數(shù)碼管記憶叮咚門鈴

1、 課程設計報告 設計題目：數(shù)碼顯示記憶“叮咚”門鈴 指導教師： 小組成員： 姓名學號： 上交日期： 自我評定：優(yōu)摘要：當今社會的電子產品更新?lián)Q代十分之快，越人性化的產品越有市場。如今人們生活節(jié)奏加快，出差、旅游已經成為生活的常態(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，組合構成一個可顯示記憶門鈴。關鍵詞：74LS160,74LS48,555定時器目錄前言41.總體設計方案51.1 設計內容51.2 設計方案51.2.1 總設計電路原理51.2.2 總

2、設計電路流程圖52.單元模塊設計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、焊接及調試184.1 元件列表184.2 組裝、焊接和調試過程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，技術也加快了進步的步伐，越來越

3、多的電子產品走進人們的日常生活，電子門鈴的就是一個很好的例子。這次的課程設計，我們設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?shù)淖枞菰梢詷嫵蓡畏€(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成多諧振蕩器組成。這是一次理論與實踐的完美結合。本次課程設計是我們首次的專業(yè)的設計實踐，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)作配合也

4、更加默契，豐富了的專業(yè)知識，提高了動手能力。 1.總體設計方案1.1 設計內容 設計一個數(shù)字顯示記憶門鈴電路。設置一個按鈕，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。門鈴“叮咚”聲的聲音頻率和聲音持續(xù)時間可調。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)動作導致誤計數(shù)。1.2 設計方案1.2.1 總設計電路原理 當按下開關時，一方面電源經開關觸點、二極管VD2 對電容C5快速充電使555 的腳變?yōu)楦唠娖浇獬辶悖?/p>

5、另一方面電阻R6被按下開關短路，振蕩器振蕩，揚聲器BUZZER發(fā)出“叮”的聲音。當松開開關后后，一方面C5兩端電壓經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。另一方面開關按下的信號由555 的2 腳進入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 腳輸出進入74LS160 同步置數(shù)，最后經過74LS48 七段數(shù)碼管驅動器輸出在共陰極七段數(shù)碼管顯示數(shù)值。1.2.2 總設計電路流程圖蜂鳴器叮咚門鈴電路門鈴按鈕復位開關譯碼顯示計數(shù)器延時電路2.單元模塊設計2.1 器

6、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 這種同步可預置十進計數(shù)器是由四個D 型觸發(fā)器和若干個門電路構成，內部有超前進位，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，使得當計數(shù)使能輸入和內部門發(fā)出指令時輸出變化彼此協(xié)調一致而實現(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，即輸出可預置到任何電平。當預置是同步時，在置數(shù)輸入上將建立一低電平

7、，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。超前進位電路無須另加門，即可級聯(lián)出n位同步應用的計數(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)進位輸出。因而被使能的動態(tài)進位輸出將產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。 電路有全獨立的

8、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，用以驅動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，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是

9、特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當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LT1，RBI0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為低 電平，與BCD碼相應的字形熄滅，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)滅零輸

10、出RBO  BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當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 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”，該端不用時應

12、接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只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導通截止置1清零2、555定時器構成觸發(fā)器（1）、 555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 上圖為由555定時器和外接定時元件R、C構成的單穩(wěn)態(tài)觸

13、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，內部放電開關管T導通，輸出端Vo輸出低電平，當有一個外部負脈沖觸發(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Vc充電到2/3VCC時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關管T重新導通，電容C上的電荷很快經放電開關管放電，暫態(tài)結束，恢復穩(wěn)定，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準備。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秒

14、和幾十分鐘之間變化。當這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅動小型繼電器，并可采用復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，經過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉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，當上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉為低電平。是低電平，T導通，C放電，放電回路為CR2T地，按指

15、數(shù)規(guī)律下降，當下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產生振蕩，經分析可得 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，當哪個發(fā)光二極管的陰極為低電平時對應的那個發(fā)光二極管就導通發(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端

16、，哪一個陽極為高電平時對應的那個二極管就發(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”門鈴設計的具體思路是利用555定時器的4端（復位端）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生“叮咚”聲。具體過程如下： 1、當按下開關時，一方面電源經過開關觸點，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被按下的開關短路，振蕩器振蕩，其振蕩頻率為： f1=1/0.7（R

17、9+2R7）C3 則蜂鳴器發(fā)出“?！钡穆曇?。 2、當松開開關后，一方面C5兩端電壓經過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。2.2.2 延時電路（1）延時電路仿真圖 （2）工作原理 555電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 輸入端2一直處于低電平輸入狀態(tài)，當開關被按下，獲得瞬時高電平，輸出端3由高變?yōu)榈?，進入暫穩(wěn)態(tài)。經過tw時間

18、后，恢復到穩(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內無論開關被按下多少次，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)達到9后，使得高位在下一脈沖到來時進1，同時低位復位為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驅動器和共陰極數(shù)字顯示器構成。

19、可顯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，設計有現(xiàn)實中20秒的延時在仿真中難以看出效果，所以調整了部分電阻，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，產生多諧振蕩。開關斷開和連接時波形存在寬窄和速率差別。4、組裝、焊接及調試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2NE55

20、52二級管1N41482其他面包板、杜邦線、電路板、導線等4.2 組裝、焊接和調試過程 首先我們按照仿真圖進行了面包板的插接延時電路、門鈴電路、技術和顯示電路分開組裝，每插接好一部分便進行功能的測試，當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)其內部有相隔甚遠的短路，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，反復測試，雖然

21、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。第一次調試，電路不能發(fā)聲，隨后我們通過信號發(fā)生器反復測試，確定是頻率未達到讓此蜂鳴器發(fā)聲的大小，故改變電路的參數(shù)，反復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，在電路板上進行了焊接調試，但是各部分組裝后其數(shù)字的顯示依舊是混亂的。反復思索，想到了所給信號的雜波可能會讓數(shù)顯部分產生誤判，所以在開關部分加了濾波電路，再次調試后得到了我們要實現(xiàn)的最終效果。 4.4 完成情況 經過幾天的奮戰(zhàn)，最終得到了預期的效果，按下按鈕時發(fā)出較高的頻率“?！甭?，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