數(shù)碼顯示記憶“叮咚”門鈴

1、. 課程設(shè)計報告 設(shè)計題目：數(shù)碼顯示記憶“叮咚”門鈴 指導(dǎo)教師： 小組成員： 姓名學(xué)號： 上交日期： 自我評定：優(yōu)摘要：當(dāng)今社會的電子產(chǎn)品更新?lián)Q代十分之快，越人性化的產(chǎn)品越有市場。如今人們生活節(jié)奏加快，出差、旅游已經(jīng)成為生活的常態(tài)，不在家的時候，無法得知是否有人來訪，所以數(shù)顯記憶門鈴也就應(yīng)運而生。數(shù)顯記憶門鈴由門鈴電路、延時電路和顯示記憶三部分組成。采用555定時器、74LS160、74LS48和共陰極七段數(shù)碼管，組合構(gòu)成一個可顯示記憶門鈴。關(guān)鍵詞：74LS160,74LS48,555定時器目錄前言41.總體設(shè)計方案51.1 設(shè)計內(nèi)容51.2 設(shè)計方案51.2.1 總設(shè)計電路原理51.2.2

2、總設(shè)計電路流程圖52.單元模塊設(shè)計62.1 器件介紹62.1.1 74LS160D 和74LS48D 工作原理及作用62.1.2 555 定時器82.1.3 7段數(shù)碼管112.2 單元電路設(shè)計及仿真112.2.1 門鈴電路112.2.2 延時電路122.2.3 數(shù)顯記憶電路133、Multisim 仿真圖164、組裝、焊接及調(diào)試184.1 元件列表184.2 組裝、焊接和調(diào)試過程194.3 實際中遇到的問題和解決方法194.3.1 面包板問題194.3.2 蜂鳴器發(fā)音問題194.3.3 各部分電路組合問題204.4 完成情況205、個人體會20前言 日新月異的社會，技術(shù)也加快了進(jìn)步的步伐，越來

3、越多的電子產(chǎn)品走進(jìn)人們的日常生活，電子門鈴的就是一個很好的例子。這次的課程設(shè)計，我們設(shè)計了一個集門鈴和數(shù)字顯示功能于一體的門鈴電路。過程中我們深刻理解電路各部分的設(shè)計原理和所能實現(xiàn)的功能，如我們選用了555定時芯片，555芯片配上適當(dāng)?shù)淖枞菰梢詷?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器以及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與整形電路，他們在工業(yè)自動控制、定時、仿生、電子樂器和防盜報警等方面都有著廣泛的應(yīng)用。我們電路中的延時電路運用了單穩(wěn)觸發(fā)器，雙音門鈴則利用定時器構(gòu)成多諧振蕩器組成。這是一次理論與實踐的完美結(jié)合。本次課程設(shè)計是我們首次的專業(yè)的設(shè)計實踐，雖然遇到許多困難，但解決困難的過程讓我們受益良多，小組的協(xié)作配合

4、也更加默契，豐富了的專業(yè)知識，提高了動手能力。 1.總體設(shè)計方案1.1 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計一個數(shù)字顯示記憶門鈴電路。設(shè)置一個按鈕，按下按鈕時發(fā)出較高的頻率“?！甭暎砷_按鈕發(fā)出較低頻率的“咚”聲。門鈴“叮咚”聲的聲音頻率和聲音持續(xù)時間可調(diào)。正常人聽力范圍在20Hz20000Hz而300Hz5000Hz 則是人耳最敏感的聲音頻率范圍因此“叮咚”聲最好在這個范圍內(nèi)或者左右。在按下門鈴的觸發(fā)信號通過延時工作區(qū)傳遞到數(shù)顯計數(shù)計數(shù)加1，以避免訪客連續(xù)動作導(dǎo)致誤計數(shù)。1.2 設(shè)計方案1.2.1 總設(shè)計電路原理 當(dāng)按下開關(guān)時，一方面電源經(jīng)開關(guān)觸點、二極管VD2 對電容C5快速充電使555 的腳變?yōu)楦唠娖浇獬辶?/p>

5、，另一方面電阻R6被按下開關(guān)短路，振蕩器振蕩，揚聲器BUZZER發(fā)出“?！钡穆曇簟．?dāng)松開開關(guān)后后，一方面C5兩端電壓經(jīng)R5、Rp2 慢速放電以維持NE555的為高電平，另一方面R6被接入電路，BUZZER發(fā)出“咚”的聲音，555 的腳變?yōu)榈碗娖剑?55 被清零，“咚”聲終止。另一方面開關(guān)按下的信號由555 的2 腳進(jìn)入555 組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，造成一定的延時時間再由555 的3 腳輸出進(jìn)入74LS160 同步置數(shù)，最后經(jīng)過74LS48 七段數(shù)碼管驅(qū)動器輸出在共陰極七段數(shù)碼管顯示數(shù)值。1.2.2 總設(shè)計電路流程圖蜂鳴器叮咚門鈴電路門鈴按鈕復(fù)位開關(guān)譯碼顯示計數(shù)器延時電路2.單元模塊設(shè)計2.1

6、器件介紹2.1.1 74LS160D 和74LS48D 工作原理及作用1、74LS160D（1）工作原理 74160輸出為8421BCD碼，計數(shù)為0000-1001，M=10 這種同步可預(yù)置十進(jìn)計數(shù)器是由四個D 型觸發(fā)器和若干個門電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進(jìn)位，具有計數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對所有觸發(fā)器同時加上時鐘，使得當(dāng)計數(shù)使能輸入和內(nèi)部門發(fā)出指令時輸出變化彼此協(xié)調(diào)一致而實現(xiàn)同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時鐘）計數(shù)器中常有的輸出計數(shù)尖峰。緩沖時鐘輸入將在時鐘輸入上升沿觸發(fā)四個觸發(fā)器。 這種計數(shù)器是可全編程的，即輸出可預(yù)置到任何電平。當(dāng)預(yù)置是同步時，在置數(shù)輸入上將建立一低電

7、平，禁止計數(shù)，并在下一個時鐘之后不管使能輸入是何電平，輸出都與建立數(shù)據(jù)一致。清除是異步的（直接清零），不管時鐘輸入、置數(shù)輸入、使能輸入為何電平，清除輸入端的低電平把所有四個觸發(fā)器的輸出直接置為低電平。超前進(jìn)位電路無須另加門，即可級聯(lián)出n位同步應(yīng)用的計數(shù)器。它是借助于兩個計數(shù)使能輸入和一個動態(tài)進(jìn)位輸出來實現(xiàn)的。兩個計數(shù)使能輸入（ENP和ENT）計數(shù)時必須是高電平，且輸入ENT必須正反饋，以便使能動態(tài)進(jìn)位輸出。因而被使能的動態(tài)進(jìn)位輸出將產(chǎn)生一個高電平輸出脈沖，其寬度近似等于QA輸出高電平。此高電平溢出進(jìn)位脈沖可用來使能其后的各個串聯(lián)級。使能ENP和ENT輸入的跳變不受時鐘輸入的影響。 電路有全獨立

8、的時鐘電路。改變工作模式的控制輸入（使能ENP、ENT或清零）縱使發(fā)生變化，直到時鐘發(fā)生為止，都沒有什么影響。計數(shù)器的功能（不管使能、不使能、置數(shù)或計數(shù)）完全由穩(wěn)態(tài)建立時間和保持時間所要求的條件來決定。 （2）、工作方式 功能表：2、74LS48D（1） 、工作原理 74LS48 芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。 74LS48七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強器件的功能。它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現(xiàn)簡要說明如下：a. 滅燈輸入BI/RBO  BI/RBO

9、是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當(dāng)BI/RBO 作 輸入使用且BI0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。b. 試燈輸入LT  當(dāng)LT0時，BI/RBO是輸出端，且RBO1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查7448本身及顯示器的好壞。c.動態(tài)滅零輸入RBI  當(dāng)LT1，RBI0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為低 電平，與BCD碼相應(yīng)的字形熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實現(xiàn)某一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。d. 動態(tài)滅零

10、輸出RBO  BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當(dāng)LT1且RBI0，輸入代碼 DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。（2）工作方式 2.1.2 555 定時器 1、555定時器的工作原理 555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC 若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為

11、 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 它的各個引腳功能如下： 1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。 3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時

12、應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時基電路的功能表如表1示。表 1清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0xx0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1010110導(dǎo)通截止置1清零2、555定時器構(gòu)成觸發(fā)器（1）、 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 上圖為由555定時器和外接定時元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)

13、觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號加到Vi端。并使2端電位瞬時低于1/3VCC，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)Vc充電到2/3VCC時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖見圖3。 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間Tw（即為延時時間）決定于外接元件R、C的大小。 Tw=1.1RC 通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微

14、秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。此外需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。 多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。 接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2 C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按

15、指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得 輸出高電平時間 T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時間T=R2Cln2 振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2 2.1.3 7段數(shù)碼管 七段發(fā)光二極管顯示器的原理，是用七個發(fā)光二極管構(gòu)成a、b、c、d、e、f、g七個筆畫段，并分為共陽極和共陰極兩種連接方法。共陽極是將七個發(fā)光二極管的陽極接在一起并接在正電源上，陰極接到譯碼器的各輸出端，當(dāng)哪個發(fā)光二極管的陰極為低電平時對應(yīng)的那個發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光。共陰極則是將七個發(fā)光二極管的陰極聯(lián)在一起并接地，陽極譯碼器的各輸出

16、端，哪一個陽極為高電平時對應(yīng)的那個二極管就發(fā)光。此實驗中用的是共陰極的數(shù)碼管。2.2 單元電路設(shè)計及仿真2.2.1 門鈴電路（1）門鈴電路仿真圖 （2）電路工作原理 “叮咚”門鈴設(shè)計的具體思路是利用555定時器的4端（復(fù)位端）控制是否輸出信號，4端為低電平時，555定時器輸出為0，4端為高電平時，555定時器正常工作，輸出方波信號。另一方面，要利用不同回路造成的輸出不同的頻率來產(chǎn)生“叮咚”聲。具體過程如下： 1、當(dāng)按下開關(guān)時，一方面電源經(jīng)過開關(guān)觸點，二極管D2對電容C5快速充電，使555的4管腳變?yōu)楦唠娖浇獬辶?，另一方面電阻R6被按下的開關(guān)短路，振蕩器振蕩，其振蕩頻率為： f1=1/0.7（

17、R9+2R7）C3 則蜂鳴器發(fā)出“叮”的聲音。 2、當(dāng)松開開關(guān)后，一方面C5兩端電壓經(jīng)過R5慢速放電，以維持555的4管腳的高電平使555工作，另一方面R1被接入電路，振蕩器振蕩頻率為： f2=1/0.7(R6+R9+2R7)C3 蜂鳴器發(fā)出“咚”的聲音，555的4管腳變?yōu)榈碗娖剑?55被清零，“咚”聲終止?！斑恕甭暤某掷m(xù)時間由R5決定，改變R5的值可以改變持續(xù)時間。其中改變R9的值可以改變雙音的音調(diào)。2.2.2 延時電路（1）延時電路仿真圖 （2）工作原理 555電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 輸入端2一直處于低電平輸入狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)被按下，獲得瞬時高電平，輸出端3由高變?yōu)榈?，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。經(jīng)過tw時

18、間后，恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。 Tw=1.1R*C=20s,通過改變R、C參數(shù)的值，可以控制延時時間的長短。在20s內(nèi)無論開關(guān)被按下多少次，此555電路只輸出一個脈沖，減少計數(shù)誤差。2.2.3 數(shù)顯記憶電路 1、計數(shù)電路（1）、計數(shù)電路仿真圖（2）工作原理 這是由兩片74LS160構(gòu)成的計數(shù)器。右邊為低位，左邊為高位。 計數(shù)器的模為99。低位逐一計數(shù)達(dá)到9后，使得高位在下一脈沖到來時進(jìn)1，同時低位復(fù)位為0。從而實現(xiàn)模99的計數(shù) 另外在計數(shù)功能上拓展一個直接清零功能，使得主人可以在回家后可以直接將計數(shù)的數(shù)字消去，重新開始計數(shù)。2、顯示電路（1）顯示電路仿真圖 此部分由74LS48驅(qū)動器和共陰極數(shù)字顯示器構(gòu)成

19、?？娠@示門鈴被按下的次數(shù)。3、Multisim 仿真圖 因為在仿真軟件中的時間與現(xiàn)實不符，設(shè)計有現(xiàn)實中20秒的延時在仿真中難以看出效果，所以調(diào)整了部分電阻，使延時時間縮短得到了示波器中可觀察的延時波形。 圖一為開關(guān)處的波形，圖二為從3管腳輸出到計數(shù)部分的波形。 上圖為蜂鳴器兩端的波形，產(chǎn)生多諧振蕩。開關(guān)斷開和連接時波形存在寬窄和速率差別。4、組裝、焊接及調(diào)試4.1 元件列表元件類型參數(shù)數(shù)量電阻330120022M15k270013.9k13K 1電容1uF20.01uF20.1uF147uF1100uF1芯片74LS48N274LS160N274LS48D174LS04D1共陰極數(shù)碼管2NE5

20、552二級管1N41482其他面包板、杜邦線、電路板、導(dǎo)線等4.2 組裝、焊接和調(diào)試過程 首先我們按照仿真圖進(jìn)行了面包板的插接延時電路、門鈴電路、技術(shù)和顯示電路分開組裝，每插接好一部分便進(jìn)行功能的測試，當(dāng)各個部分的功能都實現(xiàn)了的時候，在將它們逐漸組裝在一起，每新接一部分便用示波器波形驗證。最后得到組合的成功電路。4.3 實際中遇到的問題和解決方法4.3.1 面包板問題 在實際的操作中我們發(fā)現(xiàn)，線路重接多次、檢查多次沒有問題，但是沒有預(yù)期效果，有的部分甚至不工作，排查過后，懷疑是面包板的問題，萬用表測試發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有相隔甚遠(yuǎn)的短路，發(fā)現(xiàn)問題后，我們開始在面包板上移動元件的位置，換插線，反復(fù)測試，雖

21、然花費了許多時間，走了彎路，但最終還是解決了問題得到了預(yù)期效果。4.3.2 蜂鳴器發(fā)音問題 門鈴電路部分我們采用了無源的蜂鳴器，想得到“叮咚”的雙音效果。第一次調(diào)試，電路不能發(fā)聲，隨后我們通過信號發(fā)生器反復(fù)測試，確定是頻率未達(dá)到讓此蜂鳴器發(fā)聲的大小，故改變電路的參數(shù)，反復(fù)測試后得到了悅耳的叮咚聲。4.3.3 各部分電路組合問題 當(dāng)我們實現(xiàn)了延時電路、數(shù)顯記憶電路和門鈴電路的各部分功能后，進(jìn)行了組裝，發(fā)現(xiàn)數(shù)顯記憶電路出現(xiàn)了紊亂現(xiàn)象，但是給入數(shù)顯記憶電路部分的信號仍然是對的。開始查找原因，期間為了保證穩(wěn)定，將在面包板上的數(shù)顯記憶部分，在電路板上進(jìn)行了焊接調(diào)試，但是各部分組裝后其數(shù)字的顯示依舊是混亂的。反復(fù)思索，想到了所給信號的雜波可能會讓數(shù)顯部分產(chǎn)生誤判，所以在開關(guān)部分加了濾波電路，再次調(diào)試后得到了我們要實現(xiàn)的最終效果。 4.4 完成情況 經(jīng)過幾天的奮戰(zhàn)，最終得到了預(yù)期的效果，按下按鈕時發(fā)出較高的頻率“叮”聲，松開按鈕發(fā)出較低頻率的“咚”聲。在按下門鈴的觸發(fā)信號延時約20s傳遞到數(shù)顯計數(shù)，使計數(shù)加1，最多