數(shù)電課程設(shè)計-盲人報時鐘設(shè)計報告

PAGEPAGE1盲人報時鐘課程設(shè)計論文1.目的1）理解盲人報時鐘電路的基本原理2）了解時鐘電路的基本知識3）熟練掌握555定時器和蜂鳴器4）了解數(shù)碼管顯示的工作過程5）掌握CMOS門電路的用途6）進(jìn)一步掌握74LS160、74LS192的工作原理2.設(shè)計指標(biāo)1）具有時分秒計時功能，周期為12小時，顯示滿刻度為11時59分59秒2）具有手動校時、校分功能3）設(shè)有報時、報分開關(guān)4）按報時開關(guān)時，能以聲響數(shù)目告訴盲人5）按報分開關(guān)時，同樣以聲響數(shù)目告訴盲人，但每響一下代表十分鐘6）所記錄的時分秒信息要求用數(shù)碼管顯示出來3.原理框圖時間時間模塊控制模塊聲響模塊揚(yáng)聲器掃描電路數(shù)碼管3.1工作過程1）用撥碼開關(guān)不同的組合分別控制調(diào)時、調(diào)分、正常計時三種不同的狀態(tài)。2）在調(diào)時、調(diào)分的過程中，計數(shù)器間的CP脈沖被屏蔽掉，由單步脈沖代替CP輸入；相反正常計時的時候，單步脈沖被屏蔽掉。報時電路中，用減法計數(shù)器就可以實現(xiàn)報時的功能。3）按報時開關(guān)時，通過揚(yáng)聲器用聲響次數(shù)告訴盲人時間，每響一次代表一小時；按報分開關(guān)時，也通過揚(yáng)聲器用聲響次數(shù)告訴盲人時間，每響一次代表十分鐘。3.2各模塊功能控制模塊：利用晶體振蕩電路控制脈沖信號，以保證時鐘走時的準(zhǔn)確及穩(wěn)定聲響模塊，揚(yáng)聲器：利用脈沖信號控制聲響次數(shù)告訴盲人時間時間模塊：利用脈沖信號控制計數(shù)器實現(xiàn)時分秒的調(diào)試，開始報時后將信號送給掃描電路掃描電路，數(shù)碼管：掃描電路接受信號，與計數(shù)器同步工作，連接數(shù)碼管顯示時間。4．元器件清單元器件名稱使用數(shù)量1電阻52電容23四位二進(jìn)制超前進(jìn)位全加器74LS28314七段顯示譯碼器74LS4865二進(jìn)制加法計數(shù)器74LS16066十進(jìn)制加法計數(shù)器74LS19227與門電路28與非門電路59七段顯示數(shù)碼管610或門電路211非門電路412555定時器113蜂鳴器214開關(guān)45．工作進(jìn)程計數(shù)器由74LS160構(gòu)成秒分的六十進(jìn)制計數(shù)器的十位和個位，74LS160的CLK直接接脈沖發(fā)生器，QA~QD接74LS48譯碼器用來顯示二進(jìn)制自然序列，利用這個芯片的預(yù)置數(shù)功能構(gòu)成12,60,60進(jìn)制的時分秒計數(shù)器；校時電路是由兩個與非門構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，將1Hz的“計數(shù)器的進(jìn)位信號”送至“計數(shù)器的CP端”，電路設(shè)有四個開關(guān)分別進(jìn)行校時、校分；報時電路由74LS192的減法功能、74LS283和蜂鳴器直接接收秒脈沖組成，通過改變不同的頻率報告不同的時間；譯碼顯示電路由譯碼器74LS48連接共陰極LED數(shù)碼管構(gòu)成，顯示計數(shù)器輸出的四位二進(jìn)制數(shù)。6.功能模塊6.1秒脈沖發(fā)生器6.1.1多諧振蕩器的構(gòu)成多諧振蕩器采用集成電路555定時器與RC組成6.1.2多諧振蕩器電路原理多諧振蕩器采用集成電路555定時器與RC組成，設(shè)產(chǎn)生振蕩頻率為f0=1000HZ，R3為可調(diào)電位器，微調(diào)R3可調(diào)出1000HZ的脈沖信號，如圖1圖1555定時器構(gòu)成多諧振蕩器6.2計數(shù)器6.2.1由74LS160構(gòu)成秒、分的六十進(jìn)制計數(shù)器的十位和個位報時鐘的“秒”、“分”信號產(chǎn)生電路都是由六十進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成，“時”信號產(chǎn)生電路為十二進(jìn)制計數(shù)器。它們都可以用兩個“四位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器”來實現(xiàn)。利用74LS160芯片的預(yù)置數(shù)功能，也可以構(gòu)成不同進(jìn)制的計數(shù)器，如圖2、表1實現(xiàn)。圖274LS160管腳排列圖管腳圖介紹：時鐘CLK和四個數(shù)據(jù)輸入端A,B,C,D；數(shù)據(jù)輸出端QA~QD清零~CLR

使能ENP，ENT

置數(shù)~LOAD以及進(jìn)位輸出RCO.(RCO=Q0·Q1·Q2·Q3·ENT)

<74LS160功能表>從74LS160功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CLR=“0”，計數(shù)器輸出QD、QC、QB、QA立即為全“0”，這個時候為異步復(fù)位功能。當(dāng)CLR=“1”且LOAD=“0”時，在CLK信號上升沿作用后，74LS161輸出端QD、QC、QB、QA的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端A，B，C，D的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CLR=LOAD=ENP=ENT=“1”、CLK脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS160還有一個進(jìn)位輸出端RCO，其邏輯關(guān)系是RCO=Q0·Q1·Q2·Q3·ENT。合理應(yīng)用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS160可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。表174LS160功能表輸入輸出CLRCLKLOADENPENTDCBAQDQCQBQA0ФФФФФФФФ00001↑0ФФdcbadcba1↑10ФФФФФQDQCQBQA1↑1Ф0ФФФФQDQCQBQA1↑111ФФФФ狀態(tài)碼加16.2.2秒與分個位計數(shù)器74LS160被接成十進(jìn)制計數(shù)器，其置數(shù)輸入端A,B,C,D被接成低電平，~LOAD接高電平,ENP,ENT接CLK端控制進(jìn)位。計數(shù)器的輸出端QA~QD接譯碼電路74LS48的輸入端D~A。當(dāng)秒脈沖輸入時，電路狀態(tài)按二進(jìn)制自然序列依次遞增1，QA,QB,QC,QD輸出為0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,當(dāng)輸出為1010，也就是10時，QA,QC輸出都為1，經(jīng)過一個與門后一路經(jīng)反相后送入或非門的一個輸入端，輸出送往計數(shù)器的清零端CLR使秒計數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入秒十位計數(shù)器的脈沖輸入端。6.2.3秒與分十位計數(shù)器74LS160被接成六進(jìn)制計數(shù)器，接法與秒個位計數(shù)器相同，秒個位計數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入秒十位計數(shù)器的脈沖輸入端，使其二進(jìn)制自然序列依次遞增1，QA,QB,QC,QD端輸出為0000,0001,0010,0011,0100,0101，當(dāng)輸出為0110也就是6時，QB,QC輸出為1，QA,QD輸出為0，QB,QC經(jīng)過一個與非門后一路先送往秒十位計數(shù)器的清零端，然后取反接或非門的另一個輸入端后送入秒個位計數(shù)器的清零端，將整個秒計數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入分個位計數(shù)器的脈沖輸入端。分計數(shù)器的連接方法與秒計數(shù)器的相同，分計數(shù)器向時計數(shù)器送進(jìn)位脈沖。秒、分的六十進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成如圖3所示。圖3秒，分六十進(jìn)制計數(shù)器6.2.4由74LS160構(gòu)成十二進(jìn)制計數(shù)器十二進(jìn)制計數(shù)器由兩個74LS160構(gòu)成，個位是十進(jìn)制，要求狀態(tài)變化在0000~1001間循環(huán)，十位是二進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000~0010間循環(huán)，顯示為0~12小時。原理是由分計數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入十個位計數(shù)器，電路在分進(jìn)位脈沖的作用下按二進(jìn)制自然序列遞增1，當(dāng)計數(shù)到12，這時小時個位輸出0010（也就是2），小時十位輸出0001（也就是1），小時十位計數(shù)器只有QC端有輸出，小時個位計數(shù)器只有QB端由輸出，將QB,QC端接入二輸入與非門，與非門輸出一路先送入十位計數(shù)器的清零端然后取反送入或非門的另一個輸入端，輸出接小時個位計數(shù)器的清零端，其每十小時清零并向小時十位計數(shù)器送進(jìn)位脈沖，當(dāng)十位輸出為一，小時個位輸出為二時，將整個電路清零，另一路取反后作為星期進(jìn)位脈沖送入星期顯示電路的脈沖輸入端，完成12小時的顯示及向星期電路送星期進(jìn)位脈沖的功能。兩個74LS160構(gòu)成小時的十二進(jìn)制計數(shù)器框圖，如圖4所示圖4小時十二進(jìn)制計數(shù)器6.3校時電路當(dāng)時鐘顯示不準(zhǔn)確時，需要校準(zhǔn)時間，校準(zhǔn)時間的方法有很多，常有的有“快速校時法”。由與非門構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以將1Hz的“計數(shù)進(jìn)位信號”送至“計數(shù)器的CP端”，其工作過程為：當(dāng)接通校時開關(guān)時，與非門輸出一個低電平和一個高電平?！坝嫈?shù)器進(jìn)位信號”通過“校時CP端”送至“計數(shù)器的CP端”，是“計數(shù)器”在“秒”信號的控制下“快速”計數(shù)，當(dāng)校時電路打到A時，秒計數(shù)器經(jīng)過與非門，發(fā)出一個分計數(shù)脈沖，進(jìn)行一次計數(shù)。當(dāng)校時電路打到B的分計時器CP時，開始進(jìn)行校時，以達(dá)到準(zhǔn)確的時間。當(dāng)校時電路打到C時，開始進(jìn)行準(zhǔn)確的校時，當(dāng)校時電路打到D時，時計數(shù)器可以接收到由分計數(shù)器發(fā)出的脈沖信號。但本設(shè)計要求有手動校時，因此要分別設(shè)定校分，校時開關(guān)，并用基本的RS觸發(fā)器設(shè)定相應(yīng)的消抖電路，如圖5所示。圖5基本RS觸發(fā)器6.4報時電路報時電路要求為人按動報時、報分電路開關(guān)時分別用不同的聲響報告時間。當(dāng)按報時開關(guān)時，能以聲響次數(shù)告訴盲人；當(dāng)按報分開關(guān)時，同樣以聲響次數(shù)告訴盲人，不同為每響一次代表十分鐘。由于設(shè)計的報時報分具有實時性，所以器件方面選用74LS192的減法功能直接連接產(chǎn)生的脈沖，用以驅(qū)動蜂鳴器，74LS192的邏輯引腳圖如圖6，表2所示圖674LS192管腳排列圖74LS192為同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，管腳圖介紹：UP為加計數(shù)端DOWN為減計數(shù)端~LOAD為置數(shù)端~CO為非同步進(jìn)位輸出端~BO為非同步借位輸出端A~D為四個數(shù)據(jù)輸入端QA~QD為四個數(shù)據(jù)輸出端CLR為清零端表274LS192功能表CLR~LOADUPDOWN功能HXXX置0LLXX置1LHHH保持LH上升沿觸發(fā)H加法計數(shù)LHH上升沿觸發(fā)減法計數(shù)H：高電平L：低電平X：高低電平皆可報分，報時電路如圖7，圖8所示。圖7報分電路報時電路由74LS192連接74LS283組成，74LS283引腳如圖9所示。圖974LS283引腳圖74LS283為4位二進(jìn)制超前進(jìn)位全加器，283可進(jìn)行兩個4位二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算，每位有和輸出Σ1~Σ4，進(jìn)位由第四位得到C4。其電源電壓為7v。引出端符號

A1–A4運(yùn)算輸入端

B1–B4運(yùn)算輸入端

C0進(jìn)位輸入端

Σ1–Σ4和輸出端

C4進(jìn)位輸出端

外接端口圖8報時電路6.5譯碼顯示電路電路由譯碼器集成電路74LS48，共陰極LED數(shù)碼管構(gòu)成。計數(shù)器74LS161及74LS192輸出的為四位二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼輸出端控制LED管顯示十進(jìn)制數(shù)0~9。譯碼顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼。七段顯示數(shù)碼管的外部引線排列如圖9，圖10，表3所示。圖9共陰極七段顯示數(shù)碼管圖1074LS48引腳圖表374LS48功能表7．總布局接線圖總電路圖如圖11所示圖11總電路圖8．總結(jié)在本次課程設(shè)計中，一方面使我充分了解了數(shù)字電子在實際中的應(yīng)用，各元器件的工作原理及過程，讓我認(rèn)識到自己對實踐環(huán)節(jié)知識的缺乏，鍛煉了我的實踐能力，同時我也深深的感到自己還不能將所學(xué)的東西完全理解掌握，在動手方面的能力還有待提高；另一方面我接觸到了Multisim仿真軟件，它的仿真過程很強(qiáng)大，這也更好的培養(yǎng)了我關(guān)