數(shù)電課設(shè)定時顯示報警電路教材

武漢理工大學《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計報告目錄1設(shè)計思路 31.1原理介紹 31.2步驟介紹 41.3設(shè)計思路 42電路模塊與仿真 52．1時鐘脈沖模塊仿真圖 52.2時鐘脈沖模塊設(shè)計與分析 62.3計時模塊仿真圖 72.4計數(shù)模塊設(shè)計與分析 72.5顯示模塊的仿真 92.6顯示模塊的設(shè)計與分析 92.7報警模塊的仿真 102.8報警模塊的分析與設(shè)計 112.9整體電路仿真 123硬件電路 133.1硬件焊接圖 133.2原件清單 144結(jié)果分析 155心得體會 16摘要本次課程設(shè)計需要的電路為可預置的定時顯示報警電路，它是一種可以根據(jù)我們需要，設(shè)置其預制報警時間的報警器。其使用范圍較廣，其一般流程為，首先可以進行預置報警時間，然后計時電路模塊計時到預定時間，時間結(jié)束后聲光報警模塊發(fā)出報警信號，主要利用一些集成芯片，觸發(fā)器，計數(shù)器，譯碼器，顯示器，邏輯門電路等一些芯片構(gòu)成，關(guān)鍵詞：時鐘脈沖計數(shù)器顯示電路報警模塊1設(shè)計思路1.1原理介紹可預制的定時顯示報警電路，在本電路設(shè)計中，一共分為四個模塊，首先是時鐘脈沖模塊，其作用是給后面的計時芯片提供時鐘信號，本次采用的是555芯片，將555芯片連接成多諧震蕩電路，根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)置不同的電阻電容值使得輸出的脈沖周期為1秒。讓計數(shù)器每次計數(shù)的時間間隔為1秒。本次電路設(shè)計的第二個模塊是計時芯片，所用為74LS90芯片，它可以產(chǎn)生0到30進制的計數(shù)，計數(shù)電路由兩塊74LS90芯片構(gòu)成，當最大預制時間為30秒時，兩個芯片分別連接成三進制、十進制，十位芯片的時鐘信號由個位芯片進位信號提供，當個位記滿一圈后產(chǎn)生進位信號，將Qd的輸出接入到十位的時鐘，當十位達到0011時即記滿30秒，將低兩位的高電平信號輸入到90芯片的清零端，兩塊90芯片的清零端連接在一起，即可實現(xiàn)同時清零，則計數(shù)30秒完成。第三個模塊為計數(shù)顯模塊，計數(shù)顯示模塊有兩塊4511譯碼器和2塊共陰極數(shù)碼管組成，將計數(shù)器的Qa、Qb、Qc、Qd依次接入到譯碼器中，則在計數(shù)過程中，數(shù)碼管會顯示工作時間。第四個模塊為報警模塊，報警模塊有D觸發(fā)器和蜂鳴器組成，本電路采用D觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，其輸入端直接接高電平，當計數(shù)器記滿30時十位輸出為0011，將兩個高電平的輸出接入一個與門后作為一個時鐘信號給D觸發(fā)器，這時候就會有一個上升沿信號，從而使D觸發(fā)器的輸出為高電平，而蜂鳴器的負極接地，這樣，當計數(shù)到預制時間時，蜂鳴器就會報警。實驗預制報警功能。1.2步驟介紹（1）根據(jù)設(shè)計要求分析電路思路

（2）畫出符合設(shè)計要求的電路圖

（3）用仿真軟件仿真電路，查看輸出結(jié)果

（4）根據(jù)電路圖焊接電路板

（5）實物調(diào)試，并對結(jié)果進行分析

（6）完成設(shè)計并寫出心得體會

1.3設(shè)計思路顯示電路

計數(shù)器時鐘脈沖信號報警模塊2電路模塊與仿真2．1時鐘脈沖模塊仿真圖圖2.1時鐘脈沖2.2時鐘脈沖模塊設(shè)計與分析時鐘脈沖模塊是給計時芯片提供一個時鐘脈沖信號，使其能夠完成周期為1秒的計數(shù)，本電路我們使用的是555定時器所構(gòu)成的多諧振電路來進行發(fā)出時鐘脈沖。555定時器內(nèi)部比較器靈敏度較高，而且采取差分電路形式，用555定時器組成的多諧振振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。555定時器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用極為廣泛。它不僅用于信號的產(chǎn)生和變換，還常用于控制和檢測電路中。本實驗所需的時鐘脈沖周期為1秒，則有電容器C放電所需時間為：t1=R1Cln2當放電結(jié)束后，電容器C充電所需時間為t2=(R1+R2)Cln2則一個充放電周期為T=t1+t2=0.98S其振蕩頻率為在555產(chǎn)生的時鐘脈沖后面，接有一個運算放大器，放大脈沖信號的電壓，555輸出的電壓較低，在電路中的高低電平不易區(qū)分，且在報警電路中需要較高電平才能使其發(fā)聲.放大電路原理為:Vo/R=Vi/2RVi=2Vo則在經(jīng)過放大器的放大作用后，輸出電壓能夠達到原來的兩倍，這樣可以消除因555觸發(fā)器輸出電壓較低而帶來的影響，使得后面的輸入輸出的高低電平正常。2.3計時模塊仿真圖圖2.3計數(shù)模塊2.4計數(shù)模塊設(shè)計與分析該計數(shù)顯示模塊所采用的是74LS90計數(shù)芯片，該芯片的基本的連接如下方所示通過不同的連接方式，74LS90可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對計數(shù)器清零。其具體功能詳述如下：若將CP2和QA相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，

則構(gòu)成異步8421碼十進制加法計數(shù)器。

清零、置9功能，異步清零

，當R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。

在本電路中，需要30秒計數(shù)，兩個90芯片個位采用的是十進制，十位采用的是三進制，在連接的時候，個位芯片的時鐘信號是由555觸發(fā)器產(chǎn)生的1Hz的方波脈沖，當個位的芯片計數(shù)到十，QD、QC、QB、QA的輸出端則為1010，將輸出端QD的電平送到十位的時鐘信號輸入端，由于該芯片是下降沿觸發(fā)，所以個位芯片的計數(shù)由十變一時，就會有下降沿產(chǎn)生，作為一次進位信號，在清零方面，將兩個芯片的清零端R0(1)、R0(2)分別接在一起，當計數(shù)到30時，十位輸出為0011，將兩個高電平分別送入兩個90芯片的清零端，使計數(shù)器清零。從而達到預制30秒的效果。2.5顯示模塊的仿真圖2.5顯示模塊2.6顯示模塊的設(shè)計與分析顯示部分由兩塊4511芯片和兩塊共陰數(shù)碼管組成，4511的部分功能如下所示，D4511

是一片

CMOS

BCD—鎖存/7

段譯碼/驅(qū)動器，其中a

b

c

d

為

BCD

碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時，

B1端應(yīng)加高電平。另外

CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。a～g是

7

段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀圖路，

BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0

時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。

LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0

時，譯碼輸出全為1，不管輸入

DCBA

狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。

LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。

A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端因此在本電路模塊中，4511芯片與兩位7端共陰數(shù)碼管相連接，達到顯示計數(shù)的目的。2.7報警模塊的仿真圖2.7報警模塊2.8報警模塊的分析與設(shè)計報警模塊就是當計數(shù)達到預制數(shù)的一刻，報警模塊會發(fā)出聲或光的報警信號，在本電路的設(shè)計中，當記滿30秒時，十位的74LS90芯片的輸出端為0011，將兩個高電平輸出通過74LS08芯片與門，則輸出為一個高電平，將此個輸出的高電平接入到74LS74的D觸發(fā)器的時鐘信號的輸入端，74LS74芯片是一個上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，則當十位計數(shù)到0011時，兩個高電平將經(jīng)過與門將產(chǎn)生一個上升沿的脈沖信號，使D觸發(fā)器的輸入信號輸出，在電路中，D觸發(fā)器的輸入端始終接到高電平，因此，當上升沿到來時，高電平的輸入信號就會輸出，而用于報警作用的蜂鳴器正端接D觸發(fā)器的輸出，負端接地，當D觸發(fā)器的輸出端為高電平時，蜂鳴器就會發(fā)出報警信號，從而完成預置報警功能。2.9整體電路仿真圖2.9整體電路將555芯片連接成多諧震蕩電路，根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)置不同的電阻電容值使得輸出的脈沖周期為1秒。可預制的定時顯示報警電路，讓計數(shù)器每次計數(shù)的時間間隔為1秒，所用為74LS90芯片，它可以產(chǎn)生0到30進制的計數(shù)，計數(shù)電路由兩塊74LS90芯片構(gòu)成，將低兩位的高電平信號輸入到90芯片的清零端，兩塊90芯片的清零端連接在一起，即可實現(xiàn)同時清零，則計數(shù)30秒完成，數(shù)顯示模塊有兩塊4511譯碼器和2塊共陰極數(shù)碼管組成，將計數(shù)器的Qa、Qb、Qc、Qd依次接入到譯碼器中，則在計數(shù)過程中，數(shù)碼管會顯示工作時間，報警模塊有D觸發(fā)器和蜂鳴器組成，使D觸發(fā)器的輸出為高電平，而蜂鳴器的負極接地，這樣，當計數(shù)到預制時間時，蜂鳴器就會報警。實驗預制報警功能。3硬件電路3.1硬件焊接圖圖3.1硬件焊接調(diào)試過程在焊接的時候一定要非常的注意不能出現(xiàn)虛焊和短接等情況。更加要注意的是在條件允許的情況下，要檢查每一個元件的好壞，這樣更加能夠保證課設(shè)的順利進行。在焊接完成后不要急于加電壓，信號等進行操作，要檢查每個元件是否虛焊，是否正負反接，每個芯片的接高電平和接地是否有遺漏，整體的接線是否正確。在確定所有的工程都完成后，在進行實際的操作，就是檢驗整個課設(shè)最終成果的時候。在檢驗與測試的時候，實驗板并沒有按照預期的出現(xiàn)了正確或著說預期的實驗效果.通過對實驗板各個功能部件的調(diào)試，慢慢的去發(fā)現(xiàn)問題和錯誤并及時改正過來。3.2原件清單555觸發(fā)器 一塊1uF的電容 兩個470K 兩個10K電阻 三個LM158 一個74LS90 兩塊共陰數(shù)嗎管 兩塊4511譯碼器 兩塊74LS08 一塊74LS74 一塊蜂鳴器 一個4結(jié)果分析從以上的輸出結(jié)果可以看出，無論是電路圖的仿真，還是實際電路圖的測試，都會產(chǎn)生一定的誤差，在仿真圖中，誤差較小，而在實際硬件測試中，則會出現(xiàn)較大誤差。主要誤差及產(chǎn)生原因有，555芯片產(chǎn)生的時鐘脈沖，不能達到周期為1秒的要求，這可能的原因是線路本身存在的影響，還有就是元器件的參數(shù)導致。在計數(shù)達到預制時間時，產(chǎn)生的上升沿信號可能不能有效的被D觸發(fā)器接受，這都是線路本身存在的影響。還有就是達到預制時間，報警電路不能立馬工作，這是因為與門和D觸發(fā)器對信號都有一定的延時作用，不可消除，還有一個出現(xiàn)的問題就是可能D觸發(fā)器已經(jīng)輸出了高電平，但蜂鳴器沒有發(fā)聲，這可能的原因是輸出信號的電壓不夠，不足以帶動蜂鳴器發(fā)聲，因此在電路設(shè)計中，555輸出的脈沖信號會經(jīng)過一個運算放大器，放大信號的電壓，盡量的避免之類的問題。5心得體會通過這次課程設(shè)計，我體會到了許多。第一，在根據(jù)仿真圖焊接電路板時，可能會遇到許許多多意想不到的問題，而在遇到問題時，我們需要冷靜的分析問題出在哪兒，一步一步的調(diào)試，最后你就會找到問題的根源所在。在實踐操作中，當看到那么多的集成塊，當時真的很恐懼，但是必須硬著頭皮把它做好。在做秒信號電路的接線時遇到了很多困難，不是接線沒接好就是管腳接線錯誤第二，理論和實際往往會有很大的差別，也許在理論上會能夠得到很完美的運行結(jié)果，但一運用到實際中，就會不一樣了。好多電路要親自調(diào)試一遍才