電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 倒計(jì)時(shí)器 </p><p>　　學(xué) 期：2013-2014學(xué)年第2學(xué)期</p><p>　　專 業(yè)：自動(dòng)化 </p><p>　

2、　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>

3、<b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　顯示兩位數(shù)倒計(jì)時(shí)，如99到1</p><p>　　1.當(dāng)?shù)?時(shí)喇叭自動(dòng)響0時(shí)結(jié)束</p><p>

4、　　2.用LED數(shù)碼管顯示結(jié)果</p><p>　　3.可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)計(jì)劃</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)共1周。</p><p>　　第1天：針對(duì)選題查資料，確定設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　第2天：方案分析比較，電路原理設(shè)計(jì)，進(jìn)行元器件

5、及參數(shù)選擇；</p><p>　　選用芯片參考：減法器、74160A、74LS48、LED數(shù)碼管、74190等。</p><p>　　第3～4天：利用Multisim或PROTUES電路仿真，畫(huà)電路原理圖；</p><p>　　第5天：編寫(xiě)整理設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)要求</b></p>

6、;<p>　　1. 畫(huà)出整體電路圖（Protel或Altium Designer或Multisim，推薦Altium Designer）。</p><p>　　2. 對(duì)所設(shè)計(jì)的電路全部或部分進(jìn)行仿真，使之達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求。</p><p>　　3. 寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。</p><p><b>　　指 導(dǎo) 教 師： </b></

7、p><p>　　時(shí) 間： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　倒計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)，還有交通燈使用的60秒倒計(jì)時(shí)等等，但是這些倒計(jì)時(shí)器僅用在特定的場(chǎng)合，通用性比較差。為此，本文通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯電路器件，搭建成了可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能的倒計(jì)時(shí)器。本次設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)器主要由

8、六個(gè)模塊構(gòu)成：置數(shù)電路、脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、顯示電路、控制電路和報(bào)警電路。用撥碼開(kāi)關(guān)和74LS147D優(yōu)先編碼器實(shí)現(xiàn)置數(shù)，用兩片74LS192D連成100進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器并通過(guò)555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路提供脈沖，LED數(shù)碼管顯示，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)記到09時(shí)用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警直到00結(jié)束，最后通過(guò)控制電路實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)器的置數(shù)、暫停、清零。</p><p>　　本倒計(jì)時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)任意兩位數(shù)的倒計(jì)時(shí)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可操作性好，較好的解

9、決了目前倒計(jì)時(shí)器通用性差的問(wèn)題。</p><p>　　關(guān)鍵詞：倒計(jì)時(shí)器；LED；報(bào)警；控制</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　綜述1</b></p><p>　　1方案設(shè)計(jì)與分析2</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)原理

10、2</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)方案2</b></p><p>　　1.3電路設(shè)計(jì)框圖3</p><p><b>　　2單元電路設(shè)計(jì)4</b></p><p><b>　　2.1置數(shù)電路4</b></p><p>　

11、　2.1.1電路組成4</p><p>　　2.1.2工作原理4</p><p>　　2.2計(jì)數(shù)器電路5</p><p><b>　　2.3顯示電路5</b></p><p>　　2.4脈沖發(fā)生電路6</p><p>　　2.4.1 555定時(shí)器6</p><p&g

12、t;　　2.4.2用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器6</p><p><b>　　2.5報(bào)警電路7</b></p><p><b>　　2.6控制電路8</b></p><p><b>　　3總體電路仿真9</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)10<

13、;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　綜述</b></p><p>　　倒計(jì)時(shí)器在人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用廣泛，為人們提供了很大的便利，倒計(jì)時(shí)器的樣子和功能也多種多樣。我設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)器由置數(shù)電路、計(jì)數(shù)器、脈沖發(fā)生器、顯示器、控制電路、報(bào)警電路組成。由數(shù)碼管顯示器來(lái)顯示計(jì)數(shù)

14、器所輸出的信號(hào)。采用了74LS系列中小規(guī)模集成芯片。先通過(guò)555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路輸出脈沖，再通過(guò)74LS192芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)倒著計(jì)數(shù)的功能，在置數(shù)端置成需要的數(shù)，最后把輸出連接到LED數(shù)碼管上顯示數(shù)字。我設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)器主要是要完成倒計(jì)時(shí)任務(wù)，其具體實(shí)現(xiàn)的功能有：顯示兩位數(shù)倒計(jì)時(shí)，如99到1;當(dāng)?shù)?時(shí)喇叭自動(dòng)響0時(shí)結(jié)束;用LED數(shù)碼管顯示結(jié)果;可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能，暫停/開(kāi)始功能，清零功能?？梢杂米魅我鈨晌粩?shù)的倒計(jì)時(shí)并實(shí)現(xiàn)其一系列功能。&

15、lt;/p><p>　　1 方案設(shè)計(jì)與分析</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　我們可以用555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來(lái)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(hào)送到計(jì)數(shù)器74LS192的減計(jì)數(shù)脈沖端，輸出端通過(guò)LED數(shù)碼管顯示十進(jìn)制數(shù)，在74LS192的四個(gè)輸入端接74LS14

16、7的輸出，在74LS147的輸入用撥碼開(kāi)關(guān)輸入，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置開(kāi)關(guān)或控制電路即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的直接清零，啟動(dòng)和暫停/連續(xù)、顯示電路的顯示，置入任意兩位數(shù)作為計(jì)數(shù)起點(diǎn)，以及報(bào)警等功能。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　在此，提出兩種方案，主要是置數(shù)電路和計(jì)數(shù)器，方案一：置數(shù)電路可以直接用開(kāi)關(guān)輸入計(jì)數(shù)器高低電平，表示二進(jìn)制數(shù)

17、，如圖1-1：計(jì)數(shù)器采用74LS190級(jí)聯(lián)成100進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。方案二：采用撥碼開(kāi)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(jì)數(shù)器，如圖1-1：計(jì)數(shù)器采用74LS192級(jí)聯(lián)成100進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。</p><p>　　方案一，置數(shù)開(kāi)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(kāi)關(guān)有機(jī)械抖動(dòng)，可能會(huì)使置數(shù)不穩(wěn)。74LS190作為計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)直接置零不是很方便，需

18、要占用置數(shù)功能。方案二可以很好的彌補(bǔ)方案一的缺陷，所以選擇方案二。</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　1.3 電路設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　圖1-2 設(shè)計(jì)原理框圖</p><p><b>　　2 單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>

19、<b>　　2.1 置數(shù)電路</b></p><p>　　2.1.1 電路組成</p><p>　　由9位撥碼開(kāi)關(guān)、74LS147，74LS04組成。將開(kāi)關(guān)組一端與VCC連接，另一端與74LS147的九個(gè)輸入端連接。74LS147輸出端分別連接4個(gè)非門(mén)。開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)全部閉合，非門(mén)輸出0000，然后開(kāi)關(guān)依次從上往下斷開(kāi)，非門(mén)依次輸出0001、0010、0011、010

20、0、0101、0110、0111、1000、1001，對(duì)應(yīng)著十進(jìn)制數(shù)從1到9。（電路如圖2-1所示）</p><p><b>　　圖2-1置數(shù)電路</b></p><p>　　2.1.2 工作原理</p><p>　　74LS147優(yōu)先編碼器有9個(gè)輸入端和4個(gè)輸出端。某個(gè)輸入端為0，代表輸入某一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)9個(gè)輸入端全為1時(shí)，代表輸入的是十

21、進(jìn)制數(shù)0。4個(gè)輸出端反映輸入十進(jìn)制數(shù)的BCD碼編碼輸出。</p><p>　　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(gè)輸入端低電平0時(shí)，4個(gè)輸出端就以低電平0的輸出其對(duì)應(yīng)的8421 BCD編碼。當(dāng)9個(gè)輸入全為1時(shí)，4個(gè)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。</p><p>　　2.2 計(jì)數(shù)器電路</p><p>　

22、　計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序邏輯部件，它不僅可以用來(lái)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設(shè)計(jì)中選用74LS192來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的減法計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　按照課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求計(jì)數(shù)器。我們將用兩片74LS192級(jí)聯(lián)成100進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器如圖2-2</p><p><b>　　圖2-2計(jì)數(shù)電路</b>&

23、lt;/p><p><b>　　2.3 顯示電路</b></p><p>　　顯示電路用DCD_HEX數(shù)碼管顯示器（自帶譯碼器的7段數(shù)碼管）顯示十進(jìn)制數(shù)字，它有四個(gè)輸入端，可以直接接入到192四個(gè)輸出端上。</p><p><b>　　圖2-3顯示電路</b></p><p>　　2.4 脈沖發(fā)生電

24、路</p><p>　　2.4.1 555定時(shí)器</p><p>　　555定時(shí)器主要是通過(guò)外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路,并由兩個(gè)比較器來(lái)檢測(cè)電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開(kāi)關(guān)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(shí)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。</p><p>　　2.4.2 用555定時(shí)

25、器構(gòu)成多諧振蕩器</p><p>　　用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài),只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號(hào),利用電源VCC通過(guò)R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時(shí),uO跳變到低電平,放電端D導(dǎo)通,這時(shí),電容器C通過(guò)電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時(shí),uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過(guò)R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停, 電容器C在VCC/3

26、和2VCC/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖。即按照?qǐng)D2-4連接的電路就可以產(chǎn)生1Hz的方波脈沖。</p><p>　　圖2-4 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路</p><p><b>　　2.5 報(bào)警電路</b></p><p>　　任務(wù)要求在倒計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)到9秒時(shí)發(fā)出警報(bào)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到0時(shí)報(bào)警結(jié)束。因次我們可以將192的輸出端按照?qǐng)D2-

27、5連接，當(dāng)192的高位到低位輸出0000 xxxx 時(shí)（即倒計(jì)時(shí)到9秒時(shí)）開(kāi)始報(bào)警，當(dāng)輸出0000 0000時(shí)報(bào)警結(jié)束。</p><p><b>　　圖2-5 報(bào)警電路</b></p><p>　　2.6 控制電路 </p><p>　　暫停/連續(xù)控制：當(dāng)暫停/開(kāi)啟開(kāi)關(guān)打到低電平時(shí)計(jì)時(shí)器暫停，當(dāng)開(kāi)關(guān)打到高電平時(shí)計(jì)時(shí)器正常計(jì)時(shí)。</p

28、><p>　　清零控制：當(dāng)開(kāi)關(guān)接高電平時(shí)，電路清零，顯示清零。電路連接如圖2-6</p><p><b>　　圖2-6 控制電路</b></p><p><b>　　3 總體電路仿真</b></p><p>　　本倒計(jì)時(shí)器由5個(gè)模塊組成：時(shí)鐘模塊（即秒脈沖發(fā)生模塊）、計(jì)數(shù)模塊、顯示模塊、控制模塊和報(bào)警

29、電路?？傮w仿真電路如下圖3-1。打開(kāi)仿真軟件Multisim 10.0按要求在Multisim 10.0里連接好如圖所示的電路點(diǎn)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(lái)觀察產(chǎn)生的脈沖是否為1Hz。最后的仿真結(jié)果是：計(jì)時(shí)器可以從任意置入的一個(gè)兩位數(shù)開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，并在計(jì)時(shí)顯示09時(shí)，蜂鳴器鳴響，顯示00時(shí)，報(bào)警停止。按下暫停/啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，可以暫停啟動(dòng)計(jì)數(shù)，按下清零，時(shí)計(jì)數(shù)清零，按下置數(shù)開(kāi)關(guān)，并撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)置數(shù)功

30、能。</p><p>　　圖3-1 總體仿真電路圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我掌握了74LS192、74LS04、74LS32、74LS147等芯片的原理，簡(jiǎn)單了解了倒計(jì)時(shí)器的電路原理，初步掌握了兩位倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)、調(diào)試及測(cè)試方法，提高設(shè)計(jì)電路，改進(jìn)電路的能力，鞏固了已學(xué)的理論知識(shí)，建立

31、數(shù)字電子技術(shù)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解兩位倒計(jì)時(shí)器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、組織兩位倒計(jì)時(shí)器的各個(gè)單元電路。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)問(wèn)題是難免的。重要的是分析問(wèn)題，找出出現(xiàn)問(wèn)題的原因，從而解決它。一般的說(shuō)，有四個(gè)方面的原因產(chǎn)生問(wèn)題（故障）：器件故障、接線錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和測(cè)試方法不準(zhǔn)確。在查找故障過(guò)程中，首先要熟悉經(jīng)常發(fā)生的典型故障。</p><p>　　（1）

32、器件故障器件故障是器件失效或器件接插問(wèn)題引起的故障，表現(xiàn)為器件工作不正常。這需要更換一個(gè)好器件。</p><p>　?。?）接線錯(cuò)誤是最常見(jiàn)的錯(cuò)誤。據(jù)有人統(tǒng)計(jì)，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，大約70%以上的故障是由接線錯(cuò)誤引起的。常見(jiàn)的接線錯(cuò)誤包括忘記接器件的電源和地；連接線和插孔接觸不良連線經(jīng)多次使用后，有可能外面的塑料包皮完好，但內(nèi)部線斷；連線多節(jié)、漏接、錯(cuò)接；連線過(guò)長(zhǎng)、過(guò)亂造成混亂。</p><p>

33、;　?。?）設(shè)計(jì)錯(cuò)誤自然會(huì)造成與預(yù)想的結(jié)果不一致。原因是對(duì)實(shí)驗(yàn)要求沒(méi)有看透，或者對(duì)所用器件的原理沒(méi)有掌握。因此實(shí)驗(yàn)前一定要理解實(shí)驗(yàn)要求，掌握實(shí)驗(yàn)線路原理、精心設(shè)計(jì)。初始設(shè)計(jì)完成后一般應(yīng)付對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。最后畫(huà)好邏輯圖以及接線圖。</p><p>　　（4）測(cè)試方法不正確如果不發(fā)生前面所述三種錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)一般會(huì)成功。但有時(shí)測(cè)試方法不正確也會(huì)引起觀測(cè)錯(cuò)誤。例如，一個(gè)穩(wěn)定的波形，如果用示波器觀測(cè)，而示波器沒(méi)有同步，側(cè)造成

34、波形不穩(wěn)定的假象。因此要學(xué)會(huì)正確使用所有儀器、儀表。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)提升了我的應(yīng)用意識(shí)，提高了我的動(dòng)手能力。只有在實(shí)踐應(yīng)用中，切身感悟書(shū)本里的思想，解決自身需要，才能真正吸收優(yōu)秀的思想為自己所用。我感觸最深的就是查閱了大量的設(shè)計(jì)資料。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，我們需要了解大量的技術(shù)信息，芯片種類。比如這次用74LS147設(shè)計(jì)置數(shù)電路。摒棄了使用二進(jìn)制置數(shù)的弊端。大量的設(shè)計(jì)資料文獻(xiàn)，能讓我們所想的

35、功能和電路成為現(xiàn)實(shí)，是我們順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)的保證。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閻石；清華大學(xué)電子學(xué)教研組.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2]董玉冰.Multisim 9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用[M].第一版.北京：清華大學(xué)出版社，2008.&