數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)可預(yù)置的定時(shí)顯示報(bào)警電路

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目：可預(yù)置的定時(shí)顯示報(bào)警電路初始條件：具備電子電路的基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)能力；具備查閱資料的基本方法；熟悉常用的電子器件；熟悉電子設(shè)計(jì)常用軟件的使用；要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、設(shè)計(jì)定時(shí)顯示報(bào)警電路；2、預(yù)置時(shí)間最大30s；3、數(shù)碼管顯示時(shí)間；4、掌握數(shù)字電路的設(shè)計(jì)及調(diào)試方法；5、撰寫符合學(xué)校要求的課程設(shè)計(jì)說明書。時(shí)間安排：十九周一周，其中2天原理設(shè)計(jì)，3天電路調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日11122234555566677788891010

2、101112目 錄1.電路原理設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求1.2原理框圖2.芯片介紹2.1 74ls1922.2 74ls002.3 74ls482.4 555定時(shí)器3.單元電路設(shè)計(jì)3.1 遞減計(jì)數(shù)器3.2 置數(shù)控制電路3.3 時(shí)鐘信號(hào)控制電路3.4 譯碼顯示電路3.5 報(bào)警電路3.6 秒脈沖發(fā)生電路4.電路圖設(shè)計(jì)4.1 電路原理圖4.2 電路原理介紹5.電路仿真5.1 繪制電路圖5.2 元件設(shè)置5.3 仿真結(jié)果6.制作電路6.1 生成材料清單6.2 焊接電路7.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)參考文獻(xiàn)1.電路原理設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求30秒定時(shí)報(bào)警電路的具體功能與要求有：能進(jìn)行30秒計(jì)時(shí)，具有時(shí)間顯示功能，有外部操作開關(guān)

3、，可以控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與置數(shù)，計(jì)數(shù)器按遞減方式進(jìn)行，當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減到零時(shí)，顯示器顯示00，計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)并發(fā)出警報(bào)。1.2原理框圖30秒定時(shí)期的總體參考方案框圖如圖，它包括時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路等部分組成。時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生秒脈沖，計(jì)數(shù)器完成30秒計(jì)時(shí)，控制電路控制計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)與置數(shù)，譯碼顯示電路顯示時(shí)間，報(bào)警電路完成報(bào)警功能。秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器譯碼顯示電路控制電路報(bào)警電路外部操作開關(guān)定時(shí)到信號(hào)圖1.1 30秒定時(shí)器總體參考方案框圖2.芯片介紹本次課程設(shè)計(jì)的定時(shí)報(bào)警電路經(jīng)分析設(shè)計(jì)，具體電路可由十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器、置數(shù)控制電路、時(shí)鐘信號(hào)控制電路、譯碼顯示

4、電路和報(bào)警電路組成。本次課設(shè)選用十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74ls192來完成設(shè)計(jì)，另外所需的芯片有二輸入與非門74hc00，74ls48譯碼器，555定時(shí)器。下面介紹所用的芯片。2.1 74ls19274ls192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，其引腳圖和功能表如下：圖2.1 74ls192引腳圖表2.1 74ls192功能表2.2 74hc0074hc00是四2輸入與門非，其引腳圖和功能表如下：圖2.2 74hc00引腳圖表2.2 74hc00功能表2.3 74ls4874ls48是七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器。其引腳圖與功能表如下：圖2.3 74ls48引腳圖表2.3 74ls48功能表2.4 555定

5、時(shí)器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。其引腳圖和功能表如下：圖2.4 555定時(shí)器引腳圖表2.4 555定時(shí)器功能表輸入輸出閥值輸入（vi1）觸發(fā)輸入（vi2）復(fù)位（rd）輸出（vo）放電管txx00導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1不變不變3.單元電路設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)的定時(shí)報(bào)警電路可由十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器、置數(shù)控制電路、時(shí)鐘信號(hào)控制電路、譯碼顯示電路、報(bào)警電路、秒脈沖發(fā)生電路等幾部分組成。3.1遞減計(jì)數(shù)器電路的主要部分是十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，由74ls192構(gòu)成。下圖為8421bcd碼三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器原理圖。 q3 q2 q1 q0bo2 cpdld2 cpucr d3 d

6、2 d1 d074ls192 q3 q2 q1 q0bo2 cpdld2 cpucr d3 d2 d1 d074ls1925v5v圖3.1 8421bcd碼三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器原理圖它的計(jì)數(shù)原理是ld、cpu置1，cr置0時(shí)，若時(shí)鐘脈沖加到cpd端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成減計(jì)數(shù)。預(yù)置數(shù)為n=（0011 0000）8421bcd=（30）10。當(dāng)?shù)臀籦o1發(fā)出借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才作減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器全為零時(shí)，bo2將低電平送入兩個(gè)計(jì)數(shù)器的ld端，重新置數(shù)為30，計(jì)數(shù)器又開始下一循環(huán)的計(jì)數(shù)。3.2置數(shù)控制電路置數(shù)控制電路的作用是控制計(jì)數(shù)器的置數(shù)和啟動(dòng)?？梢詫⒁粋€(gè)高低電平邏輯開關(guān)接到兩塊74l

7、s192的ld端，當(dāng)開關(guān)置0時(shí)，計(jì)數(shù)器置數(shù)，顯示三十秒，當(dāng)開關(guān)置1時(shí)，計(jì)數(shù)器從三十秒開始遞減計(jì)數(shù)。3.3時(shí)鐘信號(hào)控制電路時(shí)鐘信號(hào)控制電路的接法如圖：&cpdg1cp1hz&圖3.2時(shí)鐘信號(hào)控制電路它作用是讓計(jì)數(shù)器從30秒計(jì)數(shù)到0時(shí)，不再又從30秒開始計(jì)數(shù)，而是暫停到0，以便報(bào)警電路開始工作。其原理是將bo2和時(shí)鐘信號(hào)cp接入與非門，在接入一次與非門，相當(dāng)于bo2與cp接入了一個(gè)或門，再接到控制個(gè)位的74ls192的cpd端，當(dāng)未計(jì)數(shù)到零時(shí)，bo2為高電平，時(shí)鐘脈沖可以進(jìn)入cpd，計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，bo2輸出低電平，時(shí)鐘脈沖通過與門后變?yōu)榈碗娖?，?jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)報(bào)警電路開始工作。

8、3.4譯碼顯示電路本電路顯示時(shí)間采用數(shù)碼管來顯示。由于74ls192的輸出是高電平有效，用74ls48來譯碼，采用7段共陰極數(shù)碼管來顯示時(shí)間。q3 q2 q1 q0 a b c d e f gltbi/rborbi d c b a74ls485v圖3.3譯碼顯示電路3.5報(bào)警電路本電路采用發(fā)光二極管來報(bào)警，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)到零后，bo2輸出低電平，因此可以將bo2通過一個(gè)反相器與led相連，此反相器可由bo2接入與非門兩輸入端構(gòu)成。當(dāng)bo2為低電平時(shí)led就會(huì)發(fā)光，起到報(bào)警作用。&圖3.4報(bào)警電路3.6秒脈沖發(fā)生電路秒脈沖發(fā)生電路使用555組成的多諧振蕩器來構(gòu)成，電路如圖：8 47 36 52 1

9、5vvo0.01uf43k50kvc10uf圖3.5 秒脈沖發(fā)生電路4.設(shè)計(jì)電路圖將以上各單元電路連接起來，就構(gòu)成了30秒定時(shí)電路。4.1電路原理圖 q3 q2 q1 q0bo2 cpdld2 cpucr d3 d2 d1 d074ls192 q3 q2 q1 q0bo2 cpdld2 cpucr d3 d2 d1 d074ls1925v5v&cp1hz&5v&報(bào)警電路置數(shù)控制電路時(shí)鐘信號(hào)控制電路計(jì)數(shù)電路譯碼顯示電路 a b c d e f gltbi/rborbi d c b a74ls485v a b c d e f gltbi/rborbi d c b a74ls485v圖4.1電路原理

10、圖4.2電路原理介紹當(dāng)置數(shù)開關(guān)置低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器置數(shù)為30秒。當(dāng)置數(shù)開關(guān)置高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。此時(shí)bo2的輸出為高電平，時(shí)鐘脈沖可以送入cpd，計(jì)數(shù)器作減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，bo2輸出低電平，時(shí)鐘脈沖經(jīng)兩個(gè)與非門變?yōu)榈碗娖?，?jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)bo2的低電平經(jīng)反相后邊為高電平，驅(qū)動(dòng)led發(fā)光，達(dá)到報(bào)警作用。5.電路仿真5.1繪制電路圖電路圖設(shè)計(jì)完畢后，為保證該電路確實(shí)能正常工作，在焊接電路前應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行仿真。本次課設(shè)使用的仿真軟件為ewb，版本為5.12。首先在ewb中繪制電路圖。首先放置元件，74ls192在工具欄的digital的counter中。各種電源在source按鈕中可

11、以找到，直流電源是battery，接地是ground，時(shí)鐘脈沖信號(hào)源是clock。電阻和開關(guān)在basic按鈕中，led在diodes按鈕中，邏輯門在logic gates按鈕中，數(shù)碼管在indicators中。將它們拖動(dòng)到電路圖上即可放置元件。然后連線，用鼠標(biāo)在線頭處拖動(dòng)，拖到另外一個(gè)線頭即可完成連線，在線上拖動(dòng)鼠標(biāo)可以移動(dòng)連線的位置，按照電路原理圖來連線。圖5.1 ewb5軟件界面5.2元件設(shè)置連線完成后要設(shè)置元件屬性，雙擊元件即可彈出元件屬性窗口，可以設(shè)置元件的各種屬性。將直流電源設(shè)置為5v，時(shí)鐘脈沖源頻率設(shè)置為1hz，幅度設(shè)置為5v。得到仿真電路圖。圖5.2仿真電路圖5.3仿真結(jié)果所有元

12、件設(shè)置好后就可以開始仿真了，點(diǎn)擊右上角的activate simulation按鈕即可開始仿真，直接觀察數(shù)碼管的數(shù)字即可，可以看到當(dāng)置數(shù)開關(guān)置低電平時(shí)，數(shù)碼管顯示為30秒。圖5.3 仿真結(jié)果 置數(shù)置數(shù)開關(guān)置高電平時(shí)，電路開始減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，計(jì)數(shù)停止，保持在00的位置。如圖所示：圖5.4 仿真結(jié)果 計(jì)數(shù)圖5.5 仿真結(jié)果 計(jì)數(shù)停止6.制作電路6.1生成材料清單制作電路前先生成材料清單，以便于準(zhǔn)備元件等材料。本電路需要芯片，led，開關(guān)，導(dǎo)線，數(shù)碼管，導(dǎo)線等元件，還要準(zhǔn)備電路板來焊接電路。另外所需的工具有電烙鐵，焊錫絲等。表6.1材料清單元件類型數(shù)量74ls192274hc00174ls48

13、2led1數(shù)碼管kem-5012as250k電阻1100k電位器1單刀雙擲開關(guān)1導(dǎo)線若干電路板16.2焊接電路買來元器件后，根據(jù)設(shè)計(jì)出來的電路圖來連接導(dǎo)線。在焊接是要注意，不能隨意擺放元件，應(yīng)該事先想好元件應(yīng)擺放的位置，以免以后連線出現(xiàn)問題。把元件擺放到電路板上合適的位置后，根據(jù)電路圖焊接導(dǎo)線。在連線時(shí)應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)，焊接時(shí)要注意不要焊錯(cuò)線。集成芯片管腳較多，焊接時(shí)應(yīng)更加注意。焊接完成后檢查一下線路以保證連線無誤。最后接上電源測(cè)試，如果有問題就進(jìn)行調(diào)試。7.課程設(shè)計(jì)心得在本次的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了不少東西，下面是我的一些心得體會(huì)。在本次課程設(shè)計(jì)中，我要設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)器電路在實(shí)驗(yàn)課上做過

14、，對(duì)于原理我是很清楚的，因此在電腦上仿真出計(jì)時(shí)器并不難。以前我在課程設(shè)計(jì)中使用的仿真軟件是pspice和protel。在這次課設(shè)中，我使用了另一種軟件ewb，該軟件使用簡(jiǎn)單，操作方便，結(jié)果直觀，非常適合本次數(shù)電課設(shè)的仿真。通過本次課設(shè)我又掌握了一種仿真軟件的用法。通過ewb我設(shè)計(jì)出了電路的原理圖，經(jīng)軟件仿真結(jié)果正確，達(dá)到了初步設(shè)計(jì)的要求。但是在實(shí)際制作電路中，還是要考慮許多實(shí)際因素的，比如門電路的集成芯片有很多種，應(yīng)該選擇何種芯片才能用最少的芯片和最簡(jiǎn)單的連線完成設(shè)計(jì)。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片業(yè)要根據(jù)數(shù)碼管類型選擇合適的。在led的選擇上，要考慮到led的工作電壓和工作電流，以確定是否用限流電阻，防止

15、出現(xiàn)led損壞的情況。另外在采購元件中，可能買不到電路圖中設(shè)計(jì)的元件，現(xiàn)實(shí)中的元件屬性可能和電路原理圖中不同，這就需要隨時(shí)際情況修改電路圖，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。比如電阻可能沒有合適的阻值，這是可以用不同電阻串聯(lián)，或用電位器來達(dá)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。這次的課程設(shè)計(jì)讓我收獲很大，我了解了ewb軟件的用法，更進(jìn)一步的掌握了計(jì)數(shù)器的工作原理與設(shè)計(jì)方法，也加強(qiáng)了我的數(shù)電知識(shí)，增進(jìn)了我對(duì)數(shù)電的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力，提高了解決實(shí)際問題的能力，對(duì)我以后的工作與學(xué)習(xí)有很大的幫助。參考文獻(xiàn)1 康華光，鄒壽彬，秦臻電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），第五版北京：高等教育出版社，20062