盲人报时器的设计.docx
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盲人报时器的设计
2011-2012学年第二学期
《数字电子技术》
课程设计报告
题目：
盲人报时器的设计
专业：
电子信息专业
班级：
姓名：
指导教师：
冯锁
电气工程系
2012年5月24日
1、任务书
课题名称
盲人报时器的设计
指导教师（职称）
冯锁
执行时间
2011~2012学年第二学期第14周
学生姓名
学号
承担任务
木森
1009121051
时间计数单元
秦伍侠
1009121053
校时电源电路
孙文
1009121055
译码驱动及显示单元
王斌
1009121057
报时电路
王高登
1009121059
振荡器电路
王群
1009121061
报分电路
设计目的
1.熟悉掌握计数器的应用。
2.加深对加减循环计数和显示电路的理解。
设计要求
1.熟悉掌握计数器的应用。
具有时、分、秒计时功能（小时1~12），要求用数码管显示。
2.具有手动校时、校分功能。
3.设有报时、报分开关。
当按报时开关时，能以声响数目告诉盲人。
当按报分开关时，同样能以声响数目告诉盲人，但每响一下代表十分钟（报时与报分的声响的频率应不同）。
4.画出电路原理图。
5.进行电路的仿真和调试。
摘要
本次《数字电子技术》课程设计的目的是设计一个盲人报时器。
盲人报时器是由振荡电路、时间计数器电路、译码驱动电路、数码管所组成。
通过对设计目的和要求的分析，振荡器电路由555定时器构成，提供给数字钟一个频率稳定准确的1kＨz的脉冲，可以保证数字钟的准确走时及稳定性。
时间计数器电路用74LS160同步十进制计数器分别构成电路构成秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器以及时个位和时十位计数器电路构成。
译码驱动电路用74LS48来实现这个功能并且可以为数码管正常工作提供足够的工作电流。
数码管采用共阴极LED数码管。
本次设计采用TTL集成电路。
最后通过Multisim仿真软件对设计的盲人报时器进行验证。
关键词：
盲人报时器振荡器时间计数器译码驱动器数码管
第1章绪论
第4章附录
第一章绪论
进入21世纪以来，人类的科学技术有了新的突破和发展，特别是近几年来，电子技术的飞速发展给人们带来了无限的便利和舒适，人类的传统生活方式也发生着翻天覆地的变化。
随着电子技术的不断发展，传统集成电路技术的缺点和局限性越发明显，其不稳定性、易干扰性等大大限制了该技术的应用，且有阻碍电子技术发展的趋势。
而后来兴起的数字电子电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。
本设计是设计的盲人报时钟，它是一种简易盲人报时钟电路，主要是采用一些简单的电子元件即可，时间计数器电路用74LS160同步十进制计数器分别构成电路构成秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器以及时个位和时十位计数器电路构成。
通过本次设计能使我们对电子工艺的理论有了更进一步的系统了解。
我们了解到了设计小电子产品的一些常规方法，以及培养了我们团队合作的能力，在讨论设计方案，计算元件，仿真方面都体会到了团队的力量。
2.1设计目的
1熟悉掌握计数器的应用.
2.加深对加减循环计数和显示电路的理解.
2.2设计内容和要求
1.熟悉掌握计数器的应用。
具有时、分、秒计时功能（小时1~12），要求用数码管显示。
2.具有手动校时、校分功能。
3.设有报时、报分开关。
当按报时开关时，能以声响数目告诉盲人。
当按报分开关时，同样能以声响数目告诉盲人，但每响一下代表十分钟（报时与报分的声响的频率应不同）。
4.画出电路原理图。
5.进行电路的仿真和调试
2.3盲人报时钟原理分析
盲人报时钟是由振荡电路、时间计数器电路、译码驱动电路、数码管 所组成，盲人报时钟原理基本框图如下图1
图1报时钟原理框图
2.4工作模块及功能
（1）振荡器原理
振荡器电路由555定时器构成，提供给数字钟一个频率稳定准确的1kＨz的脉冲，可以保证数字钟的准确走时及稳定性。
不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。
（2）时间计数器电路
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器以及时个位和时十位计数器电路构成，分别由74LS160构成，其中秒个位、分个位以及时个位为十进制计数器，秒十位以及分十位为六进制计数器，而时十位为二进制计数器，这样就能满足秒计数器及分计数器为六十进制，而时计数器为十二进制。
（3）译码驱动电路
译码驱动电路目的是将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，即采用74LS48来实现这个功能，并且可以为数码管正常工作提供足够的工作电流。
（4）数码管
LED显示器由发光二极管组成。
基中长条形的发光管排列成“日”字形，它能显示各种数字及部份英文字母。
通过译码器，将计数器电路输出的信号转换为8421BCD码后，通过发光二极管显示当前数字。
LED显示器有两种不同的形式：
一种是发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。
本设计采用的为共阴极LED数码管。
2.5各单元模块设计和分析
主体电路是功能部件或单元电路组成的，在设计这些电路及选择部件时，应尽量选用同类型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或者都用CMOS集成电路。
本设计采用TTL集成电路。
下面介绍各功能部件与单元电路的设计。
2.5.1振荡器电路
振荡器是构成数字式时钟的核心，振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度。
本设计振荡器电路由555定时器构成的多谐振荡器，通过对电阻、电容的调整，使该多谐振荡器输出频率为1Hz的精确稳定信号，为计数器单元提供脉冲信号，如下图2。
图2振荡电路
2.5.2时间计数单元
在设计计数器之前，先对74LS160芯片的引脚和功能作一些说明以及有关连接的知识。
（1）74LS160芯片
74LS160是十进制计数器，直接清零，异步清零端MR非为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。
160的预置是同步的，当置入控制器PE非为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3数据端P0-P3一致。
（2）74LS160引脚图
图3 74LS160D引脚
（3）管脚图介绍
表174LS160管脚表
时钟
CLK
数据输入端
A~D
清零
~CLR
使能
ENPENT
置数
~LOAD
数据输出端
QA~QD
进位输出
RCO
（4）74LS160的功能真值表
表274LS160的功能真值表
CL
LOAD
ENP
ENT
CLK
DCBA
QDQCQBQA
0
X
X
X
X
XXXX
0000
1
0
X
X
下降沿
DCBA
DCBA
1
1
X
0
X
XXXX
保持
1
1
0
X
X
XXXX
保持
1
1
1
1
下降沿
XXXX
计数
（5）模块组成
时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。
时计数单元一般为12进制计数器计数器，其输出为两位8421BCD码形式；分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出也为8421BCD码。
本设计采用两片74LS160来产生60进制和12进制，秒个位计数单元为１０进制计数器，本实验通过与非门74LS00连接来实现，秒十位计数单元为６进制计数器12通过与非门74LS00连接来实现，分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，如图5所示。
时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为12进制计数器，所以在两块74LS160构成的100进制中截取12，就得在12的时候进行置数。
12进制计数功能的电路如图4示。
图4 60进制计数器电路
图5 12进制计数器电路
2.5.3译码驱动及显示单元
计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用74LS48作为显示译码电路，选用共阴LED数码管作为显示单元电路，如图6示。
6
图图6译码驱动和显示电路
图6译码驱动和显示电路
2.5.4校时电源电路
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。
通常，校正时间的方法是：
首先截断正常的计数通路，然后再进行人工触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。
根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。
图7示为所设计的校时电路。
该电路可以使每次按动开关仅产生一个脉冲输出，能有效地克服按钮开关机械抖动产生的影响。
图7单步脉冲电路
2.5.5报时与报分电路
本设计采用74LS192减法计数器及74LS161来实现报时功能，74LS192输入端与译码器输出端相连，报分开关控制74LS192置数端，开关闭合，74LS192对闭合时刻的初值进行减法计数，输出端通过一个或门组合连至74LS161的CLR端，使计数器减至零时停止报时，保持此时刻状态。
由于报时部分时十位也须要报时，与报分部分相比，还需增加一个74LS192来实现小时的十位报时。
从而满足当按报时开关时，能以声响数目告诉盲人。
当按报分开关时，同样能以声响数目告诉盲人，但每响一下代表十分钟。
并且通过不同频率的脉冲发生器从而使报时与报分的频率不同。
图8报分电路
图9报时电路
1.74LS192引脚图
图10 74LS192引脚图
2.74LS192的功能表
CLRLOADUPDOWN
DCBA
QDQCQBQA
1XXX
XXXX
0000
00XX
DCBA
DCBA
01上升沿1
XXXX
加计数
011上升沿
XXXX
减计数
表3功能表
3.74LS161D功能介绍
74LS161是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数、保持等功能。
74LS161的逻辑电路图和引脚排列图如图1所示，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，D0，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。
（1）异步清零功能
当CR＝0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。
（2）同步并行预置数功能
在CR＝1的条件下，当LD＝0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3～Q0所接收。
由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。
（3）保持功能
在CR=LD＝1的条件下，当T＝P＝0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数）。
（4）同步二进制计数功能
当CR＝LD＝P＝T＝1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。
（5）进位输出C
当计数控制端T＝1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。
4.74LS161D真值表
CR
LD
CTpCTT
CP
D3D2D1D0
Q3Q2Q1Q0
0
X
XX
X
XXXX
0000
1
0
XX
D3D2D1D0
D3D2D1D0
1
1
X0
X
XXXX
保持
1
1
0X
X
XXXX
保持
1
1
11
XXXX
计数
1.6总仿真电路图
图11 盲人报时钟总仿真电路图
第四章结束语
经过一周的努力，我们终于完成了电子课程设计——盲人报时钟。
对盲人报时钟的设计，我们了解了关于盲人报时钟的原理与设计理念。
通过这一周不断的查找资料的过程中让我们接触了许多可以完成一项功能的电路，而在选择中我们体会到了数字电子设计的灵活性与技巧性，它要求我们必须具备熟练的专业知识，同时让我们积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。
在此次的设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
也是我们深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。
经过这次课程设计，我们学到很多东西，如对word、画图等软件有了更进一步的了解，学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图,读电路图,这些都使我们受益匪浅。
我们想这些一定能够为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。
社会的不断发展，电子产品设计实践使我认识到我们现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我们要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会
参考文献
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[8]赵立民，于海雁，胡庆，庞杰.可编程逻辑器件与数字系统设计[M].北京：
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[9].郭培源.电子电路及电子元件[M]．北京：
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[10]彭介华．电子技术课程设计指导．北京：
高等教育出版社，1997.
附录
各种元件列表
器件名称
数量
数码显示管
6个
计数器74LS160D
6个
计数器74LS161D
5个
与非门74LS00D
7个
与门74LS08D
4个
或门74LS32D
11个
非门74LS04D
3个
555定时器
1个
单刀双掷开关SPDT
4个
按钮开关
2个
电阻50Ω
3个
电阻48kΩ
6个
电容10μF
3个
电容nF
3个
蜂鸣器
1个
直流电源
2个
接地端
2个
导线
若干根
。
、
参考文献
[1].童诗白．模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2006-5.
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[6]．康华光．电子技术基础（第五版）．高等教育出版社.2006-01
[7].郭培源.电子电路及电子元件[M]．北京：
高等教育出版社，2000.
[8]彭介华．电子技术课程设计指导．北京：
高等教育出版社，1997.
7、答辩记录及评分表
课题名称
答辩教师（职称）
答
辩
记
录
答辩时间
学年第学期第周
答
辩
记
录
评分表
学生姓名
学号
评分
升级会员 