數(shù)電課設(shè)之可預(yù)置時(shí)間的顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)描述21.1 設(shè)計(jì)題目：21.2 設(shè)計(jì)要求22 設(shè)計(jì)思路23 設(shè)計(jì)方框圖34 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算44.1 秒信號(hào)產(chǎn)生電路44.2 分頻電路64.3 計(jì)數(shù)器電路84.4 譯碼顯示電路94.5 預(yù)警電路105 工作過(guò)程分析116 元器件清單12小 結(jié)14致 謝15參考文獻(xiàn)16附 錄 A1 邏輯電路圖17附 錄 A2 印刷電路板圖181 設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：可預(yù)置時(shí)間的顯示報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)要求1.2.1 設(shè)計(jì)目的(1) 掌握可任意預(yù)置時(shí)間的顯示報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；(2) 熟悉集成電路的使用方法。1.2.2 基本要求(1)某電臺(tái)22時(shí)30分停止播音

2、（發(fā)光二極管代替），第二早6時(shí)30分開機(jī)準(zhǔn)備播音，要求早晨無(wú)人時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)組播音（揚(yáng)聲器代替）；(2)晶體振蕩電路及分頻電路。1.2.3 發(fā)揮部分(1)星期顯示電路；(2)上、下班時(shí)刻鬧鈴。2 設(shè)計(jì)思路可預(yù)置時(shí)間的顯示報(bào)警系統(tǒng)是由脈沖發(fā)生器、分頻電路、計(jì)數(shù)電路、比較電路、譯碼電路、顯示電路等幾部分構(gòu)成的。脈沖發(fā)生器可以產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)，高頻信號(hào)出來(lái)之后要進(jìn)行處理，通過(guò)分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器，最后可以在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，旁邊可以加若干個(gè)控制回路以實(shí)現(xiàn)報(bào)警和發(fā)光二級(jí)管的閃爍以及定時(shí)等附加功能。本預(yù)警系統(tǒng)的脈沖發(fā)生器可以由多諧振蕩器構(gòu)成，其產(chǎn)生的頻率由電阻R1、R2和電容C決定；而分頻電路的多少和接

3、線由多諧振蕩器產(chǎn)生的頻率決定，頻率越大，使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器即分頻器的個(gè)數(shù)也就越多；經(jīng)過(guò)分頻器后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)所需頻率1KH的脈沖作為計(jì)數(shù)器的輸入端；計(jì)數(shù)器選用的是74LS160D芯片，總共用七個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)2個(gè)六十進(jìn)制、1個(gè)二十四進(jìn)制和1個(gè)七進(jìn)制的計(jì)數(shù)器分別構(gòu)成時(shí)間顯示系統(tǒng)的秒、分、時(shí)及其星期的計(jì)數(shù)功能。有了所需要進(jìn)制的計(jì)數(shù)器之后，信號(hào)就傳遞給譯碼器，再經(jīng)過(guò)譯碼器后就可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)字了，其中數(shù)碼管分為共陰極和共陽(yáng)極兩大類，而常用的數(shù)碼管為4腳、7腳、8腳、這是由譯碼器的輸出端決定的?？紤]到電路的簡(jiǎn)化，該系統(tǒng)選用的是譯碼器和數(shù)碼管合二為一的4腳數(shù)碼管。到此為止，基本的時(shí)間顯示電路就連接完了，接下

4、來(lái)就是報(bào)警電路的構(gòu)成。本系統(tǒng)的預(yù)警電路是由555定時(shí)器構(gòu)成的蜂鳴器電路和多諧振蕩器構(gòu)成的發(fā)光二級(jí)管電路組成，通過(guò)與門和與非門連接在555定時(shí)器的清零端。通過(guò)接線模擬鬧鐘、蜂鳴器和發(fā)光二級(jí)管的預(yù)警系統(tǒng)也基本完成。完整的可預(yù)置時(shí)間的顯示報(bào)警系統(tǒng)的全部功能得以實(shí)現(xiàn)。3 設(shè)計(jì)方框圖數(shù)碼管鬧鐘4路譯碼器預(yù)警電路時(shí)信號(hào)計(jì)數(shù)器星期信號(hào)計(jì)數(shù)器分信號(hào)計(jì)數(shù)器秒信號(hào)計(jì)數(shù)器分頻器555多諧振蕩器4 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.1 秒信號(hào)產(chǎn)生電路4.1.1 多諧振蕩器的原理圖圖4.1 555多諧振蕩器的邏輯電路4.1.2 多諧振蕩器產(chǎn)生的波形4.1.2.1 多諧振蕩器的輸入輸出波形圖4.2 555多諧振蕩器的輸入輸出波

5、形該波形為多諧振蕩器的輸入U(xiǎn)i（THR、TRI端）和輸出Uo波形（OUT端）。4.1.2.2 多諧振蕩器的輸出頻率用頻率計(jì)測(cè)得多諧振蕩器的輸出頻率為1KH，其圖如下：圖4.3 555多諧振蕩器的輸出頻率4.1.3 參數(shù)計(jì)算多諧振蕩器由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1、R2向C充電，以及C通過(guò)R2向放電端DC放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在2/3Vcc和1/3Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。在設(shè)計(jì)時(shí)，取R1=72K,R2=7.2M。令其產(chǎn)生脈沖的頻率為1000HZ，多諧振蕩周

6、期公式為： 求得C的表達(dá)式為： 把R1=72K,R2=7.2M代入得： 最后求得C=98.7PF，與實(shí)際用得的電容誤差較小，效果較為明顯4.2 分頻電路4.2.1 分頻器的原理圖 圖4.4 555多諧振蕩器的邏輯電路該分頻器電路采用3個(gè)74LS160D組成，實(shí)際采用3個(gè)計(jì)數(shù)器當(dāng)做分頻器，74LS160D的進(jìn)位端為下一級(jí)的輸入信號(hào)，當(dāng)多諧振蕩器的輸出端產(chǎn)生1KZ的信號(hào)，經(jīng)過(guò)三次分頻后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)1HZ的秒信號(hào)；三個(gè)分頻器的無(wú)效段ENP、ENT、LOAD、CLR端都接+5V高電平。4.2.2 分頻器的波形4.2.2.1 一次分頻波形圖4.5 一次分頻的輸入輸出波形4.2.2.1 二次分頻波形圖4.

7、6 二次分頻的輸入輸出波形4.2.2.1 三次分頻波形圖4.7 三次分頻的輸入輸出波形4.3 計(jì)數(shù)器電路4.3.1 計(jì)數(shù)器的原理圖圖4.8 計(jì)數(shù)器電路4.3.2 計(jì)數(shù)器的波形4.3.2.1 秒信號(hào)Qa端波形圖4.9 秒信號(hào)波形4.3.2.1 分信號(hào)Qa端波形圖4.10 分信號(hào)波形4.3.2.1 時(shí)信號(hào)Qa端波形圖4.11 時(shí)信號(hào)波形秒、分、時(shí)波形是由示波器兩輸入端分別接2個(gè)60進(jìn)制、1個(gè)24進(jìn)制的Qa端而測(cè)到的。這部分同樣采用了74160這個(gè)芯片，要用7個(gè)74160做成兩個(gè)60進(jìn)制的分頻時(shí)鐘輸入產(chǎn)生電路、一個(gè)24進(jìn)制的時(shí)計(jì)數(shù)器和一個(gè)7進(jìn)制的時(shí)計(jì)數(shù)器。74160本身是一個(gè)10進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，要組成

8、一個(gè)60進(jìn)制的秒計(jì)數(shù)器，就需要把秒計(jì)數(shù)器的十位74160做成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其他的情況類似，如圖4.8所示。4.4 譯碼顯示電路4.4.1 譯碼顯示電路的原理圖圖4.12 LED星期、時(shí)、分、秒顯示電路常用LED顯示管有4腳、7腳和8腳，此系統(tǒng)采用4腳顯示管，4腳顯示管具有內(nèi)部集成譯碼器的優(yōu)點(diǎn)，這樣就可以簡(jiǎn)化很多連線，從而使電路變得簡(jiǎn)單。4.4.2 譯碼顯示電路的波形圖4.13 LED譯碼器4.5 預(yù)警電路4.5.1 預(yù)警電路的原理圖4.5.1.1 蜂鳴器的原理圖圖4.13 蜂鳴器電路4.5.1.2 發(fā)光二級(jí)管的原理圖圖4.14 發(fā)光二極管電路 發(fā)光二極管電路和蜂鳴器電路的工作原理是：當(dāng)RST端

9、給一個(gè)高信號(hào)脈沖時(shí)，發(fā)光二級(jí)管和蜂鳴器就會(huì)發(fā)光和產(chǎn)生蜂鳴器的聲音。當(dāng)6:30和22：30時(shí)間一到，需要分別引過(guò)來(lái)一個(gè)高信號(hào)脈沖，這樣與預(yù)訂時(shí)間相同時(shí)就會(huì)觸發(fā)發(fā)光二極管和蜂鳴器。第一，考慮到六點(diǎn)半的二進(jìn)制數(shù)為：0000 0110 0011 0000 0000 0000 ，這樣與七點(diǎn)半的二進(jìn)制數(shù)類似：0000 0111 0011 0000 0000 0000 ，如果不加任何處理的話，六點(diǎn)半蜂鳴器響過(guò)之后，蜂鳴器七點(diǎn)半還會(huì)發(fā)出聲音。為了解決這個(gè)問(wèn)題該系統(tǒng)采用在時(shí)信號(hào)的個(gè)位末端引出一個(gè)非門把該時(shí)刻的信號(hào)屏蔽掉；這樣蜂鳴器在六點(diǎn)半到六點(diǎn)四十會(huì)一直發(fā)出聲音，如果想要減少蜂鳴的時(shí)間，就要在增加條件以限制聲音

10、的時(shí)間段。本系統(tǒng)采用秒的進(jìn)位和分個(gè)位的進(jìn)位來(lái)屏蔽06:31至06:40這9分鐘的時(shí)間。第二，當(dāng)用信號(hào)發(fā)生器模擬輸出頻率時(shí)，要考慮頻率的輸出范圍，如果頻率輸出過(guò)大，也會(huì)導(dǎo)致蜂鳴器不工作，頻率的數(shù)量級(jí)應(yīng)在KH上下一個(gè)單位波動(dòng)。5 工作過(guò)程分析可預(yù)置時(shí)間的顯示報(bào)警系統(tǒng)的是由多諧振蕩高頻信號(hào)脈沖發(fā)生器、分頻電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼電路和顯示電路組成。該系統(tǒng)主要由秒信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)、數(shù)字鐘系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)三部分組成。但是多諧振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分頻電路即計(jì)數(shù)器，經(jīng)過(guò)分頻電路三個(gè)74160會(huì)產(chǎn)生1Hz信號(hào)。數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路 。555定時(shí)器組成的多諧振蕩器電

11、路構(gòu)成數(shù)字鐘脈沖觸發(fā)。從多諧振蕩器提供的方波信號(hào)通過(guò)分頻器電路，將高頻信號(hào)經(jīng)分頻后得到1HZ方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。鎖。7個(gè)74LS160組成2個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)1HZ秒信號(hào)加入到秒計(jì)數(shù)器后就進(jìn)入到了譯碼管中，通過(guò)譯碼管再輸出給數(shù)碼管。數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管,本系統(tǒng)使用的是4腳LED數(shù)碼管。當(dāng)計(jì)數(shù)器與門電路預(yù)置的時(shí)間一致時(shí)，門電路就會(huì)輸出高電平給報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)判斷會(huì)做出響應(yīng)，發(fā)出蜂鳴器的聲音或者把發(fā)光二級(jí)管置亮。而報(bào)警系統(tǒng)由555定時(shí)系統(tǒng)組成。 6 元器件清單表6-1序號(hào)元件型號(hào)元件說(shuō)明元件數(shù)量1TTL,

12、NAND與非門32TTL,AND與門33POWER電壓源14DCD_HEX_DIG_BLUE數(shù)碼管85GROUND接地16555_VIRTUAL555定時(shí)器47RESISTOR電阻48CAPACITOR電容29TTL,OR或門10TTL,NOT非門11VOLTMETER_H電壓表1原始清單：圖6.1 英文元器件清單小 結(jié)為期一周的課程設(shè)計(jì)終于在緊張的節(jié)奏中接近尾聲，一周的時(shí)間不是很長(zhǎng)，但是時(shí)間確實(shí)無(wú)比的珍貴，連續(xù)四天熬到凌晨一點(diǎn)，還有一次熬到凌晨2點(diǎn)半都感覺不夠用，特別是在期末考試的前一周，更是感覺時(shí)光如流水一般。然而在這一周的設(shè)計(jì)中我對(duì)數(shù)字電子的了解又加深了一層，我在這次的課程設(shè)計(jì)中獲益匪淺

13、，它不僅僅是忙碌的結(jié)晶，更是知識(shí)發(fā)揮的結(jié)晶，這讓我們?cè)谶@短短的一周內(nèi)學(xué)到了更多的有關(guān)于設(shè)計(jì)的知識(shí)，是對(duì)數(shù)字電子這門課程的升華和系統(tǒng)、綜合學(xué)習(xí)。本次實(shí)習(xí)是我來(lái)大學(xué)到目前為止最緊張同時(shí)也是收獲最大的一次課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是一名大學(xué)生應(yīng)該做到的要求，而這次課設(shè)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)?？梢赃@樣說(shuō)，本次實(shí)習(xí)有艱辛的時(shí)刻，也有興奮的時(shí)候?！捌D辛“的是我們的實(shí)訓(xùn)沒有特定教室的，并且需要自己準(zhǔn)備一些硬件設(shè)備和軟件知識(shí)，在考試周前一周，對(duì)我們無(wú)論身體還是知識(shí)還是心理上都是一次考驗(yàn)；“興奮“的是經(jīng)過(guò)自己的努

14、力，課程設(shè)計(jì)的任務(wù)已經(jīng)完成。對(duì)可預(yù)置時(shí)間的顯示預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓我充分了解到了數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)時(shí)原理，多諧振蕩器原理和如何預(yù)置和實(shí)現(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)的原理。加深了對(duì)數(shù)字電子所學(xué)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)、以及提高了對(duì)知識(shí)駕馭能力，通過(guò)可預(yù)置時(shí)間的顯示報(bào)警系統(tǒng)的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法。以及各種電路之間的怎樣聯(lián)系起來(lái)的，對(duì)數(shù)字電路達(dá)到了一個(gè)從大體的感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的質(zhì)變。其次，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，善于查閱大量的資料的同時(shí)，擴(kuò)展了視野。同時(shí)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了MULTISIM此次課程設(shè)計(jì)一共繪制邏輯接線圖和PCB圖，看著各種器件的連接和密布的線，自己逐漸對(duì)數(shù)字電路這門課產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)

15、興趣，大大的提高了實(shí)際動(dòng)手操作能力，為今后的學(xué)習(xí)道路奠定了雄厚的基礎(chǔ)。最后，在認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，形成了一種對(duì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)求知的態(tài)度，這為我以后無(wú)論繼續(xù)升學(xué)還是就業(yè)都產(chǎn)生巨大積極地影響。致 謝本次數(shù)電課程設(shè)計(jì)能夠如此順利的完成得益于很多人，在這里首先要感謝的是這次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師曲延華老師，一直耐心的對(duì)我們錯(cuò)漏百出的電路圖進(jìn)行細(xì)心的指導(dǎo)、修正，及其細(xì)心地解答我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的各種疑難問(wèn)題。這能夠使我們能更好的了解電子設(shè)計(jì)的實(shí)際操作流程，讓我們少走了許多不必要得到彎路，可以稱得上一次“真槍實(shí)彈”的實(shí)習(xí)。在我做課程設(shè)計(jì)期間，曲老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度、高尚的品格和淵博的學(xué)識(shí)，深深的感染了電自101班和電自102班的全體同學(xué)。設(shè)計(jì)的每次改動(dòng)與進(jìn)步都離不開老師的悉心指導(dǎo)，雖然天氣很熱，但是我看到老師那種服務(wù)于每位同學(xué)并予以細(xì)心教導(dǎo)的態(tài)度與精神，就在心底里真誠(chéng)的佩服與敬仰。其次要感謝的是和我一起奮斗過(guò)的組員們，如果沒有你們的并肩作戰(zhàn)，我也不能如此輕松順利的完成這次數(shù)電的課程設(shè)計(jì)，許多難解的問(wèn)題都是在我們共同努力下才明白的，所以我要感謝你們。然后我還要感謝我們美麗的沈陽(yáng)工程學(xué)院，給我們創(chuàng)造了如此優(yōu)越的