課程設(shè)計(jì)：數(shù)字式計(jì)時(shí)器電路 555定時(shí)器

1、 理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙目錄目錄11.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與總體方案21.1 設(shè)計(jì)思路與流程圖22.Multisim軟件的簡介32.1Multisim概貌及特點(diǎn)33.555定時(shí)器，CD4518和CD4011介紹63.1 555定時(shí)器63.2 CD4518引腳功能103.3 CD4011引腳圖114. 數(shù)字邏輯，振蕩器，計(jì)數(shù)器和顯示電路圖124.1數(shù)字邏輯模塊124.2振蕩器模塊134.3 計(jì)數(shù)器模塊164.4 顯示器模塊175. 電路的總體設(shè)計(jì)與調(diào)試175.1 總體電路原理圖175.2總體電路工作原理186.課程設(shè)計(jì)感受196.1 課程設(shè)計(jì)中的收獲和體會(huì)197.附錄與文獻(xiàn)207.1附錄207.2參考文獻(xiàn)

2、211.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與總體方案1.1 設(shè)計(jì)思路與流程圖根據(jù)任務(wù)書可以知道本課題是一個(gè)2位數(shù)字顯示計(jì)數(shù)器，是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合，本質(zhì)上就是一計(jì)時(shí)器。通過一個(gè)時(shí)基電路產(chǎn)生一定頻率脈沖，將脈沖信號輸入低位的計(jì)數(shù)器輸入端，通過一級級的進(jìn)位，從而達(dá)到計(jì)數(shù)。從而完成此課題，我們可以將這整個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，分為幾個(gè)模塊進(jìn)行分析。（1）.數(shù)字邏輯控制模塊。通過使用門電路來控制計(jì)時(shí)器進(jìn)位及清零。（2）.脈沖信號產(chǎn)生模塊。由一個(gè)振蕩電路來產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的脈沖信號，作為計(jì)時(shí)器的時(shí)基信號。（3）.計(jì)時(shí)數(shù)計(jì)數(shù)模塊。接收計(jì)時(shí)及中斷信號脈沖，從而控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，且有清零功能，該模塊選用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（2）.譯碼顯示模塊。該模

3、塊要顯示00到99的數(shù)字，選用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上，通過它們之間的級聯(lián)，最終顯示相應(yīng)數(shù)字。 該數(shù)字式定時(shí)器，需要用到555定時(shí)器，由此產(chǎn)生振蕩信號，在數(shù)字邏輯電路的控制下，由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，最后在數(shù)碼管上顯示出來，畫為流程圖如下： 圖1.1-1：總體方案流程圖2.Multisim軟件的簡介2.1Multisim概貌及特點(diǎn)Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 圖2.1-1：Multisim工作界面工程師們可以使用Multisim交互

4、式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。目前在各高校教學(xué)中普遍使用Multisim10.0，網(wǎng)上最為普遍的是Multisim 10.0，NI于2007年08月26日發(fā)行NI系列電子電路設(shè)計(jì)軟件，NI Multisim v 10作為其中一個(gè)組成部分包含于其中。EDA（就是“Electronic Des

5、ign Automation”的縮寫）技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)基本上不存在電子產(chǎn)品的手工設(shè)計(jì)。一臺電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級設(shè)計(jì)，再到PCB鉆孔圖、自動(dòng)貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成。EDA技術(shù)借助計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評估、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。EDA已經(jīng)成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)手段。美國NI公司（美國國家儀器公

6、司）的Multisim 9軟件就是這方面很好的一個(gè)工具。而且Multisim 9計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)（LABEW 8）（也是美國NI公司的）可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問題。學(xué)員可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這些在教學(xué)活動(dòng)中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。還有很重要的一點(diǎn)就是：計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器對教員的教學(xué)也是一個(gè)很好的提高和促進(jìn)。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路

7、進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測量。Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench）公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電

8、路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。為適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，Multisim推出了許多版本，用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。在本書中將以教育版為演示軟件，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際需要，簡要地介紹該軟件的概況和使用方法，并給出幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例。EDA軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該EDA軟件的質(zhì)量和易用性。Multisim為用戶提供了豐富的元器件，并以開放的形式管理元器件，使得用戶能夠自己添加所需要的元器件。Multisim以庫的形式管理元器件，通過菜單Tools/ Database Management打開Database Management（數(shù)據(jù)庫管理）窗口（如下

9、圖所示），對元器件庫進(jìn)行管理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫：Multisim Master和User。其中Multisim Master庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，User是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫。用戶對Multisim Master數(shù)據(jù)庫中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中Multisim Master時(shí)，窗口中對庫的編輯按鈕全部失效而變成灰色，如下圖所示。但用戶可以通過這個(gè)對話窗口中的Button in Toolbar顯示框，查找?guī)熘胁煌悇e器件在工具欄中的表示方法。在Multisim Master中有實(shí)際元器件和虛擬

10、元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實(shí)際元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際情況有良好的對應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計(jì)導(dǎo)出到Ultiboard中進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。它們在工具欄和對話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒有。NI Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為 Windows

11、下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，NI Multisim 是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。NI Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。Multisim的特點(diǎn)可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；所有的虛擬信號都可以通過計(jì)算機(jī)輸出到實(shí)際的硬件電路上；所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析。3.555定時(shí)器，CD4518和CD4011介紹3.1 555定時(shí)器

12、555定時(shí)器是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。 555定時(shí)器產(chǎn)品有TTL型和CMOS型兩類。TTL型產(chǎn)品型號的最后三位都是555，CMOS型產(chǎn)品的最后四位都是7555，它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。 555定時(shí)器的電路如圖9-28所示。它由三個(gè)阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。 555定時(shí)器（又稱時(shí)基電路）是一個(gè)模擬與數(shù)字混合型的集成電路。555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集

13、成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。  目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE555(或5G555)和C7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而CMOS定時(shí)器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時(shí)器電源電壓范圍為516V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA；CMOS定時(shí)器電源電壓范圍為318V，最大負(fù)載電流在4mA以下。555的引腳圖如圖3，功能如下：Pin 1 (

14、接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。Pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能

15、用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。Pin 7 (放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對地為高阻抗。Pin 8 (V +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 555的內(nèi)部電路和功能：圖3.1-1： 555定時(shí)器原理圖 圖3.1-2：555定時(shí)器引腳圖上面圖是555定時(shí)器內(nèi)部組成框圖。它主要由兩個(gè)高精度電壓比較器A

16、1、A2，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電三極管和三個(gè)5K電阻的分壓器而構(gòu)成。分壓器為兩個(gè)電壓比較器C1、C2提供參考電壓。如5端懸空，則比較器C1的參考電壓為，加在同相端；C2的參考電壓為，加在反相端。 是復(fù)位輸入端。當(dāng)=0時(shí)，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。正常工作時(shí)，=1。u11和u12分別為6端和2端的輸入電壓。當(dāng)u11，u12 時(shí)，C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。 當(dāng)u11，u12時(shí)，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端u0為高電平。 當(dāng)u11，u12 時(shí)，基本RS觸

17、發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。 綜上所述，在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，其功能如下表：表3.1-1：555定時(shí)器功能表3.2CD4518引腳功能圖3.2-1：CD4518引腳 CD4518是一個(gè)雙BCD同步加計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)相同的同步4級計(jì)數(shù)器組成。CD4518引腳功能(管腳功能)如下：1CP、2CP：時(shí)鐘輸入端。1CR、2CR：清除端。1EN、2EN：計(jì)數(shù)允許控制端。1Q01Q3：計(jì)數(shù)器輸出端。2Q02Q3：計(jì)數(shù)器輸出端。Vdd：正電源。Vss：地。CD4518是一個(gè)同步加計(jì)數(shù)器，在一個(gè)封裝中含有兩個(gè)可互換二/十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其功能引腳分別為17和

18、915.該CD4518計(jì)數(shù)器是單路系列脈沖輸入（1腳或2腳；9腳或10腳），4路BCD碼信號輸出（3腳6腳；11腳14腳）。CD4518控制功能：CD4518有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CP和EN,若用時(shí)鐘上升沿觸發(fā),信號由CP輸入,此時(shí)EN端為高電平（1）,若用時(shí)鐘下降沿觸發(fā),信號由EN輸入,此時(shí)CP端為低電平（0）,同時(shí)復(fù)位端Cr也保持低電平（0）,只有滿足了這些條件時(shí),電路才會(huì)處于計(jì)數(shù)狀態(tài).否則沒辦法工作。將數(shù)片CD4518串行級聯(lián)時(shí)，盡管每片CD4518屬并行計(jì)數(shù)，但就整體而言已變成串行計(jì)數(shù)了。需要指出，CD4518未設(shè)置進(jìn)位端，但可利用Q4做輸出端。有人誤將第一級的Q4端接到第二級的CP端，結(jié)果

19、發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)變成“逢八進(jìn)一”了。原因在于Q4是在CP8作用下產(chǎn)生正跳變的，其上升沿不能作進(jìn)位脈沖，只有其下降沿才是“逢十進(jìn)一”的進(jìn)位信號。正確接法應(yīng)是將低位的Q4端接高位的EN端，高位計(jì)數(shù)器的CP端接USS。3.3 CD4011引腳圖 圖3.3-1 芯片功能圖 圖3.3-2 引腳圖 管腳功能：1A 數(shù)據(jù)輸入端2A 數(shù)據(jù)輸入端3A 數(shù)據(jù)輸入端4A 數(shù)據(jù)輸入端1B 數(shù)據(jù)輸入端2B 數(shù)據(jù)輸入端3B 數(shù)據(jù)輸入端4B 數(shù)據(jù)輸入端1Y 數(shù)據(jù)輸出端2Y 數(shù)據(jù)輸出端3Y 數(shù)據(jù)輸出端4Y 數(shù)據(jù)輸出端門表達(dá)式邏輯圖功能表 與非門Y=A×B的逆 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 表3

20、.3-1：邏輯表達(dá)式VDD 電源正VSS 地VDD電壓范圍：0.5V to 18功耗：雙列普通封裝 700mW     小型封裝 500mW工作溫度范圍：CD4011BM -55 - +125 CD4011BC -40 - +854. 數(shù)字邏輯，振蕩器，計(jì)數(shù)器和顯示電路圖4.1數(shù)字邏輯模塊 圖4.1-1：數(shù)字邏輯電路 在點(diǎn)擊綠色箭頭開始，電容開始充電，此時(shí)J1按下時(shí)，電阻下端5為低電平，電容下端6為低電平，繼而U2B端為低電平；如果此刻按下J2，則7端為低電平，發(fā)出脈沖到U2B,而5和6輸出低電平到與非門U2A，U2A輸出高電平到U2B，此時(shí)0和1輸入到

21、與非門U2B ，繼而U2B輸出高電平。4.2振蕩器模塊振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計(jì)時(shí)器的準(zhǔn)確 度。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要根據(jù)需要而設(shè)計(jì)出最佳電路。 (a) 電路圖 (b) 波形圖 圖4.2-1： 多諧振蕩器振蕩周期等于兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間。第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tp1為電容C的電壓uc從充電至所需時(shí)間 t pl =R2Cln20.7R2C (1-2) 第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tp2為電容C的電壓從放電至所需時(shí)間 tpH=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C （1-3）參數(shù)計(jì)算：改變、和的值，就可以改變振蕩器的頻率

22、。如果利用外接電路改變端(5號端)的電位，則可以改變多諧振蕩器高觸發(fā)端的電平，從而改變振蕩周期T。在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要調(diào)節(jié)和。在此，引進(jìn)占空比的概念。輸出脈沖的占空比為:在本設(shè)計(jì)中，采用的是精度不高的，由集成電路555與RC組成的多諧振蕩器。其具體電路如下圖2所示；這里555振蕩電路制作秒脈沖獲得100Hz的秒脈沖信號。其電路簡單并且頻率穩(wěn)定，如圖2，輸出頻率為100Hz 圖4.2-2：振蕩器電路接通電源后，電容C3被充電，vC上升，當(dāng)vC上升到大于2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T導(dǎo)通，此時(shí)v0為低電平，電容C3通過R2和T放電，使vC下降。當(dāng)vC下降到小于1/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被置位

23、，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C3放電結(jié)束,所需的時(shí)間為 ：  當(dāng)C3放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C3充電，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時(shí)為：        當(dāng)vC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為      。 本設(shè)計(jì)中，由電路圖和f的公式可以算出，微調(diào)R10=4.3k，R11=5k左右，其輸出的頻率為f=100Hz.下圖是該振蕩頻率波形圖：圖4.2-3：振

24、蕩器輸出波形圖4.3 計(jì)數(shù)器模塊圖4.3-1：計(jì)數(shù)器電路CD4518有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CP和EN,若用時(shí)鐘上升沿觸發(fā),信號由CP輸入,此時(shí)EN端為高電平（1）,若用時(shí)鐘下降沿觸發(fā),信號由EN輸入,此時(shí)CP端為低噸平（0）,同時(shí)復(fù)位端Cr也保持低電平（0）,將數(shù)片CD4518串行級聯(lián)時(shí)，盡管每片CD4518屬并行計(jì)數(shù)，但就整體而言已變成串行計(jì)數(shù)了，將低位的Q4端接高位的EN端，高位計(jì)數(shù)器的CP端接USS，電路處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。4.4 顯示器模塊 圖4.4-1：顯示器電路 該數(shù)碼管接收到計(jì)數(shù)器的信號，并將其顯示出來。此處加了兩個(gè)1N4148二極管，控制其進(jìn)位，最大數(shù)出值為1001=9，所以該數(shù)碼管的輸出

25、為從0到9。5. 電路的總體設(shè)計(jì)與調(diào)試5.1 總體電路原理圖由第三章介紹的電路各個(gè)部分的子電路構(gòu)成的各個(gè)部分的功能，可以清楚的知道了總體的電路情況。下面圖就時(shí)本設(shè)計(jì)的總體電路：圖5.1-1：總體電路原理圖5.2 總體電路的工作原理 本課程設(shè)計(jì)要求利用多種數(shù)字邏輯芯片、555定時(shí)器和數(shù)碼管設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式計(jì)時(shí)器電路，并且計(jì)時(shí)時(shí)間為99個(gè)脈沖信號。要求555定時(shí)器產(chǎn)生100HZ的多諧波信號。對于電路的控制方面還要求電路具有計(jì)時(shí)時(shí)間到后自動(dòng)停止和開關(guān)按下后重新開始從0計(jì)時(shí)。5.2.1 555定時(shí)器原理針對要求，首先我設(shè)計(jì)了一個(gè)由LM555CM芯片組成的產(chǎn)生多諧波信號的多諧振蕩器電路。在VCC端給其一個(gè)

26、5V直流電源。接通電源后，電容C充電。充電回路是VCCR1R2 C地，當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，Vo為低電平，同時(shí)T導(dǎo)通。此時(shí)C通過R2和T放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到Vc<Vcc/3時(shí)，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(shí)間 T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時(shí)間T=R2Cln2 振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2設(shè)計(jì)要求是100Hz，通過公式已在本報(bào)告4.2小節(jié)算出振蕩頻率，并且符合設(shè)計(jì)要求。5.2.2 數(shù)顯電路與邏輯控制電路原理由振蕩電路產(chǎn)生脈沖傳給數(shù)字顯示回路中的U10A的cp1端，cp1

27、端置高電平，4518BD開始累加。但是當(dāng)開關(guān)A沒有按下時(shí)，邏輯控制電路輸出端U2B始終是高電平。只有當(dāng)開關(guān)J1按下時(shí)U2A輸出端置1，U2C輸出端也置1。U2B為與非門輸出低電平，所以4518芯片MR置0，結(jié)束清零，相當(dāng)于解除自鎖功能。4518BD開始累加，4518芯片是一種十進(jìn)制累加芯片。為了達(dá)到0-99計(jì)時(shí)，直接置U10A、B的A、D端為高電平。通過穩(wěn)壓二極管來起到99后自鎖功能。最后一個(gè)要求就是當(dāng)按下J2以后，則7端為低電平，發(fā)出脈沖到U2B,而5和6輸出低電平到與非門U2A，U2A輸出高電平到U2B，此時(shí)0和1輸入到與非門U2B ，繼而U2B輸出高電平，MR收到高電平后清零。此時(shí)如果再

28、按下J1可重新開始計(jì)時(shí)。6.課程設(shè)計(jì)感受6.1 課程設(shè)計(jì)中的收獲和體會(huì)通過本次數(shù)電：數(shù)字式定時(shí)器的設(shè)計(jì)，讓我對已學(xué)過的電路、數(shù)電、模電等電子技術(shù)的知識有了更深一步的了解，同時(shí)也對Multisim 10.0軟件有了一定的學(xué)習(xí)和了解，NI Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為 Windows 下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，NI Multisim 是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。NI Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問題。我們可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。這次課程設(shè)計(jì)鍛煉和培養(yǎng)了自己利用已學(xué)知識來分析和解決實(shí)際問題的能力，對自己以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。剛開始做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候感覺自己什么都不知道怎么下手，腦子里比較浮躁和零亂。但通過一段時(shí)間的努力，通過重溫?cái)?shù)電等電子技術(shù)的書籍，還有通過查看相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)