数显声响倒计时电路设计报告分解.docx

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数显声响倒计时电路设计报告分解

电子技术综合课程设计

课程：

电子技术综合课程设计

题目：

数显声响倒时器

所属院（系）专业班级

姓名学号：

指导老师

完成地点

2012年10月5日

前 言3

1.1整体设计思路4

1.2整体设计方案论证4

方案一4

方案二：

4

2、各部分电路及其原理5

2.1电源设计5

2.2信号源5

2.3减法计数器7

2.4显示电路8

2.5开机复位电路8

2.6报警电路9

3、系统安装与调试94、总结与体会9

附录1总体电路图11

附录2元器件清单11

附录3参考文献11

前言

电子技术综合课程设计是对模拟电子技术基础和数字电子技术基础以及电路分析基础的综合应用，是考察我们对这三门基础课程的综合了解情况，同时也是对我们动手实践环节的一个检验，要求我们对电路的设计、基本电路的搭建、调试以及对元器件的性能有足够的认识，这样才能够完成电子制作的基本要求。

电子综合课程设计是对同学们的以下几个方面的培养和锻炼：

第一，培养学生团结协作的精神，众人拾柴火焰高，只有大家团结起来，集思广益，再大的困难都会迎刃而解；第二，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。

学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第三，培养勤于思考的习惯，作为电子专业的学生，我们必须要善于思考，勤于总结，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣，激发同学们在这方面的潜能。

本课程设计介绍的是数字逻辑电路中以TTL集成电路为基础的数显，声响倒计时器，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计装调及性能参数的调试方法.本课程设计应达到如下基本要求：

（1）综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个数显、声响倒计时器的设计。

（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养寻找、分析和解决实际问题的能力。

（3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。

（4）掌握电子电路的安装和调试技能。

（5）熟悉的使用各类数字电子仪器。

（6）学会撰写课程设计论文。

（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

在本次课程设计过程中，得到了老师和同学的热情帮助，在此表示感谢。

1.1整体设计思路

总体思路：

选用2个74LS192，它是加、减十进制计数器，并且选用了555多谐振荡器，它的作用是产生一个1Hz的方波信号来作为秒脉冲，作为它的cp脉冲。

选用2片计数器构成2位计数的状态，采用计数器的级联的方法。

用一个5V的直流电源来驱动，故我们还需要用一个变压器，整流桥与一个三端稳压器来设计一个电源。

因为我们要的是以秒为单位的计数器，所以我们需要的是1Hz的cp信号，这个可以由555多谐振荡器来完成。

555多谐振荡器的功能就是可以调节它的电阻和电容来得到不同频率和不同占空比的脉冲信号。

然后还需要两个74LS48译码器与两个共阴数码管来对计数器所记得数进行翻译和显示。

当倒计时显示进行到03，02，01这三个数字得时候就报警，以蜂鸣器响声来表示；这个可以用一个四输入与门来实现，四输入与门的四个输入分别为十位计数器的进位信号，多谐振荡器的输出端，个位的高两位经过或非输出端与低两位经过或门输出端。

然后四输入与门的后面接蜂鸣器就可以完成报警功能。

系统还能开机复位，包括计数器清零，从而达到课设题目要求。

1.2整体设计

方案一：

图1.2.1整体设计方案一

方案二：

图1.2.2整体设计方案二

方案论证：

　方案一与方案二均可以实现本次设计，但是考虑到设计需要简单，而且要节省器材，综合比较方案二是比较合理的，故选用方案二。

２.各部分电路及其原理

2.1电源设计

整流电路：

整流电路一般分为半波整流和全波整流。

半波整流具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到相当广泛的应用，其中桥式整流最为常用，单相桥式整流电路将变压器副边电压从交流变为直流电压。

鉴于以上优点，本设计采用了桥式整流。

滤波电路：

在整流滤波电路的输出端（即负载电阻两端），并联一个电容即得到电容滤波电路。

滤波电容容量较大，利用其充放电作用，使输出电压趋于平滑。

其中C3起滤波作用，C4的作用是改善电源的动态特性（即载负载电流突变时，可由C4提供较大的瞬时电流）采用大容量的铝解电容器。

这种电容器的电感效应较大，对高次谐波的滤波效果较差，通常需要并联高频滤波电容器，其容量在0.01微法到0.1微法之间即可。

稳压电路：

我们采用了集成7805稳压器型稳压电路进行稳压，为后面的一切电路提供了稳定的电压。

电源部分电路图如下图2.1所示:

　　　　　　　　　图2.1电源电路图

2.2信号源

利用555集成定时器，构成多谐振荡器用来产生1Hz的cp信号。

555集成定时器管脚图如图2.2.1

　　　　　　　　　　　　　图2.2.1555集成定时器管脚图

附、555定时器的各个引脚功能如下：

1脚（VSS）：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚（VCC）：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。

一般用5V。

3脚（Q）：

输出端Vo

2脚（TR）：

低触发端

6脚（TH）：

TH高触发端

4脚（R）：

是直接清零端。

当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚（CI）：

VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚（D）：

放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

在555定时器中，其中1脚（GND）为接地端，2脚（TR）时低电平触发端（<1/3）,3脚（Vo）为输出端，4脚（R）是复位端，5脚为控制电压输入端，可改变上、下触发电位，不用时接0.01ημF电容倒地。

6脚（TH）为高电平触发端（>2/3Vcc）,也称阀值端。

7端（D）为放电端，8脚（Vcc=5V~18V）电源端。

（2）555定时器的几种功能：

多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后不需外加触发便能产生矩形脉冲

a.只要RD=0,无论两个触发端为何状态，输出端Vo=0。

b.当RD=1,高电平触发端TH>2/3Vcc，低触发端TR>1/3Vcc时，D放电管导通，输出端Vo=0。

c.当RD=1，低触发端TR<1/3Vcc，D放电管截止，输出端Vo=1.。

d.当RD=1，而低触发端TR和高电平触发端TH的电平在1/3Vcc到2/3Vcc之间时，输出维持不变

我们用555定时器构成多谐振荡器,原理很简单,只要将施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回输入端即可.当接通电源以后,因为电容上的初始电压为0,所以输出为高电平,并开始经电阻R1向电容C充电,当充到输入电压为Vi=Vt+时,输出电压跳变为低电平,电容C又经过电阻R2开始放电.当放至Vi=Vt-时,输出电位又跳变为高电平,电容C重新开始充电,如此周而复始,电路便不停的振荡.由Vc的波形求得电容C的充电时间T1和放电时间T2各为

T1=（R1+R2）CLn【（Vcc-VT-）/（Vcc-VT+）】=（R1+R2）CLn2

T2=R2CLn【（0-VT+）/（0-VT-）】=R2CLn2

故电路的振荡周期为T=T1+T2=（R1+2R2）CLn2振荡频率为f=1/T=1/【（R1+2R2）CLn2】

通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。

输出脉冲的占空比为q=T1/T=（R1+R2）/（R1+2R2）.为了得到占空比为50%的脉冲，可采用占空比可调的可调电路。

电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只经过R1，放电电流只经过R2，因此电容充电时间变为T1=R1CLn2而放电时间变为T2=R2CLn2，故输出脉冲占空比为q=R1/（R1+R2）取R1=R2则可得到占空比

（1）信号源仿真图如图2.2.2：

　　　　　　　　　　　　　　图2.2.2

（2）仿真显示，结果显示周期为1秒。

图2.2.3仿真显示1秒信号源

2.3减法计数器

本次课设计数部分采用可加减的十进制计数器74LS192，由于要计数0-99之间的数字，采用两片74LS192级联形式，其级联电路如图所示：

图2.3.1减法计数器

利用74LS192实现十进制计数功能。

74LS192具有双时钟输入并具有清除和预置数功能。

74LS192管脚图

图2.3.274LS192管脚图

74LS192各个引脚功能如下：

115、1、10、9管脚（P0-P3）：

并行数据输入端

213管脚（TCD）′：

借位输出端（低电平有效）

312管脚（TCu）′：

进位输出端（低电平有效）

44管脚CPD：

减法计数时钟输入端（上升沿有效）

55管脚CPU：

加法计数时钟输入端（上升沿有效）

614管脚MR：

异步清零端

711管脚：

（PL）′:

异步并行置入控制端（低电平有效）

83、2、6、7管脚（Q0-Q3）：

输出端异步清除：

当MR=1时，无论有无CP，计数器立即清零，Q3~Q0均为0，称之为异步清除。

预置数：

当PL’＝0时，Q3＝D3，Q2=D2，Q1＝D1，Q0=D0.称之为预置数。

本电路中需将MR端置0，PL’置1，CPU置1，CPD为上升沿时，则192执行减法计数功能。

根据功能表当PL’=1，MR=0，CPD置1时若时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能；当加计数到9时，TCU’端发出下跳脉冲完成进位。

若时钟信号加到CPD端，且CPU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD’端发出借位下跳脉冲。

计数器完成并行置数。

在CPD端的输入时钟作用下，计时器再次进入下一循环减计数。

2.4显示电路

电路显示部分主要为数码管和译码器。

其中数码管选用共阴极数码管W4205、译码电路可以用74LS48或CD4511，在这里我们所选用的是74LS48，它是一个BCD七段译码启动器。

利用译码器将二——十进制（BCD）码转换成七段信号，在驱动器的作用下驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，推动发光数码管（LED）进行显示。

图2.4.1显示电路

计数显示电路使用74LS192和74LS48连接成，其中74LS192主要完成减法计数功能，译码电路与接数码管连接显示出所计的数字，注意由于电路中电流可能比较大，接数码管时要串联保护电阻。

计数显示部分工作原理:

初始状态时,Q输出为0，PL’＝0有效，执行预置数功能，同时显示电路将预置的数字显示出来，当给一个脉冲信号时，Q输出为1，CPD在时钟脉冲下进行计数功能，译码电路将译出的数字通过显示电路显示出来。

2.5复位电路

复位电路采用JK触发器，JK触发器有两个稳定状态：

一个状态是Q＝1，称触发器处于“1”态，也叫置位状态；另一个状态是Q＝0，称触发器处于“0”态，也叫复位状态。

JK触发器具有“置0”、“置1”、保持和翻转功能。

开机复位电路下图2.5.1所示

图2.5.1开机复位电路

电路开始时JK触发器初态Q=0，我们在Rd′端加如图的CL电路，当电路连接好后，刚开始1点点位为0，而C1充电，当充电完成后，1点点位为+Vcc。

而Rd′为低电平有效。

这样一来就给JK触发器初态Q=0，而待电容充电完毕后又给Rd′一高电平，使其不再有效。

因为JK触发器J、K连一起接高电平为T触发器，即为翻转，所以当开关K闭合时，JK触发器由初态Q=0翻转为Q=1。

给电路提供高频信号。

2.6报警电路

图2.6.1报警电路

据任务书要求，电路具有最后3秒报时功能。

要求响半秒，停半秒共三下；这一功能的实现思路为：

最后三秒响，那么就将最后三秒的信号取出；其半秒信号的报时可由信号源控制，因为信号源是一个占空比为50%的1HZ信号源，其波形中1秒的周期内有50%T即半秒的时间是高电平，那么高电平就可以驱动蜂鸣器报警；所以报警电路是由如上图所示的或门、非门、与门构成，依据上图所示,按从上往下的顺序依次连入输入端的是个位计数器的四个输出端口和74LS192减法计数器的借位输出和Q端（占空比为50%的1HZ信号源）,该六位最终经过或非门74LS192当其高位片为0。

B0为借位信号会产生一高电平。

而Q0-Q3均为底位片当03，02，01秒到来时，就会依课程要求最后3秒响半秒停半秒。

3.系统安装与调试

根据总体电路图及相关集成芯片的管脚图将电路连接好，采用单元电路调试对电路各个部分分块进行测试，只有这样才能避免不必要的的麻烦，为实验减少很多麻烦。

对各个模块电路进行调试分析，用示波器和万用表进行检测，对故障进行分析处理。

所用仪器：

示波器万用表

显示电路的连接与调试：

将数码管公共端接高电平，然后用电源的正极分别测试各个管脚。

确定每个数码管都正常。

加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了！

发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！

发光二极管的工作电流选取在10-20ma，在将译码器和数显管连接好，给译码器输入端置数，看数码管的显示对不对，如果都好着则这部分做好了。

接线时电源线及地线颜色要区分开。

计数电路的连接与调试：

计数器连接时，首先根据原理图将各管脚都按照管脚图连接好检查接线无误后接上电源对计数器部分进行检测。

我们用了两片74LS192。

调试时是分别对个位和十位进行调试的。

我们利用已做好的信号源进行调试，本应该计数器应该是从9到0计数，可是计数是出现乱跳。

出现乱码，从5直接跳到9，经过大家的检测发现问题的原因应该是加法脉冲导致的问题，因为在做减法的时候出现一个加法信号就会出现那样的乱码,因为在仿真的时候74LS192的加法脉冲不需要接，因为它是默认的没有加法脉冲。

仿真的时候这样做是可以的，于是我们就给加法脉冲UP接高电平，这样做之后，问题就迎刃而解了这是我们出现的第二个问题，也是最后一个问题。

4.总结与体会

本次课程设计是我们进入大学以来第一次与所学专业紧密相关的一次课设，这次课设对我们意义重大，影响深远。

让我们充分运用所学的基础知识，通过查找资料，与同学交流等进行设计制作，在此过程中我们遇到了很多课本之外意料不到的问题，通过认真的思考分析，我们将这些问题解决掉了，这让我们不仅运用了所学知识，而且在动手实践方面也取得了很大的进步，通过课设使我认识到我在那个方面还存在不足，在以后的学习中要加强这方面的学习，也让我知道仅仅重视理论是不够的，还必须付诸于实践，在实践中检验理论的正确与否。

这样才能完全掌握所学的知识。

通过这次的课设，让我获益匪浅，让我知道了团队的力量是强大的，每个人都发挥自己的优势，我们可以相互学习，共同进步，另外也更加激起我的动手实践的兴趣，同时也对仿真软件有了进一步的了解，我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

此次课程设计使我重新又学习了数字电子技术和模拟电子技术的有关知识，了解了更多的常用芯片的工作原理与工作方式。

这次课设也为我们以后的毕设打下了基础，我们会总结这次课设的经验，在以后的理论学习和动手实践中，不断学习，善于思考，勇于创新，只有这样我们才能在这条路上走的更远，走的更好。

人生需要不断拼搏努力，需要不断挑战自己，我们要以本次课设为起点，在以后不断进步。

最后感谢学院给予我们这次课设的机会，为我们提供了仪器和实验室，我们会在以后学习和生活中不辜负学院领导的期望，再接再厉，不断超越自己。

附录2：

元器件清单

元器件

数量

变压器 

1个

整流桥

1个

二极管   

2个

100uf电容、10uf电容、0.01uf、10nf电容

若干

7805 

1个

555定时器   

1个

100K电位器   

2个

1K保护电阻 

若干

开关  

1个

74LS112

1个

74LS48   

2个

74LS02  

1个

74LS04 

1个

74LS192  

2个

LED数码显示管  

2个

发光二极管 

1个

蜂鸣器

1个

拨码盘

2个

74LS08

1个

附录3：

参考文献

1.阎石.数字电子技术基础.五版.北京：

高等教育出版社。

2.《模拟电子技术基础》主编:

童诗白华成英高等教育出版社