可預(yù)置定時(shí)電路設(shè)計(jì)說明

1、本科學(xué)生綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告項(xiàng)目組長 吳洋濤 學(xué) 號0123694成員專業(yè) 電子信息工程 班級121班實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱可預(yù)置定時(shí)電路指導(dǎo)教師及職稱涂麗琴 講師開課學(xué)期 2014 至2015 學(xué)年 第一學(xué)期上課時(shí)間2014年 12 月 11日學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告（五）學(xué)生吳洋濤學(xué)號吳洋濤同組人：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可預(yù)置定時(shí)電路必修 選修演示性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作性實(shí)驗(yàn)綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)楓林園實(shí)驗(yàn)儀器臺號指導(dǎo)教師涂麗琴實(shí)驗(yàn)日期及節(jié)次、實(shí)驗(yàn)綜述1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）熟悉集成同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器的工作原理。（2）掌握555定時(shí)器的工作原理。（3）熟悉集成電路的使用方法，熟悉集成電路的引腳安排。（4）掌握各集成芯片的邏輯功能及使用

2、方法。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)可靈活預(yù)置時(shí)間的計(jì)時(shí)電路， 要求具有時(shí)間顯示的功能，能準(zhǔn)確地預(yù)置和清零；（2） 設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)計(jì)時(shí)；（3）要求計(jì)時(shí)電路遞減計(jì)時(shí)，每隔1秒，計(jì)時(shí)器減1 ；（4） 當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零（即定時(shí)時(shí)間到）時(shí)，顯示器上顯示00,同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信 號;（5）選作：設(shè)計(jì)一個(gè)多功能的定時(shí)顯示報(bào)警系統(tǒng)：1 、某電臺每天5時(shí)開機(jī)準(zhǔn)備播音，要求早晨無人時(shí)自動啟動機(jī)組播音；2 、某工廠無人值班的自動生產(chǎn)線，分兩班生產(chǎn)，第一班要求早7點(diǎn)30分自動線開始加 工，中午11點(diǎn)30停工，12時(shí)30分開工，16時(shí)30分停工，第一班結(jié)束。第二班自

3、動線 17 時(shí)30分開工，21時(shí)30分停工，22時(shí)開工，第二天早上1時(shí)停工，第二班結(jié)束。3. 實(shí)驗(yàn)所用儀器及元器件集成電路【74LS193I 2片，【4511】2片，【555】1片，【74S20】1片，【74S04 2 片，【74S113I 1片，【74LS161 2片，電阻若干，電容若干，共陰極 7段段LED顯示器2只，開關(guān)若干二、實(shí)驗(yàn)原理1、設(shè)計(jì)原理圖，如圖1所示其工作原理為：555定時(shí)器產(chǎn)生方波作為時(shí)鐘信號，脈沖發(fā)生器的時(shí)鐘周期由C2和R2決 定。將脈沖發(fā)生器的脈沖周期設(shè)為 1H Z,即T=tpL+tpH=1s ，則可以產(chǎn)生脈沖周期為1s的方波脈沖。清零開關(guān)為SW3在置數(shù)前，先給一個(gè)清零

4、信號，是 74LS161計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)。預(yù)置 時(shí)間，分接通SW1和SW2實(shí)現(xiàn)高位和低位的置數(shù)。定時(shí)器的定時(shí)圍是 099秒，74LS161為4 位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)預(yù)置時(shí)間的功能，R3, R4, R5, R6為下拉電阻，當(dāng)74LS161的四個(gè)輸出端從00001010時(shí)，反饋到置數(shù)端，從零開始計(jì)數(shù)。74LS93為4位2進(jìn)制雙觸發(fā)計(jì)數(shù)器， 其中U10的四個(gè)非門實(shí)現(xiàn)緩沖。在本實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)的功能，使數(shù)碼管顯示從預(yù)置時(shí)間到 00減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到00的時(shí)候蜂鳴器LED發(fā)光，告知定時(shí)時(shí)間已到。振蕩源一H 預(yù)置時(shí)間斗 譯碼電路 /計(jì)時(shí)電路數(shù)碼管顯示電路報(bào)警電路 數(shù)碼管顯示電路 p12、單元電路設(shè)計(jì)（1）

5、秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器采用多謝振蕩器直接震蕩出1秒的脈沖。多謝振蕩器采用555定時(shí)器組成,實(shí)現(xiàn)頻率為1Hz的振蕩信號。555振蕩器電路圖如右圖所示。用555電路可以 組成施密特觸發(fā)器，利用施密特觸發(fā)器的回差特性， 在電路的兩個(gè)輸入端和地之間接入充放電電容C,并在輸入輸出端接入反饋電阻，就組成了一個(gè)反饋式 多諧振蕩器。基本原理是當(dāng)接通電源時(shí)，由于電容 兩端的電壓不能突變，定時(shí)器的 2端為低電平，輸 出端3端為高電平（部結(jié)構(gòu)決定），電源經(jīng)過 R、R給電容充電，當(dāng)電容電壓充到電源電壓的 2/3時(shí)，555部NMO管導(dǎo)通，輸出為低電平。電 容通過R2和NMO管放電，當(dāng)電容兩端電壓下降到低于1/3電源電

6、壓時(shí)，NMO管截止，電容放 電停止，電源通過Ri、R再次向電容充電，如此反復(fù)形成振蕩。其振蕩周期為T =0.7(R, +2R2)C改變R、C的值可以改變充放電的時(shí)間，也就改變電路的振蕩頻率。(2) 異步模2-5-10計(jì)數(shù)器74LS9074LS90包括模2和模5兩個(gè)獨(dú)立的下降沿觸發(fā)器計(jì)數(shù)器，有清零和置9功能。模2計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端為A( CP);模5計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端為B(CFB),輸出端由高到低依次為 QQQ; 清零端 、甩同時(shí)為高電平，且置 9端為、屜有一個(gè)低電平執(zhí)行清零功能，此時(shí)輸出端 QQQQA=0000;置9端 甩、甩同時(shí)為高電平時(shí)輸出置 9,此時(shí) QQQQ=1001。74LS90可接

7、成模2、模5、模10計(jì)數(shù)器。Q端與CPB時(shí)鐘端相接，輸出為8421BC碼，高 低位順序?yàn)镼QQQsQ端與CR時(shí)鐘端相連接，輸出為5421BC園，高地位順序?yàn)镼QQQB°74LS90 功能如表1-21所示。Reset Inputs曩蓮軸入ROR0(2)R9(l)R9(2)QDQCQAHHLx|lL jLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXLCOUNTLXLXCOUNTCOUNTCOUNTLXXLXLLX|"高電平L1£電平耳不左圖 1-2174LS90外引線排列如圖17-3所示 】4|因辺1】|回 9| 創(chuàng)cri MC 4 GND 3 QcCPt Roll) R

8、o(2| NC Vcf 射 彩 J|3|4|5|7|R117-3 KLSSO引腳排列74LS90邏輯圖如圖所示：邏輯圖以及連接圖1、實(shí)驗(yàn)容與完成情況： 實(shí)驗(yàn)步驟：（1）按照設(shè)計(jì)的原理圖，在標(biāo)準(zhǔn)板或面包板上搭接組裝電路；（2）按單元分塊調(diào)試電路；（3）調(diào)試石英振蕩器電路；（4）調(diào)試分頻電路；（5）調(diào)試計(jì)數(shù)電路；（6）觀察校時(shí)電路的功能是否滿足校時(shí)要求；2、出現(xiàn)的（已解決的）問題與解決辦法：出現(xiàn)的問題：開始按照書上所給的整體參考電路進(jìn)行仿真，出現(xiàn)三個(gè)問題：1）振蕩器脈沖產(chǎn)生的脈沖沒有達(dá)到要求；2）數(shù)碼管顯示出現(xiàn)異常3）定時(shí)功能沒有實(shí)現(xiàn)改正的措施：通過理論計(jì)算接觸相關(guān)的電阻的阻值和電容的大小來調(diào)節(jié)振

9、蕩的周期; 改變邏輯門的性能，實(shí)現(xiàn)功能；通過RS觸發(fā)器控制；3、未解決的問題與可能的解決方案：定時(shí)器功能的實(shí)現(xiàn)解決方案：應(yīng)用RS觸發(fā)器控制三、結(jié)論1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：仿真原理圖：仿真步驟：接通電源，將SW8閉合，使兩片74LS193是PL端有效，這樣可以接受置數(shù)電路送來的數(shù)據(jù)。閉合DSW1使置數(shù)電路與定時(shí)電路接通（如下）。置數(shù)電路的清零開關(guān)先給一個(gè)有效的低電平給兩片74LS161與D觸發(fā)器構(gòu)成的報(bào)警電路，使兩個(gè)電路初始化。然后恢復(fù)清零端為無效電平（高電平），分別閉合SW3 SW4使振蕩器的脈沖分別送至兩片74LS161,使之計(jì)數(shù)（如下）當(dāng)計(jì)數(shù)到設(shè)定值時(shí)，斷開 SW3和SW4停止置數(shù)（如下）然后斷開S

10、W8使兩片74LS193同時(shí)開始倒計(jì)時(shí)。在斷開 SW8的同時(shí)，斷開 DSW1消置數(shù)電路的影響，使定 時(shí)電路正常實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制倒計(jì)時(shí)（如下）；其在之后正常運(yùn)行減的定時(shí)功能（如下）當(dāng)達(dá)到00時(shí)，LED燈亮起，顯示已經(jīng)到時(shí)（如下）4三«監(jiān)J誥花'alPTrL-I2、問題分析與討論（包括思考題）問題：按照電路圖，連接4511和共陰極數(shù)碼管。依次調(diào)試低位和高位輸出。調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)高 位的數(shù)碼管不能正確顯示“ 2”、“3”兩個(gè)數(shù)字；討論：經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，原因是由于 4511和數(shù)碼管的“ g”、“f”腳連接錯位，導(dǎo)致以上兩個(gè)數(shù) 字不能正常顯示。調(diào)整后，可以得到正確的結(jié)果。同時(shí)，低位數(shù)碼管的“ b”

11、段不能穩(wěn)定顯示， 這是由于焊接時(shí)出現(xiàn)虛焊，調(diào)整后，恢復(fù)正常。；3、其他（包括實(shí)驗(yàn)體會、改進(jìn)措施、創(chuàng)新與建議等）：通過這次對數(shù)字定時(shí)器的設(shè)計(jì)與制作， 讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于定時(shí)器 的基本原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真軟件仿真成功之后才實(shí)際接線的。此外,本實(shí)驗(yàn)也可通過軟件Proteus實(shí)現(xiàn)。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解， 所以 說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。本次實(shí)驗(yàn)是一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)容包含了 555振蕩器的設(shè)計(jì)，脈沖的產(chǎn)生，數(shù)碼管的顯示， 六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，邏輯門電路的應(yīng)用，定時(shí)器的應(yīng)用充分結(jié)合了脈沖和計(jì)