電工電子設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書摘要21、設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)32、方案的比較及認(rèn)證32.1方案一：32.2方案二：52.3方案之間的比較：53系統(tǒng)框圖，原理說明74硬件原理，完整電路圖，采用器件的功能說明75電路仿真146調(diào)試記錄及結(jié)果分析167對成果的評價(jià)及改進(jìn)方法178總結(jié)188.1設(shè)計(jì)電路圖188.2進(jìn)行仿真188.3進(jìn)行實(shí)物連接198.4體會199參考文獻(xiàn)2110附錄21摘要 在這次設(shè)計(jì)籃球倒計(jì)時(shí)時(shí)，用了74LS192做主要芯片，并用了555做了多偕振蕩電路產(chǎn)生的方波信號做時(shí)鐘，來完成24秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)用外部開關(guān)時(shí)會使電路產(chǎn)生抖動現(xiàn)象，倒計(jì)時(shí)的數(shù)字發(fā)生抖動，故用了RS觸發(fā)器來防止電路

2、抖動，來保證計(jì)時(shí)的精確性，該計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)了外部開關(guān)，LED顯示，非常實(shí)用，此計(jì)時(shí)器也可作為其他球類比賽的計(jì)時(shí)器，用途廣泛。關(guān)鍵詞：減計(jì)數(shù) 多諧振蕩器電路 防抖動 籃球24秒倒計(jì)器1、設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)（1）具備顯示24秒記時(shí)功能（2）計(jì)時(shí)器為遞減工作，間隔為1S（3）遞減到0時(shí)發(fā)聲光報(bào)警信號（4）設(shè)置外部開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的清0，啟動及暫停2、方案的比較及認(rèn)證2.1方案一： 方案一電路圖原理：此電路用555作為方波信號源，用借位端BO2及控制暫停啟動的開關(guān)和555的輸出即1HZ的脈沖來共同控制最右邊（輸出為個(gè)位）的74LS192的CPD1端，開始時(shí)先對電路清零(開關(guān)J2)，之后進(jìn)行置數(shù)為24（即開關(guān)

3、J3），當(dāng)CPD1為上跳沿是數(shù)字開始從24遞減，若此時(shí)把暫停啟動開關(guān)（即J3的右邊為暫停）按下，此時(shí)暫停計(jì)數(shù)，之后再把開關(guān)撥回（即J3的右邊）由于有RS觸發(fā)器作用不會發(fā)生數(shù)字抖動的現(xiàn)象，使七段數(shù)碼管的數(shù)字顯示還是依次遞減，不會使數(shù)字發(fā)生抖動，顯示趨于穩(wěn)定，當(dāng)個(gè)位減為0時(shí)，發(fā)生借位，右邊的借位端由0變?yōu)?（即上跳時(shí)），又因?yàn)橛疫叺腂O1和左邊的CPD2相連，所以CPD2遇上跳沿，數(shù)字由2遞減為1，以此類推，直到數(shù)字變?yōu)?0是，由于BO2端發(fā)生借位，輸出為0，后經(jīng)過非門，輸出高電平，報(bào)警燈亮，又因BO2又與74LS10（三輸入與非門）相連，在經(jīng)過74LS04（非門），所以CPD1一直為0，沒有上跳

4、沿，數(shù)字不變，一直保持00不變。2.2方案二：方案二原理圖說明：此電路用信號發(fā)生器來產(chǎn)生1HZ的方波信號，相對于方案一來說此信號非常精確，和方案一相同，此電路也是用借位端BO2及控制暫停啟動的開關(guān)和555的輸出即1HZ的脈沖來共同控制最右邊（輸出為個(gè)位）的74LS192的CPD1端，開始時(shí)先對電路清零(開關(guān)J2)，之后進(jìn)行置數(shù)為24（即開關(guān)J3），當(dāng)CPD1為上跳沿是數(shù)字開始從24遞減，但是此電路并沒有安裝RS觸發(fā)器，若此時(shí)把暫停啟動開關(guān)（即J3的右邊為暫停）按下，此時(shí)暫停計(jì)數(shù)，之后再把開關(guān)撥回會產(chǎn)生非常大的抖動現(xiàn)象，極大的影響的計(jì)數(shù)的精確性，之后和方案一原理相同，直到數(shù)字變?yōu)?0是，由于BO

5、2端發(fā)生借位，輸出為0，后經(jīng)過非門，輸出高電平，報(bào)警燈亮，又因BO2又與74LS10（三輸入與非門）相連，在經(jīng)過74LS04（非門），所以CPD1一直為0，沒有上跳沿，數(shù)字不變，一直保持00不變。2.3方案之間的比較：方案一用555多諧振蕩器電路做CP，而方案二則用信號發(fā)生器做CP，相比較而言方案二的精確度較高，但是有悖于原件簡單，成本低的基本準(zhǔn)則，555產(chǎn)生的方波精確度差，但是容易實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)有階段我們應(yīng)以可行性為主;方案一中用了RS觸發(fā)器來防止因機(jī)械開關(guān)而引起的抖動，比方案二要好的多，使24秒計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確度提高，因?yàn)樵诜抡鏁r(shí)并不容易發(fā)現(xiàn)此問題，而在實(shí)際操作過程中抖動明顯，所以應(yīng)該用方案一來做最

6、終方案。3系統(tǒng)框圖，原理說明報(bào)警電路 控制電路555多諧振蕩電路外部操作信號譯碼/顯示電路24t計(jì)數(shù)器圖1 系統(tǒng)框圖24秒減法計(jì)數(shù)器的工作原理：外部操作信號即開控制連續(xù)暫停的開關(guān)對控制電路進(jìn)行控制，控制電路包括555多諧振蕩電路和24秒技術(shù)器的的CPD，他們共同控制數(shù)字的暫停及繼續(xù)，之后經(jīng)過譯碼顯示電路完成24秒的顯示，當(dāng)顯示為00時(shí)則報(bào)警電路響應(yīng)，報(bào)警燈亮。（說明：在做仿真時(shí)七段數(shù)碼管中包括了譯碼電路，所以沒加74LS48。）4硬件原理，完整電路圖，采用器件的功能說明1.555多諧振蕩電路 555定時(shí)器由R和C組成充放電電路，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，也不需要外加觸發(fā)信號，利用電源VCC

7、通過R1和R2向電容C充電，使UC逐漸升高，升到三分之二VCC時(shí)，UO跳變到低電平，放電端導(dǎo)通，這時(shí)，電容器C通過電阻R2和D端放電，使UC下降，降到三分之一VCC時(shí)，UO跳變到高電平，D端截止，電源VCC又通過R1和R2向電容C充電。如此循環(huán)，振蕩不停，電容器C在三分之一VCC和三分之二VCC之間充電 圖2 555多諧振蕩器2.74LS192 圖3 74LS192引腳74LS192的邏輯功能表如下： 圖4 74LS192功能表 74LS192中，D、C、B、A依次是并行輸入端的從高到低位，QA、QB、QC、QD依次是并行輸出端的從高到低位，從功能表中可以看出當(dāng)MR=1時(shí)對電路進(jìn)行清零，然后M

8、R=0,PD=0時(shí)對電路進(jìn)行置數(shù)（即24），先對電路進(jìn)行當(dāng)PD=1時(shí)，MR=0，CPD=1時(shí)，如果有時(shí)鐘脈沖加到CPU端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到9（1001），CO端輸出進(jìn)位上跳沿；當(dāng)LD=1，CR=0，CPU=1時(shí)，如果有時(shí)鐘脈沖加到CPD端，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到0（0000）時(shí)，BO端輸出借位上跳沿。3.7段LED顯示器 序列號名稱型號備注序列號名稱型號備注1G174LS049R110K1/8 W2G274LS1010R210K1/8 W3G374LS0011R310K1/8 W4G474LS0012R410K1/8 W5N574LS192

9、13R51001/8 W6N674LS19214S1開關(guān)7LEDD1紅色15S2開關(guān)855516S3開關(guān)單刀雙擲 圖5 七段數(shù)碼管功能表4.非門74LS04 圖6 非門引腳圖5.三輸入與非74LS10 圖7 74LS10引腳圖對三個(gè)輸入先求與在求非6電阻（10千歐和20千歐各兩個(gè)）限制電流，以及完成電路的充放電7開關(guān)（單刀單擲和單刀雙擲開關(guān)） 置數(shù)，清零及完成連續(xù)暫停的功能8電容 完成充放電以及抗干擾9.RS觸發(fā)器RS觸發(fā)器功能表：SRQ00不定01置110清011保持 圖8 RS觸發(fā)器功能表 圖9 RS觸發(fā)器內(nèi)部電路S =0， R=l，可得出Q=l， Q非=0。當(dāng)按壓按鍵時(shí)，S=l，R=0，

10、可得出 Q=0，Q非=1，改變了輸出信號Q的狀態(tài)。若由于機(jī)械開關(guān)的接觸抖動，則R的狀態(tài)會在0和1之間變化多次，若 R=l，由于A=0，因此G2門仍然是“有低出高”，不會影響輸出的狀態(tài)。同理，當(dāng)松開按鍵時(shí)， S端出現(xiàn)的接觸抖動亦不會影響輸出的狀態(tài)。因此，圖1所示的電路，開關(guān)每按壓一次，A點(diǎn)的輸出信號僅發(fā)生一次變化。說明：（以下在實(shí)驗(yàn)室用到，仿真中顯示管包括譯碼器）9.譯碼器74LS48 圖10 譯碼器74LS48引腳圖 圖11 譯碼器74LS48功能表完成譯碼，接七段數(shù)碼管10.七段數(shù)碼管 圖12 七段數(shù)碼管引腳圖 圖13 七段數(shù)碼管內(nèi)部電路 5電路仿真5.1計(jì)時(shí)預(yù)備階段：5.2計(jì)時(shí)階段：5.3

11、報(bào)警階段：6調(diào)試記錄及結(jié)果分析第一步，檢查導(dǎo)線，檢查面包板，在檢查面包板時(shí)發(fā)現(xiàn)非常多短路的地方，想肯定是我們的測量方法發(fā)生錯(cuò)誤，后來把插上去的芯片取下來后知道，是因?yàn)樾酒膬?nèi)部問題使面包板不該導(dǎo)通的地方導(dǎo)通。第二步，接555，使電路產(chǎn)生1HZ的方波信號，在接此電路是曾把555的引腳弄錯(cuò)，以至于每次在檢測時(shí)（用發(fā)光二極管檢測是不是不停閃爍，并且時(shí)間大約1S）只能亮一下，后來第三步，接74LS192,在接此電路是導(dǎo)線很多，連得電路管腳多，是連接任務(wù)變得復(fù)雜，容易連錯(cuò)。第四步，安開關(guān)，發(fā)光二極管，與非門、非門等器件第四步，接74LS48譯碼器第五步，把譯碼器與七段數(shù)碼管連接，因?yàn)橘I來的器件在百度上并

12、不能查到對應(yīng)的引腳圖，所以要自己測出首先找到兩個(gè)陰極，之后把陰極接地，用電源串電阻（雖七段管內(nèi)部有電阻，但是接5V電源產(chǎn)生的電流還是很大，為保險(xiǎn)起見，還是接了一個(gè)電阻）依次用電源觸碰各個(gè)引腳測出a、b、c、d、e、f、g和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。第六步，接通電源，發(fā)現(xiàn)清零是并不能顯示出00，并且它以亂碼的形式跳動，逐個(gè)先查發(fā)現(xiàn)之譯碼器接錯(cuò)，之后對置數(shù)功能進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)置數(shù)功能不能實(shí)現(xiàn)，開始檢查192的A、B、C、D對應(yīng)的0或1是不是接錯(cuò)，發(fā)現(xiàn)并沒有出錯(cuò)，而是有一根地線連錯(cuò)了位置，之后便可以置數(shù)，并從24跳到0，并且在跳到0是報(bào)警燈亮。第七步，檢查暫停連續(xù)的功能，在檢查時(shí)因?yàn)闆]接RS觸發(fā)器的緣故（器件有限）

13、所以在再次撥到連續(xù)時(shí)出現(xiàn)抖動。結(jié)果分析：籃球24秒計(jì)時(shí)器的清零、置數(shù)、連續(xù)暫停都能正常工作，用555多偕多諧振蕩的方波也在1HZ左右，但在連續(xù)暫停時(shí)發(fā)生抖動，應(yīng)該裝上防抖電路，并且在接線時(shí)導(dǎo)線很容易出現(xiàn)接觸不良的情況，導(dǎo)致七段數(shù)碼管不能正常顯示數(shù)字。7對成果的評價(jià)及改進(jìn)方法經(jīng)過多次的重新接線，以及對每個(gè)模塊的檢查和對面包板的檢查我們設(shè)計(jì)出了籃球24秒倒計(jì)時(shí)，并且分工合作，當(dāng)看見數(shù)字從24遞減時(shí)非常激動但是美中不足的是：1.我們并沒有RS觸發(fā)器，其電路在暫停后又繼續(xù)是出現(xiàn)抖動，應(yīng)把其接上。2.面包板和導(dǎo)線的接觸很不穩(wěn)定，應(yīng)防止多次移動。3.數(shù)碼管能承受的電壓很小，電壓一但過大就容易被燒壞，所以最

14、好多串電阻，或者保持電壓一直小于5V。4.連接電路是管腳和導(dǎo)線都很多，很容易接錯(cuò)，以后應(yīng)用學(xué)會挑選顏色，比如接電源的用紅線，接地的用黑線，以示區(qū)別，方便出錯(cuò)時(shí)的檢查。8總結(jié)8.1設(shè)計(jì)電路圖因?yàn)榇穗娐穲D要求具備顯示24秒記時(shí)功能，計(jì)時(shí)器為遞減工作，間隔為1S，遞減到0時(shí)發(fā)聲光報(bào)警信號，設(shè)置外部開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的清0，啟動及暫停，此電路用555作為方波信號源，并且要有控制電路對CPD進(jìn)行控制，用借位端BO2及控制暫停啟動的開關(guān)和555的輸出即1HZ的脈沖來共同控制CPD1，用兩個(gè)開關(guān)分別用于清零和置數(shù)，當(dāng)CPD1為上跳沿是數(shù)字開始從24遞減，若此時(shí)把暫停啟動開關(guān)按下，此時(shí)暫停計(jì)數(shù)，之后再把開關(guān)撥回

15、以實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)數(shù)，由于RS觸發(fā)器有防抖功能，所以在控制暫停連續(xù)的開關(guān)上加上RS觸發(fā)器，當(dāng)個(gè)位減為0時(shí)，發(fā)生借位，右邊的借位端由0變?yōu)?（即上跳時(shí)），所以右邊的BO1和左邊的CPD2相連， CPD2遇上跳沿，數(shù)字由2遞減為1，以此類推，直到數(shù)字變?yōu)?0是，由于BO2端發(fā)生借位，輸出為0，后經(jīng)過非門，輸出高電平，報(bào)警燈亮，又因BO2又與74LS10（三輸入與非門）相連，在經(jīng)過74LS04（非門），所以CPD1一直為0，即完成設(shè)計(jì)。8.2進(jìn)行仿真在仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)并不會發(fā)生1秒中數(shù)字出現(xiàn)依次遞減的情況，檢查555是否接錯(cuò)，用信號發(fā)生器代替555可以進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，說明問題出在555那里，之后進(jìn)行檢查，改正了錯(cuò)

16、誤，電路可以正常工作，8.3進(jìn)行實(shí)物連接在進(jìn)行實(shí)物連接時(shí)，連接了好幾遍電路，但是出錯(cuò)的原因很多比如電線短路，面包板短路，線路錯(cuò)誤等，為方便實(shí)驗(yàn)，我們組去了實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路的連接及檢測，大家在這里分工合作，體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)精神首先我們檢查導(dǎo)線，檢查面包板，接555，使電路產(chǎn)生1HZ的方波信號，在接此電路是曾把555的引腳弄錯(cuò)，以至于每次在檢測時(shí)只能閃一下，重接電路后又把檢測用的發(fā)光二極管極性搞混，改正錯(cuò)誤可產(chǎn)生1HZ方波。接74LS192,在接此電路是導(dǎo)線很多，連得電路管腳多，是連接任務(wù)變得復(fù)雜，容易連錯(cuò)。接74LS48譯碼器，接著把譯碼器與七段數(shù)碼管連接，因?yàn)橘I來的器件在百度上并不能查到對應(yīng)的引腳圖，

17、所以要自己測出首先找到兩個(gè)陰極，之后把陰極接地，用電源串電阻（雖七段管內(nèi)部有電阻，但是接5V電源產(chǎn)生的電流還是很大，為保險(xiǎn)起見，還是接了一個(gè)電阻）依次用電源觸碰各個(gè)引腳測出a、b、c、d、e、f、g和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。接通電源，發(fā)現(xiàn)清零是并不能顯示出00，并且它以亂碼的形式跳動，逐個(gè)先查發(fā)現(xiàn)之譯碼器接錯(cuò)，之后對置數(shù)功能進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)置數(shù)功能不能實(shí)現(xiàn)，開始檢查192的A、B、C、D對應(yīng)的0或1是不是接錯(cuò)，發(fā)現(xiàn)并沒有出錯(cuò)，而是有一根地線連錯(cuò)了位置，之后便可以置數(shù)，并從24跳到0，并且在跳到0是報(bào)警燈亮。檢查暫停連續(xù)的功能，在檢查時(shí)因?yàn)闆]接RS觸發(fā)器的緣故（器件有限）所以在再次撥到連續(xù)時(shí)出現(xiàn)抖動。（因?yàn)榉?/p>

18、真時(shí)并沒有抖動現(xiàn)象產(chǎn)生，所以仿真和實(shí)際有很大差別）。8.4體會首先，非常感謝老師給我們機(jī)會來鍛煉自己的動手和自學(xué)的能力，把他們運(yùn)用于實(shí)踐，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了我的實(shí)際操作能力。在本次的課程設(shè)計(jì)中通過自己分析、設(shè)計(jì)等，也掌握了一些軟件的操作方法，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊，使設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實(shí)際問題的轉(zhuǎn)變。再次通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)精神，并且在設(shè)計(jì)中，我在一次鞏固了數(shù)電模電等課程的知識，體會到自己動手并且對成功的期盼和享受成功的喜悅，通過寫課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告，初步訓(xùn)練我的書面表達(dá)能力、組織邏輯能力和總結(jié)能力，這些技能應(yīng)用性強(qiáng)，對我的將來就業(yè)和進(jìn)一步發(fā)展幫助較大并且我也深深地體會到自己所學(xué)知