数电课程设计考试天数倒计时1.docx
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数电课程设计考试天数倒计时1
课程设计名称:
电子技术课程设计
题目:
考试天数倒计时器
学期:
2013-2014学年第2学期
专业:
电力系统及其自动化
班级:
电力12-2
姓名:
凌筱
学号:
1205030210
指导教师:
闫孝姮
辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
评
定
标
准
评定指标
标准
评定
合格
不合格
单元电路及
整体设计方案
合理性
正确性
创新性
仿真或实践
是否进行仿真
或实践
技术指标或性能符合设计要求
有完成结果
设计报告
格式正确
内容充实
语言流畅
标准说明:
以上三大项指标中,每大项中有两小项或三小项合格,视为总成绩合格。
总成绩
日期
年月日
课程设计任务书
一、设计题目
考试天数倒计时器的设计
二、设计任务
显示两位数倒计时,如99到1
1.当到9时喇叭自动响0时结束
2.用LED数码管显示结果
3.可以实现预置数功能
三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天:
针对选题查资料,确定设计方案;
第2天:
方案分析比较,电路原理设计,进行元器件及参数选择;
选用芯片参考:
减法器、74160A、74LS48、LED数码管。
第3~4天:
利用Multisim或PROTUES电路仿真,画电路原理图;
第5天:
编写整理设计报告。
四、设计要求
1.画出整体电路图。
(Protel或AltiumDesigner或Multisim,推荐AItiumDesigner)。
2.对所设计的电路全部或部分进行仿真,使之达到设计任务要求。
3.写出设计报告书。
指导教师:
闫孝姮
时间:
2014年6月24日
1.2设计方案.......................................................................................................3
2.1脉冲发生电路...............................................................................................4
2.1.1555定时器............................................................................................4
2.1.2用555定时器构成多谐振荡器...........................................................4
2.2计数器电路..................................................................................................6
2.3译码显示电路................................................................................................7
2.4控制电路.......................................................................................................9
2.4.1报警电路...............................................................................................9
2.4.2置数、暂停、清零、控制电路..........................................................10
3总体电路仿真...................................................................................................12
4设计小结...........................................................................................................13
参考文献...............................................................................................................14
摘要
倒计时器在日常生活中应用比较广泛,比如篮球比赛是用的30秒倒计时,还有交通灯使用的60秒倒计时等等,但是这些倒计时器仅用在特定的场合,通用性比较差。
为此,本文通过简单的数字逻辑电路器件,搭建成了可以实现预置数功能的倒计时器。
本倒计时器主要有六个模块构成:
脉冲发生器、计数器、译码显示电路、置数电路、控制电路和报警电路;本倒计时器主要采用555构成的振荡电路,由74LS190、74LS48和七段共阴LED数码管构成计数译码显示电路,由74LS147,74LS04构成的置数控制电路。
本计时器具有启动计数、暂停/连续计数,清零以及置入任意两位数作为计数起点,在最后十秒发出声光报警等功能。
本倒计时器比较好的解决了目前倒计时器通用性差的问题。
关键词:
任意置数倒计时;译码显示;控制;声光报警
1电路原理图设计
1.1设计原理
我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲,即输出周期为1秒的方波脉冲,将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段(a,b,c,d,e,f,g)输出,显示十进制数,在74LS192的四个输入端接74LS147的输出,在74LS147的输入用拨码开关输入,然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零,启动和暂停/连续、译码显示电路的显示,置入任意两位数作为计数起点,以及声光报警等功能。
1.2设计方案
经过初步的设计,可以确定该系统应包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、置数电路,控制电路和报警电路等6个部分构成。
其中,计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成倒计时功能,而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路完成显示功能。
为了满足系统的设计要求,在设计控制电路时,应正确处理各个信号之间的时序关系。
在操作直接清零开关时,要求计数器清零,数码显示器显示零。
当启动开关闭合时,控制电路应封锁时钟信号CP,同时计数器完成置数功能,当启动开关断开时,计数器开始计数;当暂停、连续开关拨在暂停位置上时,计数器停止计数,处于保持状态;当暂停、连续开关拨在连续时,计数器继续递减计数。
当倒计时到9时,数码管显示09,报警电路发出声光报警,给予提示。
系统设计框图如图1-1所示。
图1-1系统设计框图
在此,提出两种方案,主要是置数电路,和计数器,方案一:
置数电路可以直接用开关输入计数器高低电平,表示二进制数,如图1-2:
计数器采用74LS190级联成100进制减法计数器。
方案二:
采用拨码开关,和74LS147优先编码器,进行置数,将74LS147输出,经反相器取反,输入计数器,如图1-2:
计数器采用74LS192级联成100进制减法计数器。
方案一,置数开关能置入0到15的十进制数,但是仅需要置入0到9即可,还有开关有机械抖动,可能会使置数不稳。
74LS190作为计数器实现直接置零不是很方便,需要占用置数功能。
方案二可以很好的弥补方案一的缺陷,所以选择方案二;
图1-2设计方案图
2各分电路功能分析
2.1脉冲发生电路
2.1.1555定时器
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。
图2-1是NE555的内部功能原理框图和内部管脚图
图2-1555管脚图
2.1.2用555定时器构成多谐振荡器
用555定时器构成多谐振荡器电路如图2-3(a)所示。
电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。
如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图2-3(b)所示。
图2-3555构成的振荡电路及即波形
输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:
tW1=0.7(R1+R2)C
tW2=0.7R2C
T=tW1+tW2=0.7(R1+2R2)C
根据要求,该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生1Hz的脉冲,因此我们可以令R1=48k
,R2=48k
,C=10uF,得到周期T=1s,即按照图2-4连接的电路就可以产生1Hz的方波脉冲。
图2-4555定时器构成的多谐振荡电路
2.2计数器电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件,它不仅可以用来对脉冲进行计数,还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。
本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。
图2-5是74LS192的管脚图。
图2-574LS192管脚图
74LS192具有下述功能:
异步清零:
MR=1,Q3Q2Q1Q0=0000。
(此功能可实现计数器的清零)
②异步置数:
MR=0,
=0,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。
③保持:
MR=0,
=1,CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数:
CR=0,
=1,CPU=CP,CPD=1,Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
⑤减计数:
CR=0,
=1,CPU=1,CPD=CP,Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
按照课程设计任务书要求计数器。
我们将用两片74LS192级联成100进制减法计数器如图2-6
图2-674LS192连接图
2.3译码显示电路
本次设计中我们用发光二极管(LED)组成字型来来显示数字。
这种数码管的每个线段都是一个发光二极管,因此也称LED数码管或LED七段显示器。
因为计算机输出的是BCD码,要想在数码管上显示十进制数,就必须先把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。
我们把能够将计算机输出的BCD码换成7段字型代码,并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。
图2-7是74LS48的外部管脚图
图2-774LS48管脚图
七段显示译码器输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。
该集成显示译码器设有多个辅助控制端,以增强器件的功能。
它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下:
灭灯输入BI/RBO
BI/RBO是特殊控制端,有时作为输入,有时作为输出。
当BI/RBO作输入使用且BI=0时,无论其它输入端是什么电平,所有各段输入a~g均为0,所以字形熄灭。
试灯输入LT
当LT=0时,BI/RBO是输出端,且RBO=1,此时无论其它输入端是什么状态,所有各段输出a~g均为1,显示字形8。
该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。
动态灭零输入RBI
当LT=1,RBI=0且输入代码DCBA=0000时,各段输出a~g均为低电平,与BCD码相应的字形0熄灭,故称“灭零”。
利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端,且RBO=0。
动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时,受控于LT和RBI。
当LT=1且RBI=0,输入代码DCBA=0000时,RBO=0;若LT=0或者LT=1且RBI=1,则RBO=1。
该端主要用于显示多位数字时,多个译码器之间的连接。
对输入代码0000,译码条件是:
LT和RBI同时等于1,而对其它输入代码则仅要求LT=1,这时候,译码器各段a~g输出的电平是由输入BCD码决定的,并且满足显示字形的要求。
2.4控制电路
2.4.1报警电路
任务要求在计时器倒计时到9秒时发出声光警报,因次我们可以将192的输出端按照图2-9连接,当192的高位到低位输出0000xxxx时(即倒计时到9秒时)可发出报警。
图2-9报警电路
2.4.2置数、暂停、清零、控制电路
本倒计时器,采用74LS147优先编码器,和拨码开关来完成置数功能。
当置数开关闭合,拨动拨码开关将使对应的数置入计数器,并在数码管上显示出来。
74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。
某个输入端为0,代表输入某一个十进制数。
当9个输入端全为1时,代表输入的是十进制数0。
4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。
74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效,即当某一个输入端低电平0时,4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421BCD编码。
当9个输入全为1时,4个输入出也全为1,代表输入十进制数0的8421BCD编码输出。
图2-1174LS147引脚图
置数电路当置数开关打到低电平时,此时拨动拨码开关,想要计时的数置入计数器。
暂停/连续当暂停/开启开关打到低电平时计时器暂停,当开关打到高电平时计时器正常计时。
清零当开关接高电平时,电路清零,显示清零。
电路连接如图2-12
图2-12控制电路
3总体电路仿真
本倒计时器由5个模块组成:
时钟模块(即秒脉冲发生模块)、计数模块、译码显示模块、控制模块和报警电路。
总体仿真电路如下图3-1。
打开仿真软件Multisim11按要求在Multisim11里连接好如图所示的电路点击仿真按钮,进行仿真,在脉冲发生电路仿真中我们可以用示波器来观察产生的脉冲是否为1Hz。
最后的仿真结果是:
计时器可以从任意置入的一个两位数开始倒计时,并在计时显示09时,蜂鸣器鸣响,发光二极管点亮。
按下暂停/启动开关,可以暂停启动计数,按下清零,时计数清零,按下置数开关,
并拨动拨码开关,可以实现置数功能。
图2-1总体仿真电路图
4设计小结
通过这次课程设计,我初步学会了EDA软件multisim的使用,掌握74LS192和74LS48芯片的原理,对书本上的知识,也有了更进一步的理解与掌握。
更重要的是:
这次课程设计提升了我的应用意识,提高了我的动手能力。
只有在实践应用中,切身感悟书本里的思想,解决自身需要,才能真正吸收优秀的思想为自己所用。
通过课设了解简单倒计时的组成原理,初步掌握了两位倒计时器的调试及测试方法,提高动手能力和排除故障的能力。
同时通过本课题设计与装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立数字电子技术理论和实践的结合,了解两位倒计时器各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算两位倒计时器各个单元电路。
参考文献
[1]阎石;清华大学电子学教研组.数字电子技术基础[M].第五版.北京:
高等教育出版社,2006.
[2]董玉冰.Multisim9在电工电子技术中的应用[M].第一版.北京:
清华大学出版社,2008.
[3]王冠华.Multisim10电路设计及应用[M].第一版.北京:
国防工业出版社,2008.
[4]范文兵.数字电子技术基础[M].第一版.北京:
清华大学出版社,2007.
[5]杨志忠.数字电子技术[M].第二版.北京:
高等教育出版社2007