在Uc下降至1/3Vcc以后,比较器C2输出低电平(为0),使触发器置1,输出U0由0变为1。
同时三极管截止,于是电容C再次被充电。
如此不断重复上述过程,多谐振荡器的输出端就可以得到矩形波,其工作波形如图5所示。
图5工作波形图
调整脉冲频率:
调节电位器,使在输3获得频率为100Hz的矩形波信号,当基本RS触发器Q=1时,门5开启,此时100Hz脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器的计数输入端上。
振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。
第一个暂稳态时间tw1为电容C的电压Uc从1/3Vcc充电2/3Vcc至2/3Vcc所需时间tw1≈0.7(R1+R2)C第二个暂稳态时间tw2为电容C的电压从2/3Ucc放电至1/3Ucc所需时间tw2≈0.7R2C,设计时使周期为0.01s。
4.2显示器
本设计采用共阴极数码显示,是由7个发光二极管构成特定的“8”字的形状,如下图所示
图6显示器原理图
如上图所示,a~g分别表示“8”的7条边,h表示小数点,3.8为共阴极接地(一端接地即可),本次设计用的是LG5011AH,对应的管脚和二极管简单列举如下:
管脚
7
6
4
2
1
9
10
二极管
a
b
c
d
e
f
g
表1管脚和发光二极管对应表
注:
1.小数位本次设计未涉及,未列出;
2.3.8为共阴极接地,即GND;
4.3译码器
本设计采用74LS48进行译码,译码的作用在于将7段输入的数码管改为4段输入的数码管,这样做才可与74LS90的4段输出在数码管上显现出来,达到“译码”的目的
74LS48的引脚图如下:
图774LS48引脚图
由于本次设计只需显示出0~9数字,根据74LS48的功能表(见附表),则连线方法如下表:
显示器
7a
6b
4c
2d
1e
9f
10g
译码器
13
12
11
10
9
15
14
表2对应管脚连线表
注:
1.Vcc接+5V电源,GND接地;
2.本设计实验中LT,RBI,BI/RBO均接高电平(+5V);
3.D,C,B,A按顺序为从高位到低位,为4输入端
4.4计数器
本设计使用74LS90进行计数,74LS90计数器是一种中规模二-五-十进制加法计数器,它既可以作二进制加法计数器,又可作五进制和十进制加法计数其引脚图如下:
图874LS90引脚图
通过不同的连接方式,74LS90可以实现四种不同的逻辑功能,而且还可借助R0
(1),R0
(2)对计数器清零,借助S0
(1),S0
(2)将计数器置9,其具体功能详述如下(功能表见附表):
1)计数脉冲从CP1输入,QA作为输出端,为二进制计数器
2)计数脉冲从CP2输入,QDQCQB作为输出端,为异步五进制加法计数器
3)若将CP2和QA相连,计数脉冲由CP1输入,QDQCQBQA作为输出端,则构成异步8421码10进制加法计数器
4)若将CP2和QA相连,计数脉冲由CP1输入,QDQCQBQA作为输出端,则构成异步5421码10进制加法计数器
5)清零功能:
当R0
(1),R0
(2)均为“1”,S0
(1),S0
(2)中有“0”时,实现异步清零功能,即QDQCQBQA=0000
6)置9功能:
当S0
(1),S0
(2)均为“1”,R0
(1),R0
(2)中有“0”时,实现置9功能,即QDQCQBQA=1001
本次设计将用到上述功能的3),5)功能,对应的连线方法如下表:
译码器
D6
C2
B1
A7
计数器
11QD
8QC
9QB
12QA
表3对应管脚连线表
注:
1.Vcc接+5V电源,GND接地;
2.本设计中NC悬空;:
3.按3)功能连线,构成10进制;
4.5控制电路
·暂停/连续控制开关
最简单的方法是直接在脉冲信号接入端接上单刀开关,根据暂停/连续原理可知开关闭合时为连入脉冲,此时计数开始;断开开关时为停止脉冲,此时暂停计数;本设计采用一个与门和脉冲连接,目的是防止抖动。
·清零/启动控制开关
由74LS90的上述功能可知,当R0
(1),R0
(2)均为“1”,S0
(1),S0
(2)中有“0”时,实现异步清零功能,因此,需要有开关控制R0
(1),R0
(2)为1。
若在99.99的情形下,只需要一个单刀双掷开关,不需要门电路;若在59.99的的情形下,最高位的6进制存在着一个强制清零的连线,需要对QCQB的输出进行下列变换:
数字
QC
QB
与门
或门
启动(右)
清零(左)
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
2
0
1
0
0
1
0
1
3
0
1
0
0
1
0
1
4
1
0
0
0
1
0
1
5
1
0
0
0
1
0
1
表46进制控制电路变换
注:
1.本变换表对应59.99设计完整电路图,参照图示进行逻辑门变换;
2.与门指的是QCQB的与逻辑关系结果;
3.启动(右)指的是开关向右拨,即和或门连接的为低电平(0);
4.清零(左)指的是开关向左拨,即和或门连接的为高电平
(1);
5改进意见
通过一周的设计和制作,电路的设计仿真圆满的完成了设计目标中提到的几种要求并且有较低的误差,但仍然有一些缺憾,主要问题是显示不稳定,经过分析我认为主要原因有:
连线的松紧程度和电路板的灵敏度和这有很大的关系,各级芯片以及门电路有一定的延迟时间,有些部分还可能存在竞争冒险。
在实验的后期我们抓紧时间搭电路,尽管时间有限,我们对电路板又不够很熟悉,但是最终还是实现了预期的效果。
由于一周的课程设计时间短暂,设计方案不见得是最优的,但在以后的学习中,相信我们可以为这此的设计进行更多的仿真和实际性的连线,提出更多更优的方案,并且有效的连线出来。
6心得体会
这次的课设中我用到了数字电子技术基础等课程学到的知识,自己自学了proteus65仿真软件,从而可以更有效完成任务。
但是在实际中遇到的种种问题还是让我明白自身知识的不足,很多方面需要进一步加强。
在整个课程设计期间我开始注意到很多以前没注意到的地方,本次学习让我受益匪浅,同时也给我了很大的信心,认可自己的能力,相信自己是有实力的。
再通过同学的帮助,不断理解原理知识和提高实际经验,使得我们的课程设计顺利完成。
这次设计中遇到了很多实际性的问题,在实际设计中才发现,书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的差距,因此有些问题不但要深入理解,而且要不断地更正以前的错误思维。
一切问题必须要靠自己来慢慢的的解决,而在解决的过程当中你会发现自己在迅速的提升。
这种感觉在理论上已经掌握,但运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑,必须经过一番努力才可得以解决。
这激发了我今后努力学习的兴趣,我想这将对我以后的学习产生积极的影响
。
这次课设让我懂得了学习的重要性,了解到理论知识与实践相结合的重要意义,这为自己今后的学习和工作做出了好榜样。
我觉得作为一名自动化专业的学生,这次课程设计是很有意义的,必须把自己平时所学的东西应用到实际中,理论和实际紧紧相连。
虽然自己过去对于这门课懂的并不多,很多基础的东西都还没有很好的掌握,觉得很枯燥,但是靠着这一个多礼拜的学习强化,在同组同学的帮助下,渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣,我自己开始主动学习并将逐步从基础慢慢开始弄懂它。
我认为这个收获应该说是最大的。
总体来说,这次的课设让我发现电子设计是有很大科学性和严谨性的。
不同芯片的使用,不同的接线方法,不同的变量,不同的实现思路,环环相扣的严谨性,稍有差错就可能出现重大失误。
这次课程设计使我对各种电路又有了全新的了解,我同时也学会了使用常用仿真软件,在平时的理论学习中遇到的问题都将被顺利解决,
8器件列表
1.LG5011AH显示器4个;
2.74LS48译码器4个;
3.74LS90计数器4个;
4.74LS08与门芯片2个;
5.74LS32或门芯片1个;
6.555定时器1个;
7.单刀单掷开关1个;
8.单刀双掷开关1个;
9.实验电路板1个;
10.电容10uf,0.1uf各1个;
11.电阻5K1个;
12.导线若干;
9参考文献
[1]吴友宇,伍时和《数字电子技术基础》清华大学出版社2007
[2]祁存荣《电子技术基础实验(数字部分)》武汉理工大学教材中心2008
[3]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社2006
附表
图1074LS48功能表图
注:
由于本次实验数码管只显示0~9数字,因此只需看功能表中0~9要求达到的条件,其中RBI为任意输入(×),为方便起见,令其恒为高电平
(1)。
图1174LS90功能表图
图1299.99设计完整电路图
图13基于显示器和译码器连成的数码管仿真
注:
本仿真仅是实现了99.99的循环计数,着重在于显示器和译码器的连接,其余的功能上述已经完成,在此不再重复作图。
8参考文献
8.1《数字电路》P99-P103,P134-P136,P187-P189,P229-P231,P242-P243,范文兵主编。
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