數(shù)電課設(shè)之可預置時間的顯示系統(tǒng)的設(shè)計

1、目錄1 設(shè)計任務(wù)描述21.1 設(shè)計題目：21.2 設(shè)計要求22 設(shè)計思路23 設(shè)計方框圖34 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算44.1 秒信號產(chǎn)生電路44.2 分頻電路64.3 計數(shù)器電路84.4 譯碼顯示電路94.5 預警電路105 工作過程分析116 元器件清單12小 結(jié)14致 謝15參考文獻16附 錄 A1 邏輯電路圖17附 錄 A2 印刷電路板圖181 設(shè)計任務(wù)描述1.1 設(shè)計題目：可預置時間的顯示報警系統(tǒng)的設(shè)計1.2 設(shè)計要求1.2.1 設(shè)計目的(1) 掌握可任意預置時間的顯示報警系統(tǒng)的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；(2) 熟悉集成電路的使用方法。1.2.2 基本要求(1)某電臺22時30分停止播音

2、（發(fā)光二極管代替），第二早6時30分開機準備播音，要求早晨無人時自動啟動機組播音（揚聲器代替）；(2)晶體振蕩電路及分頻電路。1.2.3 發(fā)揮部分(1)星期顯示電路；(2)上、下班時刻鬧鈴。2 設(shè)計思路可預置時間的顯示報警系統(tǒng)是由脈沖發(fā)生器、分頻電路、計數(shù)電路、比較電路、譯碼電路、顯示電路等幾部分構(gòu)成的。脈沖發(fā)生器可以產(chǎn)生一個高頻信號，高頻信號出來之后要進行處理，通過分頻器、計數(shù)器、譯碼器，最后可以在數(shù)碼管上顯示出來，旁邊可以加若干個控制回路以實現(xiàn)報警和發(fā)光二級管的閃爍以及定時等附加功能。本預警系統(tǒng)的脈沖發(fā)生器可以由多諧振蕩器構(gòu)成，其產(chǎn)生的頻率由電阻R1、R2和電容C決定；而分頻電路的多少和接

3、線由多諧振蕩器產(chǎn)生的頻率決定，頻率越大，使用十進制計數(shù)器即分頻器的個數(shù)也就越多；經(jīng)過分頻器后會產(chǎn)生一個所需頻率1KH的脈沖作為計數(shù)器的輸入端；計數(shù)器選用的是74LS160D芯片，總共用七個芯片實現(xiàn)2個六十進制、1個二十四進制和1個七進制的計數(shù)器分別構(gòu)成時間顯示系統(tǒng)的秒、分、時及其星期的計數(shù)功能。有了所需要進制的計數(shù)器之后，信號就傳遞給譯碼器，再經(jīng)過譯碼器后就可以直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)字了，其中數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩大類，而常用的數(shù)碼管為4腳、7腳、8腳、這是由譯碼器的輸出端決定的?？紤]到電路的簡化，該系統(tǒng)選用的是譯碼器和數(shù)碼管合二為一的4腳數(shù)碼管。到此為止，基本的時間顯示電路就連接完了，接下

4、來就是報警電路的構(gòu)成。本系統(tǒng)的預警電路是由555定時器構(gòu)成的蜂鳴器電路和多諧振蕩器構(gòu)成的發(fā)光二級管電路組成，通過與門和與非門連接在555定時器的清零端。通過接線模擬鬧鐘、蜂鳴器和發(fā)光二級管的預警系統(tǒng)也基本完成。完整的可預置時間的顯示報警系統(tǒng)的全部功能得以實現(xiàn)。3 設(shè)計方框圖數(shù)碼管鬧鐘4路譯碼器預警電路時信號計數(shù)器星期信號計數(shù)器分信號計數(shù)器秒信號計數(shù)器分頻器555多諧振蕩器4 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算4.1 秒信號產(chǎn)生電路4.1.1 多諧振蕩器的原理圖圖4.1 555多諧振蕩器的邏輯電路4.1.2 多諧振蕩器產(chǎn)生的波形4.1.2.1 多諧振蕩器的輸入輸出波形圖4.2 555多諧振蕩器的輸入輸出波

5、形該波形為多諧振蕩器的輸入Ui（THR、TRI端）和輸出Uo波形（OUT端）。4.1.2.2 多諧振蕩器的輸出頻率用頻率計測得多諧振蕩器的輸出頻率為1KH，其圖如下：圖4.3 555多諧振蕩器的輸出頻率4.1.3 參數(shù)計算多諧振蕩器由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端DC放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在2/3Vcc和1/3Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。在設(shè)計時，取R1=72K,R2=7.2M。令其產(chǎn)生脈沖的頻率為1000HZ，多諧振蕩周

6、期公式為： 求得C的表達式為： 把R1=72K,R2=7.2M代入得： 最后求得C=98.7PF，與實際用得的電容誤差較小，效果較為明顯4.2 分頻電路4.2.1 分頻器的原理圖 圖4.4 555多諧振蕩器的邏輯電路該分頻器電路采用3個74LS160D組成，實際采用3個計數(shù)器當做分頻器，74LS160D的進位端為下一級的輸入信號，當多諧振蕩器的輸出端產(chǎn)生1KZ的信號，經(jīng)過三次分頻后就會產(chǎn)生一個1HZ的秒信號；三個分頻器的無效段ENP、ENT、LOAD、CLR端都接+5V高電平。4.2.2 分頻器的波形4.2.2.1 一次分頻波形圖4.5 一次分頻的輸入輸出波形4.2.2.1 二次分頻波形圖4.

7、6 二次分頻的輸入輸出波形4.2.2.1 三次分頻波形圖4.7 三次分頻的輸入輸出波形4.3 計數(shù)器電路4.3.1 計數(shù)器的原理圖圖4.8 計數(shù)器電路4.3.2 計數(shù)器的波形4.3.2.1 秒信號Qa端波形圖4.9 秒信號波形4.3.2.1 分信號Qa端波形圖4.10 分信號波形4.3.2.1 時信號Qa端波形圖4.11 時信號波形秒、分、時波形是由示波器兩輸入端分別接2個60進制、1個24進制的Qa端而測到的。這部分同樣采用了74160這個芯片，要用7個74160做成兩個60進制的分頻時鐘輸入產(chǎn)生電路、一個24進制的時計數(shù)器和一個7進制的時計數(shù)器。74160本身是一個10進制的計數(shù)器，要組成

8、一個60進制的秒計數(shù)器，就需要把秒計數(shù)器的十位74160做成6進制計數(shù)器。其他的情況類似，如圖4.8所示。4.4 譯碼顯示電路4.4.1 譯碼顯示電路的原理圖圖4.12 LED星期、時、分、秒顯示電路常用LED顯示管有4腳、7腳和8腳，此系統(tǒng)采用4腳顯示管，4腳顯示管具有內(nèi)部集成譯碼器的優(yōu)點，這樣就可以簡化很多連線，從而使電路變得簡單。4.4.2 譯碼顯示電路的波形圖4.13 LED譯碼器4.5 預警電路4.5.1 預警電路的原理圖4.5.1.1 蜂鳴器的原理圖圖4.13 蜂鳴器電路4.5.1.2 發(fā)光二級管的原理圖圖4.14 發(fā)光二極管電路 發(fā)光二極管電路和蜂鳴器電路的工作原理是：當RST端

9、給一個高信號脈沖時，發(fā)光二級管和蜂鳴器就會發(fā)光和產(chǎn)生蜂鳴器的聲音。當6:30和22：30時間一到，需要分別引過來一個高信號脈沖，這樣與預訂時間相同時就會觸發(fā)發(fā)光二極管和蜂鳴器。第一，考慮到六點半的二進制數(shù)為：0000 0110 0011 0000 0000 0000 ，這樣與七點半的二進制數(shù)類似：0000 0111 0011 0000 0000 0000 ，如果不加任何處理的話，六點半蜂鳴器響過之后，蜂鳴器七點半還會發(fā)出聲音。為了解決這個問題該系統(tǒng)采用在時信號的個位末端引出一個非門把該時刻的信號屏蔽掉；這樣蜂鳴器在六點半到六點四十會一直發(fā)出聲音，如果想要減少蜂鳴的時間，就要在增加條件以限制聲音

10、的時間段。本系統(tǒng)采用秒的進位和分個位的進位來屏蔽06:31至06:40這9分鐘的時間。第二，當用信號發(fā)生器模擬輸出頻率時，要考慮頻率的輸出范圍，如果頻率輸出過大，也會導致蜂鳴器不工作，頻率的數(shù)量級應(yīng)在KH上下一個單位波動。5 工作過程分析可預置時間的顯示報警系統(tǒng)的是由多諧振蕩高頻信號脈沖發(fā)生器、分頻電路、計數(shù)電路、譯碼電路和顯示電路組成。該系統(tǒng)主要由秒信號發(fā)生系統(tǒng)、數(shù)字鐘系統(tǒng)和報警系統(tǒng)三部分組成。但是多諧振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分頻電路即計數(shù)器，經(jīng)過分頻電路三個74160會產(chǎn)生1Hz信號。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進行計數(shù)的計數(shù)電路 。555定時器組成的多諧振蕩器電

11、路構(gòu)成數(shù)字鐘脈沖觸發(fā)。從多諧振蕩器提供的方波信號通過分頻器電路，將高頻信號經(jīng)分頻后得到1HZ方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。鎖。7個74LS160組成2個60進制計數(shù)器、一個24進制計數(shù)器和一個七進制計數(shù)器。當1HZ秒信號加入到秒計數(shù)器后就進入到了譯碼管中，通過譯碼管再輸出給數(shù)碼管。數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管,本系統(tǒng)使用的是4腳LED數(shù)碼管。當計數(shù)器與門電路預置的時間一致時，門電路就會輸出高電平給報警系統(tǒng)，報警系統(tǒng)根據(jù)判斷會做出響應(yīng)，發(fā)出蜂鳴器的聲音或者把發(fā)光二級管置亮。而報警系統(tǒng)由555定時系統(tǒng)組成。 6 元器件清單表6-1序號元件型號元件說明元件數(shù)量1TTL,

12、NAND與非門32TTL,AND與門33POWER電壓源14DCD_HEX_DIG_BLUE數(shù)碼管85GROUND接地16555_VIRTUAL555定時器47RESISTOR電阻48CAPACITOR電容29TTL,OR或門10TTL,NOT非門11VOLTMETER_H電壓表1原始清單：圖6.1 英文元器件清單小 結(jié)為期一周的課程設(shè)計終于在緊張的節(jié)奏中接近尾聲，一周的時間不是很長，但是時間確實無比的珍貴，連續(xù)四天熬到凌晨一點，還有一次熬到凌晨2點半都感覺不夠用，特別是在期末考試的前一周，更是感覺時光如流水一般。然而在這一周的設(shè)計中我對數(shù)字電子的了解又加深了一層，我在這次的課程設(shè)計中獲益匪淺

13、，它不僅僅是忙碌的結(jié)晶，更是知識發(fā)揮的結(jié)晶，這讓我們在這短短的一周內(nèi)學到了更多的有關(guān)于設(shè)計的知識，是對數(shù)字電子這門課程的升華和系統(tǒng)、綜合學習。本次實習是我來大學到目前為止最緊張同時也是收獲最大的一次課程設(shè)計。設(shè)計是一名大學生應(yīng)該做到的要求，而這次課設(shè)恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學的知識進行了檢驗?？梢赃@樣說，本次實習有艱辛的時刻，也有興奮的時候?！捌D辛“的是我們的實訓沒有特定教室的，并且需要自己準備一些硬件設(shè)備和軟件知識，在考試周前一周，對我們無論身體還是知識還是心理上都是一次考驗；“興奮“的是經(jīng)過自己的努

14、力，課程設(shè)計的任務(wù)已經(jīng)完成。對可預置時間的顯示預警系統(tǒng)的設(shè)計，讓我充分了解到了數(shù)字時鐘的計時原理，多諧振蕩器原理和如何預置和實現(xiàn)報警系統(tǒng)的原理。加深了對數(shù)字電子所學知識的了解和認識、以及提高了對知識駕馭能力，通過可預置時間的顯示報警系統(tǒng)的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。以及各種電路之間的怎樣聯(lián)系起來的，對數(shù)字電路達到了一個從大體的感性認識到理性認識的質(zhì)變。其次，培養(yǎng)了嚴謹?shù)膶W風，善于查閱大量的資料的同時，擴展了視野。同時系統(tǒng)的學習了MULTISIM此次課程設(shè)計一共繪制邏輯接線圖和PCB圖，看著各種器件的連接和密布的線，自己逐漸對數(shù)字電路這門課產(chǎn)生了濃厚的學習

15、興趣，大大的提高了實際動手操作能力，為今后的學習道路奠定了雄厚的基礎(chǔ)。最后，在認真完成課程設(shè)計的過程當中，形成了一種對科學嚴謹求知的態(tài)度，這為我以后無論繼續(xù)升學還是就業(yè)都產(chǎn)生巨大積極地影響。致 謝本次數(shù)電課程設(shè)計能夠如此順利的完成得益于很多人，在這里首先要感謝的是這次設(shè)計的指導老師曲延華老師，一直耐心的對我們錯漏百出的電路圖進行細心的指導、修正，及其細心地解答我們在設(shè)計過程中遇到的各種疑難問題。這能夠使我們能更好的了解電子設(shè)計的實際操作流程，讓我們少走了許多不必要得到彎路，可以稱得上一次“真槍實彈”的實習。在我做課程設(shè)計期間，曲老師嚴謹求實的治學精神、一絲不茍的治學態(tài)度、高尚的品格和淵博的學識，深深的感染了電自101班和電自102班的全體同學。設(shè)計的每次改動與進步都離不開老師的悉心指導，雖然天氣很熱，但是我看到老師那種服務(wù)于每位同學并予以細心教導的態(tài)度與精神，就在心底里真誠的佩服與敬仰。其次要感謝的是和我一起奮斗過的組員們，如果沒有你們的并肩作戰(zhàn)，我也不能如此輕松順利的完成這次數(shù)電的課程設(shè)計，許多難解的問題都是在我們共同努力下才明白的，所以我要感謝你們。然后我還要感謝我們美麗的沈陽工程學院，給我們創(chuàng)造了如此優(yōu)越的