數(shù)電課設(shè)定時(shí)顯示報(bào)警電路

1、1 設(shè)計(jì)思路.21.1 原理介紹 .21.2 步驟介紹.31.3 設(shè)計(jì)思路.32 電路模塊與仿真.421 時(shí)鐘脈沖模塊仿真圖 .42.2 時(shí)鐘脈沖模塊設(shè)計(jì)與分析.52.3 計(jì)時(shí)模塊仿真圖.62.4 計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)與分析 .62.5 顯示模塊的仿真.82.6 顯示模塊的設(shè)計(jì)與分析.92.7 報(bào)警模塊的仿真.102.8 報(bào)警模塊的分析與設(shè)計(jì).102.9 整體電路仿真 .113 硬件電路.123.1 硬件焊接圖.123.2 原件清單.134 結(jié)果分析.145 心得體會(huì).15本次課程設(shè)計(jì)需要的電路為可預(yù)置的定時(shí)顯示報(bào)警電路，它是一種可以根據(jù)我們需要，設(shè)置其預(yù)制報(bào)警時(shí)間的報(bào)警器。其使用圍較廣，其一般流程為

2、，首先可以進(jìn)行預(yù)置報(bào)警時(shí)間，然后計(jì)時(shí)電路模塊計(jì)時(shí)到預(yù)定時(shí)間，時(shí)間結(jié)束后聲光報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，主要利用一些集成芯片，觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器，邏輯門電路等一些芯片構(gòu)成，關(guān)鍵詞 ：時(shí)鐘脈沖 計(jì)數(shù)器 顯示電路 報(bào)警模塊1 可預(yù)制的定時(shí)顯示報(bào)警電路，在本電路設(shè)計(jì)中，一共分為四個(gè)模塊，首先是時(shí)鐘脈沖模塊，其作用是給后面的計(jì)時(shí)芯片提供時(shí)鐘信號(hào)，本次采用的是555 芯片，將 555 芯片連接成多諧震蕩電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)置不同的電阻電容值使得輸出的脈沖周期為 1 秒。讓計(jì)數(shù)器每次計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔為 1 秒。本次電路設(shè)計(jì)的第二個(gè)模塊是計(jì)時(shí)芯片，所用為 74LS90 芯片，它可以產(chǎn)生 0 到30 進(jìn)制

3、的計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)電路由兩塊 74LS90 芯片構(gòu)成，當(dāng)最大預(yù)制時(shí)間為 30 秒時(shí)，兩個(gè)芯片分別連接成三進(jìn)制、十進(jìn)制，十位芯片的時(shí)鐘信號(hào)由個(gè)位芯片進(jìn)位信號(hào)提供，當(dāng)個(gè)位記滿一圈后產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)，將 Qd 的輸出接入到十位的時(shí)鐘，當(dāng)十位達(dá)到 0011 時(shí)即記滿 30 秒，將低兩位的高電平信號(hào)輸入到 90 芯片的清零端，兩塊 90 芯片的清零端連接在一起，即可實(shí)現(xiàn)同時(shí)清零，則計(jì)數(shù) 30 秒完成。第三個(gè)模塊為計(jì)數(shù)顯模塊，計(jì)數(shù)顯示模塊有兩塊 4511 譯碼器和 2 塊共陰極數(shù)碼管組成，將計(jì)數(shù)器的 Qa、Qb、Qc、Qd 依次接入到譯碼器中，則在計(jì)數(shù)過程中，數(shù)碼管會(huì)顯示工作時(shí)間。第四個(gè)模塊為報(bào)警模塊，報(bào)警模塊有

4、D 觸發(fā)器和蜂鳴器組成，本電路采用 D 觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，其輸入端直接接高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器記滿 30 時(shí)十位輸出為 0011，將兩個(gè)高電平的輸出接入一個(gè)與門后作為一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)給 D 觸發(fā)器，這時(shí)候就會(huì)有一個(gè)上升沿信號(hào)，從而使 D 觸發(fā)器的輸出為高電平，而蜂鳴器的負(fù)極接地，這樣，當(dāng)計(jì)數(shù)到預(yù)制時(shí)間時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。實(shí)驗(yàn)預(yù)制報(bào)警功能。 （1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析電路思路（2） 畫出符合設(shè)計(jì)要求的電路圖（3） 用仿真軟件仿真電路，查看輸出結(jié)果（4） 根據(jù)電路圖焊接電路板（5）實(shí)物調(diào)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析（6）完成設(shè)計(jì)并寫出心得體會(huì) 顯示電路計(jì)數(shù)器報(bào)警模塊2 21 圖 2.1 時(shí)鐘脈沖 時(shí)鐘脈沖模塊是給計(jì)

5、時(shí)芯片提供一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，使其能夠完成周期為1秒的計(jì)數(shù)，本電路我們使用的是555定時(shí)器所構(gòu)成的多諧振電路來進(jìn)行發(fā)出時(shí)鐘脈沖。555定時(shí)器部比較器靈敏度較高，而且采取差分電路形式，用555定時(shí)器組成的多諧振振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。555 定時(shí)器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用極為廣泛。它不僅用于信號(hào)的產(chǎn)生和變換，還常用于控制和檢測(cè)電路中。本實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)鐘脈沖周期為1秒，則有電容器C放電所需時(shí)間為： t1= R1Cln2當(dāng)放電結(jié)束后，電容器C充電所需時(shí)間為 t2=(R1+R2)Cln2則一個(gè)充放電周期為T= t1+t2= 0.98 S1.43其振蕩頻率為

6、f(R 2R )C12在555產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后面，接有一個(gè)運(yùn)算放大器，放大脈沖信號(hào)的電壓，555輸出的電壓較低，在電路中的高低電平不易區(qū)分，且在報(bào)警電路中需要較高電平才能使其發(fā)聲.放大電路原理為: Vo/R=Vi/2RVi=2Vo則在經(jīng)過放大器的放大作用后，輸出電壓能夠達(dá)到原來的兩倍，這樣可以消除因555觸發(fā)器輸出電壓較低而帶來的影響，使得后面的輸入輸出的高低電平正常。 圖 2.3 計(jì)數(shù)模塊 該計(jì)數(shù)顯示模塊所采用的是 74LS90 計(jì)數(shù)芯片，該芯片的基本的連接如下方所示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(duì)計(jì)數(shù)器清零。其具體功能詳述

7、如下：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。 清零、置 9 功能，異步清零 ，當(dāng) R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步 清零功能，即 QDQCQBQA0000。在本電路中，需要 30 秒計(jì)數(shù)，兩個(gè) 90 芯片個(gè)位采用的是十進(jìn)制，十位采用的是三進(jìn)制，在連接的時(shí)候，個(gè)位芯片的時(shí)鐘信號(hào)是由 555 觸發(fā)器產(chǎn)生的 1Hz的方波脈沖，當(dāng)個(gè)位的芯片計(jì)數(shù)到十，QD、QC、QB、QA 的輸出端則為 1010，將輸出端 QD 的電平送到十位的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，由于該芯片是下降沿

8、觸發(fā)，所以個(gè)位芯片的計(jì)數(shù)由十變一時(shí)，就會(huì)有下降沿產(chǎn)生，作為一次進(jìn)位信號(hào)，在清零方面，將兩個(gè)芯片的清零端 R0(1)、R0(2)分別接在一起，當(dāng)計(jì)數(shù)到 30 時(shí)，十位輸出為 0011，將兩個(gè)高電平分別送入兩個(gè) 90 芯片的清零端，使計(jì)數(shù)器清零。從而達(dá)到預(yù)制 30 秒的效果。 圖 2.5 顯示模塊 顯示部分由兩塊 4511 芯片和兩塊共陰數(shù)碼管組成，4511 的部分功能如下所示，D4511 是一 片 CMOS BCD鎖 存/7 段譯 碼/驅(qū) 動(dòng)器，其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a 為最低位。LT 為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮

9、，以檢查顯示器是否有故障。BI 為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1 端應(yīng)加高電平。另外 CD4511 有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù) 9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE 是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。 ag 是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰 LED 數(shù)碼管。另外，CD4511 顯示數(shù)“6”時(shí)，a 段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d 段消隱，所以顯示6、9 這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀圖路，BI：4 腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT：3 腳是測(cè)試輸入端，當(dāng) BI=1，LT=0

10、時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“ 8”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。LE：鎖定控制端，當(dāng) LE=0 時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1 時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在 LE=0 時(shí)的數(shù)值。 A1、A2、A3、A4、為 8421BCD 碼輸入端因此在本電路模塊中，4511 芯片與兩位 7 端共陰數(shù)碼管相連接，達(dá)到顯示計(jì)數(shù)的目的。 圖 2.7 報(bào)警模塊 報(bào)警模塊就是當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)制數(shù)的一刻，報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出聲或光的報(bào)警信號(hào)，在本電路的設(shè)計(jì)中，當(dāng)記滿 30 秒時(shí)，十位的 74LS90 芯片的輸出端為0011，將兩個(gè)高電平輸出通過 74LS08 芯片與門，則輸出

11、為一個(gè)高電平，將此個(gè)輸出的高電平接入到 74LS74 的 D 觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)的輸入端，74LS74 芯片是一個(gè)上升沿觸發(fā)的 D 觸發(fā)器，則當(dāng)十位計(jì)數(shù)到 0011 時(shí)，兩個(gè)高電平將經(jīng)過與門將產(chǎn)生一個(gè)上升沿的脈沖信號(hào)，使 D 觸發(fā)器的輸入信號(hào)輸出，在電路中，D 觸發(fā)器的輸入端始終接到高電平，因此，當(dāng)上升沿到來時(shí)，高電平的輸入信號(hào)就會(huì)輸出，而用于報(bào)警作用的蜂鳴器正端接 D 觸發(fā)器的輸出，負(fù)端接地，當(dāng) D 觸發(fā)器的輸出端為高電平時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而完成預(yù)置報(bào)警功能。 圖 2.9 整體電路將 555 芯片連接成多諧震蕩電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)置不同的電阻電容值使得輸出的脈沖周期為 1 秒?？?/p>

12、預(yù)制的定時(shí)顯示報(bào)警電路，讓計(jì)數(shù)器每次計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔為 1 秒，所用為 74LS90 芯片，它可以產(chǎn)生 0 到 30 進(jìn)制的計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)電路由兩塊 74LS90 芯片構(gòu)成，將低兩位的高電平信號(hào)輸入到 90 芯片的清零端，兩塊 90 芯片的清零端連接在一起，即可實(shí)現(xiàn)同時(shí)清零，則計(jì)數(shù) 30 秒完成，數(shù)顯示模塊有兩塊 4511 譯碼器和 2 塊共陰極數(shù)碼管組成，將計(jì)數(shù)器的Qa、Qb、Qc、Qd 依次接入到譯碼器中，則在計(jì)數(shù)過程中，數(shù)碼管會(huì)顯示工作時(shí)間，報(bào)警模塊有 D 觸發(fā)器和蜂鳴器組成，使 D 觸發(fā)器的輸出為高電平，而蜂鳴器的負(fù)極接地，這樣，當(dāng)計(jì)數(shù)到預(yù)制時(shí)間時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。實(shí)驗(yàn)預(yù)制報(bào)警功能。3 圖

13、3.1 硬件焊接調(diào)試過程在焊接的時(shí)候一定要非常的注意不能出現(xiàn)虛焊和短接等情況。更加要注意的是在條件允許的情況下，要檢查每一個(gè)元件的好壞，這樣更加能夠保證課設(shè)的順利進(jìn)行。在焊接完成后不要急于加電壓，信號(hào)等進(jìn)行操作，要檢查每個(gè)元件是否虛焊，是否正負(fù)反接，每個(gè)芯片的接高電平和接地是否有遺漏，整體的接線是否正確。在確定所有的工程都完成后，在進(jìn)行實(shí)際的操作，就是檢驗(yàn)整個(gè)課設(shè)最終成果的時(shí)候。在檢驗(yàn)與測(cè)試的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)板并沒有按照預(yù)期的出現(xiàn)了正確或著說預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)板各個(gè)功能部件的調(diào)試，慢慢的去發(fā)現(xiàn)問題和錯(cuò)誤并及時(shí)改正過來。 555 觸發(fā)器1uF 的電容470K一塊兩個(gè)兩個(gè)三個(gè)一個(gè)兩塊兩塊兩塊一塊

14、一塊一個(gè)10K 電阻LM15874LS90共陰數(shù)嗎管4511 譯碼器74LS0874LS74蜂鳴器4 從以上的輸出結(jié)果可以看出，無論是電路圖的仿真，還是實(shí)際電路圖的測(cè)試，都會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，在仿真圖中，誤差較小，而在實(shí)際硬件測(cè)試中，則會(huì)出現(xiàn)較大誤差。主要誤差及產(chǎn)生原因有，555 芯片產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖，不能達(dá)到周期為 1 秒的要求，這可能的原因是線路本身存在的影響，還有就是元器件的參數(shù)導(dǎo)致。在計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)制時(shí)間時(shí)，產(chǎn)生的上升沿 信號(hào)可能不能有效的被 D 觸發(fā)器接受，這都是線路本身存在的影響。還有就是達(dá)到預(yù)制時(shí)間，報(bào)警電路不能立馬工作，這是因?yàn)榕c門和 D 觸發(fā)器對(duì)信號(hào)都有一定的延時(shí)作用，不可消除，還有

15、一個(gè)出現(xiàn)的問題就是可能 D 觸發(fā)器已經(jīng)輸出了高電平，但蜂鳴器沒有發(fā)聲，這可能的原因是輸出信號(hào)的電壓不夠，不足以帶動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，因此在電路設(shè)計(jì)中，555 輸出的脈沖信號(hào)會(huì)經(jīng)過一個(gè)運(yùn)算放大器，放大信號(hào)的電壓，盡量的避免之類的問題。5 通過這次課程設(shè)計(jì)，我體會(huì)到了許多。第一，在根據(jù)仿真圖焊接電路板時(shí)，可能會(huì)遇到許許多多意想不到的問題，而在遇到問題時(shí)，我們需要冷靜的分析問題出在哪兒，一步一步的調(diào)試，最后你就會(huì)找到問題的根源所在。在實(shí)踐操作中，當(dāng)看到那么多的集成塊，當(dāng)時(shí)真的很恐懼，但是必須硬著頭皮把它做好。在做秒信號(hào)電路的接線時(shí)遇到了很多困難，不是接線沒接好就是管腳接線錯(cuò)誤第二，理論和實(shí)際往往會(huì)有很大的差別，也許在理論上會(huì)能夠得到很完美的運(yùn)行結(jié)果，但一運(yùn)用到實(shí)際中，就會(huì)不一樣了。好多電路要親自調(diào)試一遍才弄得清楚，所以以后我們所要學(xué)習(xí)的不僅僅只停留在理論上，我們需要多動(dòng)手多實(shí)踐，這樣才更有利于我們的發(fā)展。此次數(shù)電課程設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)數(shù)電知識(shí)的理解，更知曉了一些芯片的靈活運(yùn)用，同時(shí)對(duì)自己的動(dòng)手能力也有了一定的