數(shù)電設計報告

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1、 華岬陶等蝌欽 Liuzhou Teachers College 課程設計報告 課程名稱： 數(shù)字電路課程設計 設計題目： 30S倒計時電路的設計 專業(yè)班級： 應用電子技術(shù)111班 作者姓名： 莫廷輝李英森陳華路 指導教師： 賴家勝 2012年12月 30S倒計時電路的設計 莫廷輝 李英森 陳華路 （物理與信息科學系 2011級應用電子技術(shù)專業(yè) ） 摘要 本課程設計是集成計數(shù)器的 簡單 應 用 ，設 計 了 30 秒倒計 時器 。此 計時器功 能 齊全 ，可 以直接清 零、啟 動 、暫 停和 繼續(xù) 以及具有 光 電報警功 能 ，同 時 應用 了 七段數(shù)碼 管來 顯示剩

2、 余時 間 。此 計 時器 有了 啟 動 、暫 停 和 繼續(xù)等功 能 ，可 以 方 便地 實現(xiàn) 斷點 計 時功 能 ，當 計時器遞減 到零 時 ，會 發(fā) 出 光 電報警信號 。本 設 計 完成 的 中 途計 時 功能 ，實 現(xiàn) 了 在許多 的特定場合進行 時間 追蹤 的功 能 ，在 社 會生活中也具有廣泛的應用價值。 此計時器的設計采用模 塊 化結(jié)構(gòu)，主要由以下3個組成，即計時模塊、 控制模塊、以及譯碼顯示模塊。在設計此計時器時，采用模塊化的設計思想， 使設計起來更加 簡 單 、方 便 、快 捷 。此 電路是 以 時 鐘產(chǎn) 生 ，倒 計 時計數(shù) ，譯 碼 顯示為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎上，構(gòu)

3、造主體電路和輔助電路兩個部分。 關(guān)鍵詞 ： 選擇編碼，秒信號發(fā)生電路，聲光報警電路，數(shù)碼管 、乙 — 前言 人類社會已進入到高度發(fā)達的信息化社會， 信息社會的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進 步。 隨著工業(yè)水平的進步和人民生活水平的提高，在很多領(lǐng)域都需要幾個甚至上百個 定時電路去控制多項操作， 從而實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化， 最終提高勞動生產(chǎn)率促進經(jīng) 濟的發(fā)展。定時器在實際工作中用到的場合很多，它成為今天工業(yè)控制領(lǐng)域、通訊設 備、 信息處理以及日常生活中最廣泛使用的電路之一，在許多領(lǐng)域中計時器均得到普 遍應用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行 人燈、交通

4、纖毫控制機、還可以用來做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時間提醒，用 于各種競賽的計時器、競賽用定時器、數(shù)控電梯、數(shù)控機床、交通燈管理系統(tǒng)、各種 智能醫(yī)療器械等，定時器是家用電器中的常用產(chǎn)品。 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展和計算機技術(shù)的普遍應用， 電子設計也越來越普遍地應 用于整個電子行業(yè)中。 電子設計是人們進行電子產(chǎn)品設計、開發(fā)和制造過程中十分關(guān) 鍵的一步，其核心就是電子電路的設計。電子設計自動化 （EDA） 是在電子產(chǎn)品向更復 雜、更高級，向數(shù)字化、集成化、微型化和低耗能方向發(fā)展過程中逐漸產(chǎn)生并日趨完 善的電子設計方法，在這種方法中，設計過程的大部分工作（特別是底層工作）均由 計算機

5、自動完成， 是電子技術(shù)發(fā)展歷程中產(chǎn)生的一種先進的設計方法， 是當今電子設 計的主流 電路結(jié)構(gòu) 十位顯示 個位顯示 譯碼驅(qū)動U4 譯碼驅(qū)動U5 計數(shù)器U3 < 計數(shù)器U2 四2輸入與非 門 74LS08 控制電路 報警電路 秒信號發(fā)生器U1 1.0 電路結(jié)構(gòu)框架圖 以上是電路結(jié)構(gòu)方框圖。 基本原理是： 秒信號發(fā)生電路中利用 CD406QI&成兩部分電路。一部分是14級分頻器，其最高分 頻數(shù)為16384;另一部分是由外接電子表用石英晶體、電阻及電容構(gòu)成振蕩頻率為32768Hz 的振蕩器。震蕩器輸出經(jīng)14級分頻后在輸出端Q14上得到1/2秒脈沖并送入由1/2

6、CD4518 構(gòu)成的二分頻器，分頻后在輸出斷 Q1上得到秒基準脈沖。 計時器由兩片CT74LS192構(gòu)成減法計數(shù)器,兩片 CT74LS192的CPu端接高電平1。 秒信號發(fā)生器和控制電路通過一個二輸入與門將基準秒脈沖接到個位片 U2的CPd端，通 過控制與門的兩個輸入端來實現(xiàn)計數(shù)器的暫停和繼續(xù)功能，并且該與門還能使得計數(shù)器在 計數(shù)到零時，將脈沖斷開，停止計數(shù)并報警。十位片U3的CPd端接U2的減計時脈沖端。 啟動電路后先通過兩個計數(shù)器的置數(shù)端置數(shù)， 使計時器實現(xiàn)啟動和復位功能。然后接通脈 沖，計數(shù)器即可開始進行減法計數(shù)，同時所計的數(shù)被送到譯碼器進行譯碼顯示。 U2在計數(shù)到從0跳到9以

7、前，其減計時輸出端為高電平，計數(shù)器 U3的計數(shù)不變， 等到U2的減計時輸出端從0跳到9后輸出一個脈沖，U3所計數(shù)才減一，直到所有的輸 出都為零。 二、主要單元電路及工作原理 2.1 秒信號發(fā)生電路 秒信號發(fā)生電路中利用 CD406Cffl成兩部分電路。一部分是14級分頻器，其最高分 頻數(shù)為16384;另一部分是由外接電子表用石英晶體、電阻及電容構(gòu)成振蕩頻率為32768Hz 的振蕩器。震蕩器輸出經(jīng)14級分頻后在輸出端Q14上得到1/2秒脈沖并送入由1/2 CD4518 構(gòu)成的二分頻器，分頻后在輸出斷 Q1上得到秒基準脈沖。 5/201 22P |16 % ①[CFu 加~C

8、Fo- CB40BO Q U|cFl B Vss ~12] [Q _附 I- Vdd CFE CF 1/2CB4518 91 R Vee V8 面中 1、CD4060 CD4060由一振蕩器和14級二進制用行計數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是 RC或 晶振電路，CR為高電平時，計數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計數(shù)器位均為主從觸 發(fā)器。在CP1仔口 CP0）的下降沿計數(shù)器以二進制進行計數(shù)。在時鐘脈沖線上使用斯密特觸 發(fā)器對時鐘上升和下降時間無限制 2、CD4518 CD4518是一個同步加計數(shù)器，在一個封裝中含有兩個可互換二 /十進制計數(shù)器，其 功能引腳分別為1?7

9、和9?{15}.該CD4518計數(shù)器是單路系列脈沖輸入（1腳或2腳；9 腳或10腳），4路BCM信號輸出（3腳?6腳；{11}腳?{14}腳）。CD4518控制功能： CD4518a兩個時鐘輸入端CP和EN,若用時鐘上升沿觸發(fā)，信號由CP輸入，此時EN端為高 電平（1）,若用時鐘下降沿觸發(fā)，信號由EN輸入，此時CP端為低噸平（0）,同時復位端 Cr也保持低電平（0），只有滿足了這些條件時，電路才會處于計數(shù)狀態(tài).否則沒辦法工作。 將數(shù)片CD4518I行級聯(lián)時，盡管每片CD4518屬并行計數(shù)，但就整體而言已變成串行計數(shù) 了。需要指出，CD4518未設置進位端，但可利用 Q4做輸出端。有人誤將第一級

10、的 Q4端 接到第二級的CP端，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計數(shù)變成“逢八進一” 了。原因在于Q4是在CP8乍用下產(chǎn) 生正跳變的，具上升沿不能作進位脈沖，只有其下降沿才是“逢十進一”的進位信號。正 確接法應是將低位的Q4端接高位的EN端，高位計數(shù)器的CP端接USS 2.2 控制電路 控制電路由74LS08和兩個二極管構(gòu)成，通過控制74LS48的兩個輸入端 控制脈沖的接通及關(guān)斷。 其電路原理圖，如下： XZ D6 D9 1N414S 1N4 -rTUV"T J RI . 1K - 〈TEXT； 圖2.6信號燈顯示

11、電路原理 當兩個計數(shù)器都為零時，兩個二極管輸出低電平，與門截止導致脈沖無 法送到計數(shù)器的減計數(shù)脈沖端，因此計數(shù)停止。同時兩個二極管的低電平還加到控制 報警電路的NPNE極管，使三極管截止，555的4腳由低電平轉(zhuǎn)為高電平，報警電路開始 工作。 (1) 74LS08 74LS08為四組2輸入端與門（正邏輯），共有54/7408、54/74S08、54/74LS08三種線 路結(jié)構(gòu)型式，具引腳圖和真值表如下： T4LS08引”圖及方框圖 74LS08真值表 4 Q Inputs Output A B Y m L L * IL H t H L L H H

12、H K表示高電平: L表示低電平. vvvL dz3*. cob 2.3 預置數(shù)模塊 利用74LS192的預置數(shù)端口設定所需的倒計時時間，該電路預置數(shù)端口 符合8421碼的原則。 其電路原理圖，如下： 圖2.7 預置數(shù)電路 將所要倒計時的時間通過撥碼開關(guān)設定好，然后啟動電路，即可按要求進行計數(shù)。 1、同步十進制可逆計數(shù)器CT74LS192 74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引 腳排列及邏輯符號如下所示： 15 -1 "Io Vqc Po rF IQ) TCu pl P2 P3 9 同同同 向同

13、 piil 回 |T| 5 》 二 11 LJ |2J L1J ll UJ LiJ LJ Lil — Pl 5 Qo CP口 CPu S S GN口 PO Pl P2 P3 QO Qi Q2 Q3 CPu CPD PL MR TCu O TCd ,> 12 13 ⑻ (b) 圖5-4 74LS192的引腳排列及邏輯符號 (a)引腳排列 (b) 邏輯符號 圖中：瓦為置數(shù)端，蠲為加計數(shù)端，c5為減計數(shù)端，7r『為非同步進位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，力四為清除端，Q0 Qt Q2 Q3為數(shù)據(jù)輸出端。 其

14、功能表如下： 輸入 輸出 MR PL 蠲 陽 P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 X X X X X X X 0 0 0 0 0 0 X X d c b a d c b a 0 1 1 X X X x 加計數(shù) 0 1 1 X X X X 減計數(shù) 74LS192勺功能表 2.4 顯示譯碼電路 1、顯示譯碼電路由7段顯示譯碼器74LS48組成，其電路原理圖如下: o CD 縣面一 < cd o q co or Zi rsi < CD O O LU U

15、- CD a O O C3 O o o 2、74LS48中文資料（弓I腳圖，真值表及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖） 7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，其真值表如表 1 DAD GN 口口口 65432109 5 — : 12345678 匚匚匚匚匚匚匚口 74LS48/SN74LS48引腳功能圖 工作電壓：5V 74LS48除了有實現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Ya?Yg）端外， 7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）,以及既有輸入功能又有輸 出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知744

16、8所具有的邏輯功能： （1） 7 段譯碼功能（LT=1, RBI=1） 在燈測試/&入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入 DCBA經(jīng)7448 譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應字符。除 DCBA = 0000 外，RBI也可以接低電平，見表1中1?16行。 （2）消隱功能（BI=0） 此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表 1倒數(shù)第3行，無論LT和RBI 輸入什么電平信號，不管輸入 DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“ 0”，7段顯示器熄滅。該 功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。 (3)燈測試功能(LT = 0) 此時BI/RB

17、O端作為輸出端，端輸入低電平信號時，表 1最后一行，與 及DCBA輸入無 關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損 壞的字段。 (4)動態(tài)滅零功能(LT=1, RBI=1) 此時BI/RBO端也作為輸出端，LT端輸入高電平信號，RBI端輸入低電平信號，若此時 DCBA = 0000,表1倒數(shù)第2行，輸出全為“ 0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA w 0,則對顯示無影響。該功能主要用于多個 7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。 表1: A(7> C(2) Bf/ BRO(4> Ef⑵ 畫5} &. Ji w & >1

18、 Hl) & * 1 71(10) j習 /(14) A Y B 坨 C 匕 D ? LT 嗎 BI/RBO RBI % 4 (b) BIX 儂EG rrn 度 CT=KJ V20 13 n n io 15 14 圖2 7段顯示譯碼器7448 (a)邏輯圖(b)方框圖(c)符號圖 圖2給出了 7448的邏輯圖，方框圖和符號圖。由符號圖可以知道， 4號管腳端具有 輸入和輸出雙重功能。作為輸入(BI)低電平時，G21為0,所有字段輸出置0,即實現(xiàn) 消隱功能。作為輸出(RBO),相當于LT ,及CT0的與墳系，即LT

19、=1, RBI=0 , DCBA=0000 時輸出低電平，可實現(xiàn)動態(tài)滅零功能。3號(LT)端有效低電平時，V20=1,所有字段置 1,實現(xiàn)燈測試功能。 3、數(shù)碼管 d 6 GND 共陰極7段贊同苜 LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED的這些特性，對 編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是 不同的。圖1是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們 的電源極性不同而已。 將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。 以共陰式為例，如把陰極接地，在相應段

20、的陽極接上正電源，該段即會發(fā)光。當然， LED 的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將 "b"和"c"段接上正電源， 其它端接地或懸空，那么"b"和"c”段發(fā)光，此時，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字 “仁 而將"a"、 "b"、"d"、"e"和"g"段都接上正電源，其它引腳懸空，此時數(shù)碼管將顯示 “2：其它字符 的顯示原理類同，讀者自行分析即可。 2.5 報警電路 1、報警系統(tǒng) 利用555集成時基電路配以相應參數(shù)的阻容器件組成脈沖啟動型多諧震 蕩電路，產(chǎn)生一定頻率的震蕩信號驅(qū)動蜂鳴器呼叫，發(fā)光二極管發(fā)光。 其電路原理圖，如下： 發(fā)聲系統(tǒng)電路原理：當計數(shù)器計數(shù)到零，即

21、兩個計數(shù)器的非同步借位輸出端為低電平 時，與計數(shù)器非同步借位輸出端相連的二極管全部輸出低電平， 使得與NE55切腳相連的 三極管截止，555的四腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑?55振蕩電路起振產(chǎn)生一定頻率的脈沖輸 出，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，同時發(fā)光二極管被點亮。 2、NE555 555定時器電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，具有兩個比較器 C1和C2,且它們各有一 個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到 RS觸發(fā)器上。此外還有 輸出級和放電管，輸出級的驅(qū)動電流可達 200mA 圖2.3 555定時器 由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們可以得到它的功能表如下所示: 表2.1 555 定時器功能表

22、 輸入 輸出 % % % Vo T□狀態(tài) 0 X X ［低 導通 1 >2Vcc/3 >Vcc/3 :低 導通 1 <2Vccf3 >VCJ3 不變 不變 1 <2“3 2Vcc/3 高 截止 對于555定時器，我們在數(shù)電中已經(jīng)學到，它在數(shù)字電子電路的應用常見的又一下幾種應 用：1.555定時器接成施密特觸發(fā)器，2.用555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，3.用555 定時器接成多諧振蕩器本次設計中我們就用到了其中兩種，即單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩 器，其中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器結(jié)構(gòu)和其個點信號波形如下所示：

23、a電跖連接 0 圖2.5 圖2.4 可見其主要作用是輸入一個短暫的低電平信號而輸出一個一定時間長度的高電平信號 3、蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器， 采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打 印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲 器件。我們本次設計就是用這種設備來模擬，它的外形常見的又以下幾種，一般呈圓柱狀， 下面兩針長短不同，長的就為正極，短為負極，我們只要在正負極加上正向電壓其便可以 發(fā)出聲響。 圖2、2常見蜂鳴器 2.6 三.組裝與調(diào)試 首先將各個模塊連接到一起后，注意檢查各個部分是否連接正確和連接端是否連接

24、 好。注意我們所需要的芯片參數(shù)是否正確，電解電容的極性是否連接正確，在測試看看 各管腳的電平是否符合我們理論上達到的值，同時觀察各個集成器件的各個管腳的電平變 化情況，以及數(shù)碼顯示器的顯示是否正確.如有不正確的就將其逐個問題解決了再進行后 面的調(diào)試，直到所有問題都解決了為止。 各模塊連接好之后就可以對電路進行調(diào)試了。 首先設定一個十秒以上的值，然后啟動 電路，觀察當個位的數(shù)碼管顯示到零以后，十位的數(shù)碼管是否會從一變到零。如果成功， 則繼續(xù)進行下去，觀察當兩個數(shù)碼管都顯示為零時，是否產(chǎn)生聲、光報警。如能完成此功 能那么它是正確的。 四.不足與改進 由于此電路用到的芯片較多，產(chǎn)生的連線也多，加上我們在布線上沒什么基礎，所以 在為此電路布線時顯得尤為困難。 本人覺得該電路如果是用單面板做的， 應該改用雙面板, 這樣就可以有效的布線的復雜的困擾了。除此外，本人覺得該電路基本上沒有問題了。 參考文獻： [1]數(shù)字電子技術(shù)/楊志忠.一3版.一北京：高等教育出版社，2008. 6 [2]數(shù)字電子技術(shù)基礎實驗與綜合訓練/盧慶林主編.北京：高等教育出版社，2004.5 [3] 足球 30s 計時器的 [4] 籃球競賽 30s 計 時器設計 [5] 74LS192 的資料 [6] 數(shù)碼管資料 [7] 74LS48 中文資料