課程設計--可預置定時電路設計

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　課程名稱： 可預置定時電路設計 </p><p>　　系 部： 計算機科學與信息系 </p><p>　　可預置定時電路課程設計報告</p><p><b>　　設計要求</b></p><p

2、>　　設計一個可靈活預置時間的計時電路，要求具有時間顯示功能，能準確預置清零。 </p><p>　　2、設置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫時|連續(xù)計時。</p><p>　　3、要求計時電路遞減計時，每隔一秒，計時器減1。</p><p>　　4、當計時器遞減時間到零（即定時時間到）時，顯示器上顯示00，同時發(fā)光 電報警信號。&l

3、t;/p><p><b>　　設計的作用、目的</b></p><p>　　熟悉集成同步十進制加/減計數(shù)器的工作原理。 掌握555定時器的工作原理、 集成電路的使用方法、集成電路的引腳安排、各集成芯片的邏輯功能及使用方法。</p><p>　　在日常生活和工作中，我們常常使用都定時控制，如交通燈定時等等等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，控

4、制電路的需求越來越大?？梢允褂檬褂没究深A置定時電路構(gòu)成其他我們生活中應用廣泛的電子設備。</p><p><b>　　三．設計的具體實現(xiàn)</b></p><p><b>　　1．系統(tǒng)概述</b></p><p>　　定時器由啟動電路、秒脈沖發(fā)生器、預置輸入電路、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路和控制電路共7部分組成。<

5、;/p><p>　　基本框圖如下圖所示：</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　其中譯碼電路和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成計時功能，而控制器完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫時功能。通過設置開關(guān)或按鍵電路可以對定時時間進行預置，這部分需要編碼器。通過編碼后，送到計數(shù)器預置端作為計數(shù)的時間。根據(jù)題目要求這部分應采用減計

6、數(shù)。在計數(shù)同時，還需要對所計時間進行顯示，所以需要譯碼顯示電路，顯示器用LED。</p><p>　　對于本模塊的器件選用，計數(shù)器選用74LS192進行設計。74LS192是十進制可編程同步加1減計數(shù)器，它采用8421碼二—十進制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加1減計數(shù)功能。</p><p>　　報警電路在實驗中可以用發(fā)光二極管來代替。</p><p><b&g

7、t;　　2．電路分析與設計</b></p><p><b>　　器件選擇</b></p><p>　　十進制可逆計數(shù)器74LS192 </p><p>　　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圖2所示：</p><p>　　圖2 74LS19

8、2的引腳排列及邏輯符號</p><p>　　圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進</p><p>　　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，</p><p>　　為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下</p><p>　　表1 74LS192的功能表</p>&

9、lt;p>　　（2）. 555定時器</p><p>　　雙極型定時器CB555電路結(jié)構(gòu)圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。</p><p>　　555定時器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：</p><p><b>　　圖3 結(jié)

10、構(gòu)框圖</b></p><p>　　圖中的數(shù)碼1—8為器件引腳的編號。555定時器符號如下所示：</p><p><b>　　1）.模擬功能部件</b></p><p><b>　?、匐娮璺謮浩?lt;/b></p><p>　　經(jīng) 3 個 5 kΩ 電阻分壓后提供基準電壓：</p>

11、;<p>　　當不接固定電壓 時， =， =</p><p>　　當外接固定電壓 時， = ， = </p><p>　?、陔妷罕容^器C1和C2</p><p>　　比較器 ：TH(閾值輸入端)>基準電壓 時，輸出 =0，否則為1</p><p>　　比較器 ： (閾值輸入端)<基準電壓 時，輸出 =0，否則為1

12、</p><p>　　③集電極開路的放電管V</p><p>　　輸出 =0時，V導通，輸出 =1時，V截止。相當于一個受控電子開關(guān)。</p><p><b>　　2）.邏輯功能部件</b></p><p>　　① 和 組成基本RS觸發(fā)器。輸入低電平有效觸發(fā)。</p><p>　　=0， =1，置

13、0，Q=0， =1</p><p>　　=0， =1. 置0，Q=1， =0</p><p>　　=1, =1 ,保持。</p><p><b>　?、谳敵鼍彌_級 </b></p><p>　　Q=0， =1 時，輸出 =0</p><p>　　Q=1， =0 時，輸出 =1</p>

14、<p><b>　?、?D為直接置0端</b></p><p>　　D=0，輸出 便為低電平</p><p>　　正常工作時， D端必須為高電平。</p><p><b>　　3）.邏輯功能 </b></p><p>　?、?D為低電平有效的直接置0端</p><p&

15、gt;　?、?TH(閾值輸入端)>基準電壓 時，稱為觸發(fā)置0</p><p>　?、?(觸發(fā)輸入端)>基準電壓 時，稱為觸發(fā)置1</p><p><b>　　4）.基本功能</b></p><p>　　當時，，輸出電壓為低電平，VT飽和導通。</p><p>　　當時，時，時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，

16、，Q＝0，，飽和導通。</p><p>　　當、、時，C1、C2輸出均為高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此、VT也保持原來狀態(tài)不變。</p><p>　　當、、時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，，Q＝1，，VT截止。</p><p>　　表2 555 定時器的功能表</p><p>　　(3).74LS04</p>

17、<p>　　由下圖可發(fā)現(xiàn)，當輸入為高電平時輸出等于低電平，而輸入為低電平時輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實際上就是一個非門。（亦稱反向器）。</p><p>　　當輸入信號為高電平時，應保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電</p><p>　　平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于</p><p&

18、gt;　　深度飽和的基極電流。</p><p>　　設計電路所用的芯片是74LS04，如下圖所示：</p><p>　　圖4：六位反相器74LS04引腳圖</p><p>　　(4).74LS00</p><p>　　74LS00 是四2 輸入與非門，其邏輯功能表如下：</p><p>　　表3與非門邏輯功能表<

19、/p><p>　　74LS00內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如下圖：</p><p>　　圖5 74LS00內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　（5）基本RS觸發(fā)器</p><p><b>　　電路結(jié)構(gòu)：</b></p><p>　　把兩個與非門G1、G2 的輸入、輸出端交叉連接，即可構(gòu)成基本RS 觸發(fā)器，其邏輯電路如圖12

20、(a)所示。它有兩個輸入端R、S 和兩個輸出端Q、Q。</p><p>　　圖6 基本RS觸發(fā)器</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　基本RS 觸發(fā)器的邏輯方程為：</p><p>　　根據(jù)上述兩個式子得到它的四種輸入與輸出的關(guān)系:</p><p>　　1）.當R=

21、1、S=0 時，則Q=0,Q=1,觸發(fā)器置1。</p><p>　　2）.當R=0、S=1 時，則Q=1,Q=0,觸發(fā)器置0。</p><p>　　（6）74LS10三輸入與非門</p><p>　　74LS10三輸入與非門內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖和真值表如下：</p><p>　　圖7 74LS10三輸入與非門內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖和真值表</p>

22、;<p>　　（7）74LS190同步可預置數(shù)十進制加減計數(shù)器</p><p>　　74LS190同步可預置數(shù)十進制加減計數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖：</p><p>　　圖8 74LS190結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　74LS74190功能表：</p><p>　　表5 74LS功能表</p><p>　　74LS

23、190動作時序圖如圖7</p><p>　　74LS190是同步可預置數(shù)加減十進制計數(shù)器，符號與動作時序圖如上圖，它具有異步指數(shù)端ＬＯＡＤ、加減控制端D/U和計數(shù)控制端CTEN，為了方便級聯(lián)，設置了兩個級聯(lián)輸出端RCO和MAX/MIN。</p><p>　　其各個控制端功能詳見其功能表（表5）</p><p>　　圖9 74LS190動作時序圖</p>

24、<p>　　(8).數(shù)碼管譯碼器</p><p>　　七段LED顯示譯碼器 加法器定義實現(xiàn)多位二進制數(shù)相加的電路稱為加法器， 它能解決二進制中1+1=10 的功能。</p><p>　　因為計算機輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進制數(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)碼管顯示出十進制數(shù)的電

25、路稱為“七段字型譯碼器”。</p><p>　　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（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RB

26、I）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

27、0;= 0）此時BI/RBO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，R</p><p><b>　　引腳如下圖：</b></p><p>　　圖10 74LS48引腳圖</p><p>　?。?

28、）七段數(shù)碼顯示管</p><p>　　數(shù)碼管的一種是半導體發(fā)光器件，數(shù)碼管可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，區(qū)別在于八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個用于顯示小數(shù)點的發(fā)光二極管單元DP（decimal point），其基本單元是發(fā)光二極管。</p><p>　　圖13（a）(b)為共陰管電路和共陰數(shù)碼管引出腳功能圖。</p><p>　　圖11 引出腳功能圖</p>

29、;<p><b>　　功能模塊電路單元</b></p><p>　?。?）.秒脈沖發(fā)生電路</p><p>　　首先設計定時電路由于555定時芯片是一種常用的定時芯片。原理簡單易懂，因此選用555芯片來產(chǎn)生時鐘脈沖信號。如下圖所示 用555定時器和74ls190芯片 經(jīng)過3次分頻 將1khz分頻成為1hz 即為1s 即1s定時電路設計成功。</p&

30、gt;<p>　　圖8 秒脈沖發(fā)生電路</p><p>　　(2).輔助預置電路：</p><p>　　為了保證系統(tǒng)的設計要求，在設計控制電路時，應正確處理各個信號之間的</p><p>　　時序關(guān)系，從系統(tǒng)控制要求可知，控制電路要完成以下4 項功能。</p><p>　　1）操作“直接清零”開關(guān)時，要求計數(shù)器清零。</

31、p><p>　　2) 閉合“啟動”開關(guān)時，計數(shù)器應完成置數(shù)功能，顯示器顯示預置數(shù)</p><p>　　據(jù)；斷開“啟動”開關(guān)時，計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)。</p><p>　　3) 當“暫停|連續(xù)”開關(guān)處于“暫?！蔽恢脮r，控制電路封鎖時鐘脈沖信號CP，計數(shù)器暫停計數(shù)，顯示器上保持原來的數(shù)不變，當“暫停</p><p>　　4) 當計數(shù)器遞減計數(shù)到

32、零（即定時時間到）時，控制電路應發(fā)出報警信號，使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變，同時報警電路工作。 </p><p>　　圖9啟動、暫停、連續(xù)控制電路</p><p>　　(3)預置、計數(shù)、顯示電路</p><p>　　通過設置開關(guān)或按鍵電路可以對定時時間進行預置，這部分需要編碼器。通</p><p>　　過編碼后，送到計數(shù)器預置端作為計數(shù)的時間。根據(jù)

33、題目要求這部分應采用減計</p><p>　　數(shù)。在計數(shù)同時，還需要對所計時間進行顯示，所以需要譯碼顯示電路，顯示器</p><p><b>　　用LED。</b></p><p>　　采用74LS48來作為譯碼顯示電路。</p><p>　　對于本模塊的器件選用，計數(shù)器選用74LS192 進行設計較為簡便，74LS19

34、2</p><p>　　是十進制可編程同步加|減計數(shù)器，它采用8421 碼二—十進制編碼，并具有直接</p><p>　　清零、置數(shù)、加|減計數(shù)功能。（控制左側(cè)開關(guān)可實現(xiàn)清零，控制右側(cè)開關(guān)可實現(xiàn)對0到99內(nèi)的任意數(shù)進行預置數(shù)）</p><p>　　在其輸入端接入單刀雙擲開關(guān)控制器高低電平可實現(xiàn)其預置數(shù)功能。</p><p>　　圖 10 計數(shù)

35、器預置電路</p><p>　　(4)總體電路如下圖</p><p><b>　　四．心得體會及建議</b></p><p>　　一段時間的課程設計讓我們有機會把課堂上學到的知識在實踐中檢驗，通過這段時間de初步應用，我知道自己應該學一些什么方面的知識和理論，就我現(xiàn)在的水平，還要許多的努力。對于元件的型號種類等等都不是很了解。尤其是每個型號元件

36、的參數(shù)。所以這機是一個很大的空洞，另外對于《數(shù)字電子技術(shù)》這一門課程，雖然懂一點，但是還是要努力的學習，才能夠在實踐中不那么盲目。我認為在以后的學習生活中，我將更加重視課堂上的理論學習，只有有堅強理論才可以負之更好的實踐。</p><p>　　另外選擇元件中，可能找不到電路圖中設計的元件，現(xiàn)實中的元件屬性可能和電路原理圖中不同，這就需要隨時際情況修改電路圖，以達到設計目的。比如電阻可能沒有合適的阻值，這是可以用不

37、同電阻串聯(lián)，或用電位器來達到所需的阻值。數(shù)碼管譯碼器如果沒有74LS48，也可以用74LS248代替。</p><p>　　這次的課程設計讓我收獲很大，我了解了Protel軟件，增進了我對數(shù)電的學習興趣。同時加強了我的動手能力，提高了解決實際問題的能力，對我以后的工作與學習有很大的幫助。</p><p>　　但是在實際的操作中會發(fā)現(xiàn)知識太過匱乏，還有太多不懂且需要學習的地方。在今后的學習中