒計時器主要有六個模塊構(gòu)成：脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、置數(shù)電路、控制電路和報警電路；本倒計時器主要采用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

5、計數(shù)譯碼顯示電路,由74ls147，74ls04構(gòu)成的置數(shù)控制電路。本計時器具有啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)，清零以及置入任意兩位數(shù)作為計數(shù)起點，在最后十秒發(fā)出聲光報警等功能。本倒計時器比較好的解決了目前倒計時器通用性差的問題。關(guān)鍵詞：任意置數(shù)倒計時；譯碼顯示；控制；聲光報警1 電路原理圖設(shè)計1.1 設(shè)計原理我們可以用555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生頻率為1hz的脈沖，即輸出周期為1秒的方波脈沖，將該方波脈沖信號送到計數(shù)器74ls192的cp減計數(shù)脈沖端,再通過譯碼器74ls48把輸入的8421bcd碼經(jīng)過內(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74ls1

6、92的四個輸入端接74ls147的輸出，在74ls147的輸入用撥碼開關(guān)輸入，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置開關(guān)或控制電路即可實現(xiàn)計數(shù)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、譯碼顯示電路的顯示，置入任意兩位數(shù)作為計數(shù)起點，以及聲光報警等功能。1.2 設(shè)計方案經(jīng)過初步的設(shè)計，可以確定該系統(tǒng)應(yīng)包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、置數(shù)電路，控制電路和報警電路等6個部分構(gòu)成。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成倒計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停、連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路完成顯示功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，要

7、求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器顯示零。當(dāng)啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘信號cp，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當(dāng)暫停、連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停、連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。當(dāng)?shù)褂嫊r到9時，數(shù)碼管顯示09，報警電路發(fā)出聲光報警，給予提示。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1-1所示。脈沖發(fā)生器計數(shù)器計數(shù)器十位顯示個位顯示譯碼器譯碼器報警電路控制電路置數(shù)電路圖1-1系統(tǒng)設(shè)計框圖在此，提出兩種方案，主要是置數(shù)電路，和計數(shù)器，方案一：置數(shù)電路可以直接用開關(guān)輸入計數(shù)器高低電平，表示二進(jìn)制數(shù)，如圖1-2：計數(shù)器采用74ls190級聯(lián)成100進(jìn)制減法

8、計數(shù)器。方案二：采用撥碼開關(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，輸入計數(shù)器，如圖1-2：計數(shù)器采用74ls192級聯(lián)成100進(jìn)制減法計數(shù)器。方案一，置數(shù)開關(guān)能置入0到15的十進(jìn)制數(shù)，但是僅需要置入0到9即可，還有開關(guān)有機械抖動，可能會使置數(shù)不穩(wěn)。74ls190作為計數(shù)器實現(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方案一的缺陷，所以選擇方案二；圖1-22 各分電路功能分析2.1 脈沖發(fā)生電路2.1.1 555定時器555定時器主要是通過外接電阻r和電容器c構(gòu)成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)

9、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)部管腳圖圖2-1 555管腳圖2.1.2 用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖2-3(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源vcc通過r1和r2向電容器c充電,使uc逐漸升高,升到2vcc/3時,uo跳變到低電平,放電端d導(dǎo)通,這時,電容器c通過電阻r2和d端放電,使uc下降,降到vcc/3時,uo跳變到高電平,d端截止,電源vcc又通過r1和r2向電容器c充電。如此循環(huán),

10、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。8 476 555321 5r1r2ucc+vccuo0.01µftuo0tw2tw1tuc0t（a）5555555（b）圖2-3 555構(gòu)成的振蕩電路及即波形輸出信號uo的脈寬tw1、tw2、周期t的計算公式如下:tw10.7(r1r2)ctw20.7r2cttw1tw20.7(r12r2)c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，即按照圖2-4連接的電路就可以產(chǎn)生1hz

11、的方波脈沖。圖2-4 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路2.2 計數(shù)器電路計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進(jìn)行計數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設(shè)計中選用74ls192來實現(xiàn)要求的減法計數(shù)功能。圖2-5是74ls192的管腳圖。圖2-5 74ls192管腳圖74ls192具有下述功能：異步清零：mr=1，q3q2q1q0=0000 。（此功能可實現(xiàn)計數(shù)器的清零）異步置數(shù)：mr=0，=0，q3q2q1q0=d3d2d1d0 。保持： mr=0，=1，cpu=cpd=1,q3q2q1q0保持原態(tài)加計數(shù)：cr=0,=1，cpu

12、=cp，cpd=1，q3q2q1q0按加法規(guī)律計數(shù)減計數(shù)：cr=0,=1，cpu=1，cpd= cp，q3q2q1q0按減法規(guī)律計數(shù)按照課程設(shè)計任務(wù)書要求計數(shù)器。我們將用兩片74ls192級聯(lián)成100進(jìn)制減法計數(shù)器如圖2-6圖2-62.3 譯碼顯示電路本次設(shè)計中我們用發(fā)光二極管（led）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱led數(shù)碼管或led七段顯示器。因為計算機輸出的是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嬎銠C輸出的bcd碼換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制數(shù)的電路稱為“七段字型

13、譯碼器”因此在本次的設(shè)計中我們采用了常用的74ls48。圖2-7是74ls48的外部管腳圖圖2-7 74ls48管腳圖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。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強器件的功能。 它有3個輔助控制端lt、rbi、bi/rbo,現(xiàn)簡要說明如下： 滅燈輸入bi/rbo bi/rbo是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當(dāng)bi/rbo作輸入使用且bi0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。 試燈輸入lt 當(dāng)lt0時，bi/rbo是輸出端，且rbo1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1,顯示字形8。該輸入

14、端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞。 動態(tài)滅零輸入rbi當(dāng)lt1，rbi0且輸入代碼dcba0000時，各段輸出ag均為低電平，與bcd碼相應(yīng)的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用lt=1與rbi=0可以實現(xiàn)某一位的“消隱”。此時bi/rbo是輸出端，且rbo=0。 動態(tài)滅零輸出rbobi/rbo作為輸出使用時，受控于lt和rbi。當(dāng)lt1且rbi0，輸入代碼dcba=0000時，rbo=0；若lt=0或者lt1且rbi1，則rbo=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。 對輸入代碼0000，譯碼條件是：lt和rbi同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求lt1，這時候，譯碼器各段a

15、g輸出的電平是由輸入bcd碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。74ls48的功能表如下：74ls48功能表十進(jìn)數(shù)或功能輸入bi/rbo輸出ltrbid c b aabcdefg0hh0 0 0 0h11111101hx0 0 0 1h01100002hx0 0 1 0h11011013hx0 0 1 1h11110014hx0 1 0 0h01100115hx0 1 0 1h10110116hx0 1 1 0h00111117hx0 1 1 1h11100008hx1 0 0 0h11111119hx1 0 0 1h111001110hx1 0 1 0h000110111hx1 0 1 1h00

16、1100112hx1 1 0 0h010001113hx1 1 0 1h100101114hx1 1 1 0h000111115hx1 1 1 1h0000000bixxx x x xl0000000rbihl0 0 0 0l0000000ltlxx x x xh1111111表1-1 74ls48功能表本次設(shè)計的譯碼顯示電路可以按照圖2-8連接電路圖2-8 譯碼顯示電路2.4 控制電路2.4.1 報警電路任務(wù)要求在計時器倒計時到9秒時發(fā)出聲光警報，因次我們可以將192的輸出端按照圖2-9連接，當(dāng)192的高位到低位輸出0000 xxxx 時（即倒計時到9秒時）可發(fā)出報警。圖2-9 報警電路2.

17、4.2 置數(shù)、暫停、清零、控制電路本倒計時器，采用74ls147優(yōu)先編碼器，和撥碼開關(guān)來完成置數(shù)功能。當(dāng)置數(shù)開關(guān)閉合，撥動撥碼開關(guān)將使對應(yīng)的數(shù)置入計數(shù)器，并在數(shù)碼管上顯示出來。74ls147優(yōu)先編碼器有9個輸入端和4個輸出端。某個輸入端為0，代表輸入某一個十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)9個輸入端全為1時，代表輸入的是十進(jìn)制數(shù)0。4個輸出端反映輸入十進(jìn)制數(shù)的bcd碼編碼輸出。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)某一個輸入端低電平0時，4個輸出端就以低電平0的輸出其對應(yīng)的8421 bcd編碼。當(dāng)9個輸入全為1時，4個輸入出也全為1，代表輸入十進(jìn)制數(shù)0的8421 bcd編碼輸出。功能表如圖3.

18、1所示，引腳圖如圖3.2所示。輸入輸出0 × × × × × × × × ×1 0 × × × × × × × ×1 1 0 × × × × × × ×1 1 1 0 × × × × × ×1 1 1 1 0 × × × × ×1 1 1 1 1 0

19、 × × × ×1 1 1 1 1 1 0 × × ×1 1 1 1 1 1 1 0 × ×1 1 1 1 1 1 1 1 0 ×1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 1 0 10 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1圖2-10 74ls147功能表圖2-11 74ls147引腳圖置數(shù)電路 當(dāng)置數(shù)開關(guān)打到低電平時，此時撥動撥碼開關(guān)，想要計時的數(shù)置入計數(shù)器。暫停/連續(xù) 當(dāng)暫停/開啟開關(guān)打到低電平時計時器暫停，當(dāng)開關(guān)打到高電平時計時器正常計時。清零 當(dāng)開關(guān)接高電平時，電路清零，顯示清零。電路連接如圖2-12圖2-12 控制電路3 總體電路仿真本倒計時器由5個模塊組成：時鐘模塊（即秒脈沖發(fā)生模塊）、計數(shù)模塊、譯碼顯示模塊、控制模塊和報警電路。總體仿真電路如下圖3-1。打開仿真軟件multisim 11按要求在multisim 11里連接好如圖所示的電路點擊仿真按鈕，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觀察產(chǎn)生的脈沖是否為1hz。最后的仿真結(jié)果是