数字电子技术基础实践报告.docx
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数字电子技术基础实践报告
1.实践目的和要求………………………………………1
2.设计指标要求…………………………………………1
3.构成框图………………………………………………1
4.方案设计………………………………………………1
5.电路设计…………………………………………2
6.心得体会与总结……………………………………9
7.参考文献……………………………………………9
一、实践目的和要求
1.学习电子秒表的设计与调试方法。
2．掌握电子秒表有关参数的测试方法。
3.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
4.训练提高焊接以及排版布线等技能。
5.加深对于常用数字电路常用芯片的理解。
二、控制要求：
1.具有显示0~99秒的计时功能。
2.设计外部操作开关，控制计数器的直接清零启动、暂停、和连续功能。
3.计时器为99秒递加计时，计时间隙1S。
4.具有计时到某一特定值（要求为自己学号的最后两位）时自动停止，并发出光电报警。
三、构成框图：
如图1所示。
图1
四、方案设计：
利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。
利用集成与非门构成的基本RS触发器（低电平直接触发）实现电路的控制暂停与连续，用两个七段LED数码管显示“秒表”，显示时间为00-99秒，每厘固定时间周期自动加一。
计数器采用十六进制计数器74LS161接成十进制计数器，为译码器提供十种不同的四位二进制信号。
译码器部分采用的是74LS148集成芯片译码器，用于将十进制信号翻译成七段数码管的电平信号，完成显示工作。
五、电路设计：
1.控制电路的设计
（1）控制暂停与连续
利用集成与非门构成的基本RS触发器低电平直接触发，实现电路的控制暂停与连续。
设计方案中采用的是74LS00系列的集成与非门。
其功能表如下：
Inputs
Outputs
A
B
Y
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L
表1
电路工作是，开关拨向左侧，通过RS触发器的逻辑运算从与非门的11号管脚输出555产生的方波脉冲信号，实现计数功能。
当开关拨向右侧，则从11号管脚输出高电平，实现暂停功能。
（74LS00的内部结构如图3
所示）
图3
（2）直接清零、启动
通过在5V电源处接一个上拉电阻实现74LS161的清零与重新启动。
正常工作时开关时断开的，这时161的R/D/端收到的是电源的高电平信号，集成芯片处于正常工作状态。
当开关闭合时，电源电压导入地，R/D/收到低电平信号，161清零复位，重新启动。
图4
2.秒脉冲发生器
该部分电路由555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器（如图5所示）。
其基本工作原理是接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc<1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。
当Uc充电到≥2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端（DIS）接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。
图5
当Uc下降到≤1/3VDD后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端（DIS）不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如此周而
复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。
脉冲宽度TL≈0.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7（R1+R2）C，由电容C充电时间决定，脉冲周期T≈TH+TL。
（如图6所示）
本设计中电路图如图6所示，其中的元件参数计算如下：
=（
+
）
ln2
=
ln2
=
+
=1s设
=68k
取62k+20k其中
为上升时间图6
为下降时间，电容取值为10uF。
3.计数器
本方案中计数器采用161的十进制接法来实现。
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。
管脚图介绍：
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/MR图7
使能CEP，CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC.（TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET）
功能介绍：
从74LS161功能表功能表（表2）中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
输入
输出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
0
0
0
0
1
↑
0
Ф
Ф
d
c
b
a
d
c
b
a
1
↑
1
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
Ф
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
1
1
Ф
Ф
Ф
Ф
状态码加1
表2
本设计中将161接成十进制的计数模式，正常工作时Q0和Q3出现“1”时，表示计数器已经完成从0加到9的十位加法运算，通过与非门将低电平信号引入161的L/D/重新计数从而实现十进制加法运算。
4.译码器
74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序。
图8
74LS47译码器原理：
译码为编码的逆过程。
它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。
实现译码的逻辑电
路成为译码器。
译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。
74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。
其真值表如表3所示。
本设计方案中由于要实现两位数字显示，故采用两片74LS47148集成芯片分别译码各位和十位两数字，通过从74LS161十进制计数器收集到的信号作为输入信号，将其转换为七段数码管的对应管脚的高低电平信号实现数字显示
输入输出显示数字符号
LTRBIA3A2A1A0BIRBOabcdefg
110000100000010
1X0001110011111
1X0010100100102
1X0011100001103
1X0100110011004
1X0101101001005
1X0110111000006
1X0111100011117
1X1000100000008
1X1001100011009
XXXXXX01111111熄灭
10000001111111熄灭
0XXXXX100000008
表3
5.显示
显示部分采用七段数码管的方案，七段数码管是一种常用的显示器件，其控制方便工作可靠显示清晰，适合对于显示数字要求较少的电路设计，其缺点是体积较低且不能显示字符，但在本设计中其功能已经完全满足设计需要。
其基本电路图如图9所示。
图9
6.光电报警
系统设计如图10所示，其中反相器将低电平转换成高电平驱动三极管工作提供放大电流使发光二极管发光，为保证二极管的安全在其线路上串联限流电阻。
通过查阅发光二极管的安全工作电流，并计算
=
=
=
-
，则
就是流过发光二极管的电流，限流电阻端电压为5V-
，则阻值选择为
=
。
图10
完整电路图
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