电子技术.docx
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电子技术
摘要
数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用,逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能.555定时器等.随着计算机科学与技术突飞猛进地发展,用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。
数字电子技术课程设计是数字电子技术学习中非常重要的一个环节,是将理论知识和实践能力相统一的一个环节,是真正锻炼学生能力的一个环节。
本课程设计是脉冲数字电路的简单应有,设计了篮球竞赛24秒计时器。
此计时器功能齐全,可以直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能,同时应用了七段数码管来显示时间。
此计时器有了启动、暂停和连续功能,可以方便的实现断点计时功能,当计时器递减到零时,会发出光电报警信号。
本设计完成的中途计时功能,实现了在许多特定场合进行时间追踪的功能,在社会生活中也具有广泛的应用价值。
此计时器的设计采用模块化结构,主要有以下3个部分组成,即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。
在设计计时器时,采用模块化设计思想,使设计起来更加简单、方便、快捷。
此电路是一时钟产生,触发,倒计时计数,译码显示为主要功能,在此结构的基础上,构造主体电路和辅助电路两个部分。
在本课程设计任务书中对篮球竞赛24秒计时器的功能以及它的原理做了较好的介绍。
同时在设计过程中得到了有关指导教师的支持和同学的帮助,在此一并致谢!
关键字:
24秒计时器;七段数码管;译码显示
目录
摘要……………………………………………………………….…..5
1计数器概述6
1.1篮球竞赛24秒计时器功能6
1.2设计任务及要求7
2电路设计原理与单元模块7
2.1设计原理7
2.2设计方案8
2.3各单元电路的设计9
3数字电路的仿真与调试15
3.1Protues仿真15
结束语16
参考文献17
1计数器概述
1.1篮球竞赛24秒计时器功能
数字电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用,在生活中有着各种各样的应用。
因此课程设计是数字电子技术学习中非常重要的一个环节,它将学生的理论知识和实践能力统一起来,为以后的工作做好准备。
在篮球比赛中,规定了球员的持球时间不能超过24秒,否则就犯规了。
本课程设计的“篮球竞赛24秒计时器”可用于篮球比赛中,用于对球员持球时间24秒限制。
一旦球员的持球时间超过了24秒,它就自动报警从而判定此球员的犯规。
本课程设计是脉冲数字电路的简单应用,设计了篮球竞赛24秒计时器。
此计时器功能齐全,有显示24秒倒计时的功能,同时系统设置外部操作开关,控制计时器的直接清零、启动、暂停、连续功能。
而在直接清零时,数码管显示器灭灯,计时器为24秒递减计时其计时间间隔为1秒,计时器递减计时到零时,数码管显示器不灭灯,同时发出光电报警信号。
1.2设计任务及要求
1.2.1基本要求
(1)显示24秒计时功能。
(2)设置外部操作开关控制计时器直接清零、启动、暂停/连续功能。
(3)在直接清零时,要求数码显示器灭灯。
(4)计时器为24秒递减计时器,其计时间隔为1秒。
(5)递减计时到零时,显示器不能灭灯,同时发出光电报警信号。
(6)秒脉冲由555多谐振荡器给出。
1.2.2设计任务及目标
(1)根据原理图分析各单元电路的功能;
(2)熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能;
(3)进行电路的装接、调试、直到电路能达到规定的设计要求;
(4)写出完整、详细的课程设计报告
1.2.3主要参考器件
555晶体定时器
74LS74双D触发器
74LS47译码器
74192双时钟十进制计数器
2电路设计原理与单元模块
2.1设计原理
24秒计时器的总体参考方案框图如图2.1所示。
它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路等五个模块组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要模块。
计数器完成24秒计时功能.而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数;译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到启动报警等功能。
图2.124秒计时器系统设计框图
秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准,但是设计对此信号要求并不太高,故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡其构成。
译码显示电路由74LS47(译码器)和共阴极七段LED显示器组成。
报警电路在试验中可用发光二极管与蜂鸣器代替。
2.2设计方案
分析设计任务,计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成24s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、译码显示电路的显示和灭灯功能。
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,数码显示器灭灯。
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,译码显示电路显示“24”字样;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。
2.3各单元电路的设计
2.3.124进制计数器的设计
本设计中计数器是由两片74192的8421BCD码递减计数器构成。
如图2.2所示。
图2.274192双时钟十进制计数器
74192是十进制同步加/减法计数器,采用8421BCD码编码,具有直接清零、异步制数的功能,且有进位
和借位
输出端。
当需要进行多级扩展连接时,只要将前级的
端接到下一级的CP+端,
端接到下一级的CP-端即可。
详见下面的功能表。
输入
输出
R
CP+CP-D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3
1XXXXXXX
00XXI0I1I2I3
01↑1XXXX
0111XXXX
0111XXXX
0000
I0I1I2I3
加计数
减计数
保持
表2.374192的功能表
由功能表可以看出,当
=1,CR=0,CPD=1时,如果时钟脉冲加到CPU端,则计数器在预置数的基础上进行加法计数,当计数到9(1001)时,
端输出进位下降沿跳变脉冲;当
=1,CR=0,CPD=1时,如果有时钟脉冲加到CPD端,则计数器在预置数的基础上进行减法计数器。
只有当低位1端发出借位脉冲,高位计数器才做减计数。
当高,低位计数器全为零时,且CPD为0时,置数端2,计数器完成并行置数,在CPD端的输入时钟脉冲作用下,计数器进入下一轮循环减计数。
2.3.2数码显示译码器的设计
在本设计中,根据设计的要求,我使用74LS48译码器来驱动共阴极数码显示管,74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和系统的显示系统中,下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。
74LS47的引脚图和功能表分别如图2.4和表2.5所示。
图2.474ls47引脚图
输入
输出
字形
数字
A3A2A1A0
BI/RBO
abcdefg
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0000001
0011111
0010010
0000110
1001100
0100100
0100000
0001111
0000000
0000100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
消隐
脉冲消隐
灯测试
X
1
0
X
0
X
XXXX
0000
XXXX
0
0
1
0000000
0000000
1111111
8
表2.574LS47的功能表
七段译码显示原理图如图2.4(a)所示,图2.4(b)给出了七段显示笔画与0~15共16个数字的对应关系
图2.6七段数码显示管的引脚图
2.3.3秒脉冲的设计
根据设计要求,本电路需要产生间隔为一秒的时间脉冲,完成正确的计数功能。
所以选择555定时器来设计此模块。
从而产生标准的秒脉冲。
1.器件特性
555定时器是一种中规模集成电路,外形为双列直插8脚结构,体积很小,使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。
一般双极性型产品型号的最后三位数都是555,CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
器件电源电压推荐为4.5~12V,最大输出电流200mA以内,并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。
引脚功能:
Vi1(TH):
高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,标志为TH。
Vi2(
):
低电平触发端,简称低触发端,标志为
。
VCO:
控制电压端。
VO:
输出端。
Dis:
放电端。
:
复位端。
555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络,产生
VCC和
VCC两个基准电压;两个电压比较器C1、C2;一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器(低电平触发);放电三极管T和输出反相缓冲器G3。
是复位端,低电平有效。
复位后,基本RS触发器的
端为1(高电平),经反相缓冲器后,输出为0(低电平)。
分析图2.2.3.1的电路:
在555定时器的VCC端和地之间加上电压,并让VCO悬空,则比较器C1的同相输入端接参考电压
VCC,比较器C2反相输入端接参考电压
VCC,为了学习方便,我们规定:
当TH端的电压>
VCC时,写为VTH=1,当TH端的电压<
VCC时,写为VTH=0。
当
端的电压>
VCC时,写为VTR=1,当
端的电压<
VCC时,写为VTR=0。
低触发:
当输入电压Vi2<
VCC且Vi1<
VCC时,VTR=0,VTH=0,比较器C2输出为低电平,C1输出为高电平,基本RS触发器的输入端
=0、
=1,使Q=1,
=0,经输出反相缓冲器后,VO=1,T截止。
这时称555定时器“低触发”;
保持:
若Vi2>
VCC且Vi1<
VCC,则VTR=1,VTH=0,
=
=1,基本RS触发器保持,VO和T状态不变,这时称555定时器“保持”。
高触发:
若Vi1>
VCC,则VTH=1,比较器C1输出为低电平,无论C2输出何种电平,基本RS触发器因
=0,使
=1,经输出反相缓冲器后,VO=0;T导通。
这时称555定时器“高触发”。
VCO为控制电压端,在VCO端加入电压,可改变两比较器C1、C2的参考电压。
正常工作时,要在VCO和地之间接0.01μF(电容量标记为103)电容。
放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。
根据555定时器的控制功能,可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路,例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。
在此次设计中,采用多谐振荡器来设计。
2.自激多谐振荡器
图2.7所示为自激多谐振荡器电路和波形图。
自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。
电路采用电阻、电容组成RC定时电路,用于设定脉冲的周期和宽度。
调节RW或电容C,可得到不同的时间常数;还可产生周期和脉宽可变的方波输出。
脉冲宽度计算公式:
Tw1=0.7(R1+R2)CTw2=0.7R2C
振荡周期计算公式:
T=0.7(R1+2R2)C≈1s
图2.7自激多谐振荡器电路和波形图
分析方法与单稳态电路相似,但电容器C的充电电阻是R1+R2,放电电阻是R2。
当VC是低电平时,555定时器低触发,VO为高电平,放电管T截止,电容器经(R1+R2)充电,当充电至VC=VTH>
VCC时,电路高触发,输出VO变为低电平,放电管T导通,电容器经R2放电,当放电至VC=VTR<
VCC时,电路又进入低触发,VO变为高电平,如此周而复始,循环不止,输出连续脉冲信号。
2.3.4时序控制电路
完成计数器的复位、启动计数、暂停/继续计数、声光报警等功能。
控制电路由IC5组成。
IC5B受计数器的控制。
IC5C、IC5D组成RS触发器,实现计数器的复位、计数和保持“24”、以及声、光报警的功能。
操作“清零”开关时,计数器清零。
闭合“启动”开关时,计数器完成置数,显示器显示24断开“启动”开关,计数器开始进行递计数。
电路图中,当开关S1合上时,=0,74LS192进行置数;当S1断开时,=1,74LS192处于计数工作状态。
开关S2是时钟脉冲信号CP的控制电路。
当定时时间未到时,74LS192的借位输出信号2=1,则CP信号受“暂停/连续”开关S2的控制,当S2处于“暂停”位置时,门G3输出为0,门G2关闭,封锁CP信号,计数器暂停计数;当S2处于连续位置时,门G3输出1,门G2打开,放行CP信号,计数器在CP作用下,继续累计计数。
当定时时间到时,2=0,门G2关闭,封锁CP信号,计数器保持零状态不变。
(1)K1:
启动按钮。
K1按下后处于断开位置时,计数器从“24”递减计数到“00”同时控制电路发出声、光报警信号,计数器保持“00”状态不变,处于等待状态。
当K1再次闭合时,计数器开始计数。
(2)K2:
手动复位按钮。
当按下K2时,不管计数器工作于什么状态,计数器立即复位到预置数值,即“00”。
(3)K3:
消隐按钮。
按下K3时计数器断电并消除所有计数。
(4)K4:
暂停按钮。
当“暂停/连续”开关处于“暂停”时,计数器暂停计数,显示器保持不变,当此开关处于“连续”开关,计数器继续累计计数。
控制电路开关如图所示:
图2.8控制电路开关图
3数字电路的仿真与调试
3.1Protues仿真
首先在Protues中选好元器件,然后连好线,检查线路是否存在错误,如无,则进入了调试的正式阶段,启动调试,观察系统运行的状况是否良好,然后观察现系统的效果是否达到预期的要求,如无,则停止仿真,分析电路中存在的缺陷与错误,改正后再次启动调试,然后再次观察仿真效果是否达到预期的效果,如此循环下去,直到得到满意的仿真效果。
到此调试仿真过程结束。
以下是本设计的系统仿真结果图:
图3.1系统仿真结果图
结束语
此次电子线路课程设计让我获益匪浅,使我尝到了将所学的知识用于实践的喜悦和成就感。
此课程设计所设计制作的篮球竞赛24秒计时器是一个实用性设计。
此次设计的成不仅为所学的专业课程打下了坚实的基础,提高了我们对分析与解决问题的能力,也在研究与电子爱好追求上做了一个很好的起步。
在这个设计中,我学到了学习理论时学不到的东西,不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识,这样实践与理论相结合就可以更快而有效地掌握知识。
本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西,那就是如何从理论到实践的转化,怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。
在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识,而我们应把所学的用到我们现实的生活中去,此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础,我会在以后的学习、生活中磨练自己,使自己适应于以后的竞争,同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识,在和同学协作过程中增进同学间的友谊,使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的理解。
最后,感谢老师对我的细心的指导,正是由于老师的细心的辅导和他提供给我们的参考资料,使得我的课程设计能够顺利的完成,同时在课程设计过程中,我们巩固和学习了我们的电子技术知识。
相信这对我以后的课程设计和毕业设计将会有很大的帮助!
参考文献
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[5]朱余钊.电子材料与元件[M].西安电子科技大学出版社,2002.
[6]杨志忠.数字电子技术[M].高等教育出版社,2000.