數(shù)電課程設(shè)計(jì)-盲人報(bào)時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告

PAGEPAGE1盲人報(bào)時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)論文1.目的1）理解盲人報(bào)時(shí)鐘電路的基本原理2）了解時(shí)鐘電路的基本知識(shí)3）熟練掌握555定時(shí)器和蜂鳴器4）了解數(shù)碼管顯示的工作過程5）掌握CMOS門電路的用途6）進(jìn)一步掌握74LS160、74LS192的工作原理2.設(shè)計(jì)指標(biāo)1）具有時(shí)分秒計(jì)時(shí)功能，周期為12小時(shí)，顯示滿刻度為11時(shí)59分59秒2）具有手動(dòng)校時(shí)、校分功能3）設(shè)有報(bào)時(shí)、報(bào)分開關(guān)4）按報(bào)時(shí)開關(guān)時(shí)，能以聲響數(shù)目告訴盲人5）按報(bào)分開關(guān)時(shí)，同樣以聲響數(shù)目告訴盲人，但每響一下代表十分鐘6）所記錄的時(shí)分秒信息要求用數(shù)碼管顯示出來3.原理框圖時(shí)間時(shí)間模塊控制模塊聲響模塊揚(yáng)聲器掃描電路數(shù)碼管3.1工作過程1）用撥碼開關(guān)不同的組合分別控制調(diào)時(shí)、調(diào)分、正常計(jì)時(shí)三種不同的狀態(tài)。2）在調(diào)時(shí)、調(diào)分的過程中，計(jì)數(shù)器間的CP脈沖被屏蔽掉，由單步脈沖代替CP輸入；相反正常計(jì)時(shí)的時(shí)候，單步脈沖被屏蔽掉。報(bào)時(shí)電路中，用減法計(jì)數(shù)器就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)的功能。3）按報(bào)時(shí)開關(guān)時(shí)，通過揚(yáng)聲器用聲響次數(shù)告訴盲人時(shí)間，每響一次代表一小時(shí)；按報(bào)分開關(guān)時(shí)，也通過揚(yáng)聲器用聲響次數(shù)告訴盲人時(shí)間，每響一次代表十分鐘。3.2各模塊功能控制模塊：利用晶體振蕩電路控制脈沖信號(hào)，以保證時(shí)鐘走時(shí)的準(zhǔn)確及穩(wěn)定聲響模塊，揚(yáng)聲器：利用脈沖信號(hào)控制聲響次數(shù)告訴盲人時(shí)間時(shí)間模塊：利用脈沖信號(hào)控制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒的調(diào)試，開始報(bào)時(shí)后將信號(hào)送給掃描電路掃描電路，數(shù)碼管：掃描電路接受信號(hào)，與計(jì)數(shù)器同步工作，連接數(shù)碼管顯示時(shí)間。4．元器件清單元器件名稱使用數(shù)量1電阻52電容23四位二進(jìn)制超前進(jìn)位全加器74LS28314七段顯示譯碼器74LS4865二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS16066十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS19227與門電路28與非門電路59七段顯示數(shù)碼管610或門電路211非門電路412555定時(shí)器113蜂鳴器214開關(guān)45．工作進(jìn)程計(jì)數(shù)器由74LS160構(gòu)成秒分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，74LS160的CLK直接接脈沖發(fā)生器，QA~QD接74LS48譯碼器用來顯示二進(jìn)制自然序列，利用這個(gè)芯片的預(yù)置數(shù)功能構(gòu)成12,60,60進(jìn)制的時(shí)分秒計(jì)數(shù)器；校時(shí)電路是由兩個(gè)與非門構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，將1Hz的“計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)”送至“計(jì)數(shù)器的CP端”，電路設(shè)有四個(gè)開關(guān)分別進(jìn)行校時(shí)、校分；報(bào)時(shí)電路由74LS192的減法功能、74LS283和蜂鳴器直接接收秒脈沖組成，通過改變不同的頻率報(bào)告不同的時(shí)間；譯碼顯示電路由譯碼器74LS48連接共陰極LED數(shù)碼管構(gòu)成，顯示計(jì)數(shù)器輸出的四位二進(jìn)制數(shù)。6.功能模塊6.1秒脈沖發(fā)生器6.1.1多諧振蕩器的構(gòu)成多諧振蕩器采用集成電路555定時(shí)器與RC組成6.1.2多諧振蕩器電路原理多諧振蕩器采用集成電路555定時(shí)器與RC組成，設(shè)產(chǎn)生振蕩頻率為f0=1000HZ，R3為可調(diào)電位器，微調(diào)R3可調(diào)出1000HZ的脈沖信號(hào)，如圖1圖1555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器6.2計(jì)數(shù)器6.2.1由74LS160構(gòu)成秒、分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位報(bào)時(shí)鐘的“秒”、“分”信號(hào)產(chǎn)生電路都是由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，“時(shí)”信號(hào)產(chǎn)生電路為十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它們都可以用兩個(gè)“四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器”來實(shí)現(xiàn)。利用74LS160芯片的預(yù)置數(shù)功能，也可以構(gòu)成不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，如圖2、表1實(shí)現(xiàn)。圖274LS160管腳排列圖管腳圖介紹：時(shí)鐘CLK和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端A,B,C,D；數(shù)據(jù)輸出端QA~QD清零~CLR

使能ENP，ENT

置數(shù)~LOAD以及進(jìn)位輸出RCO.(RCO=Q0·Q1·Q2·Q3·ENT)

<74LS160功能表>從74LS160功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CLR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出QD、QC、QB、QA立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CLR=“1”且LOAD=“0”時(shí)，在CLK信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端QD、QC、QB、QA的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端A，B，C，D的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CLR=LOAD=ENP=ENT=“1”、CLK脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS160還有一個(gè)進(jìn)位輸出端RCO，其邏輯關(guān)系是RCO=Q0·Q1·Q2·Q3·ENT。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS160可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。表174LS160功能表輸入輸出CLRCLKLOADENPENTDCBAQDQCQBQA0ФФФФФФФФ00001↑0ФФdcbadcba1↑10ФФФФФQDQCQBQA1↑1Ф0ФФФФQDQCQBQA1↑111ФФФФ狀態(tài)碼加16.2.2秒與分個(gè)位計(jì)數(shù)器74LS160被接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其置數(shù)輸入端A,B,C,D被接成低電平，~LOAD接高電平,ENP,ENT接CLK端控制進(jìn)位。計(jì)數(shù)器的輸出端QA~QD接譯碼電路74LS48的輸入端D~A。當(dāng)秒脈沖輸入時(shí)，電路狀態(tài)按二進(jìn)制自然序列依次遞增1，QA,QB,QC,QD輸出為0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,當(dāng)輸出為1010，也就是10時(shí)，QA,QC輸出都為1，經(jīng)過一個(gè)與門后一路經(jīng)反相后送入或非門的一個(gè)輸入端，輸出送往計(jì)數(shù)器的清零端CLR使秒計(jì)數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入秒十位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。6.2.3秒與分十位計(jì)數(shù)器74LS160被接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，接法與秒個(gè)位計(jì)數(shù)器相同，秒個(gè)位計(jì)數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入秒十位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端，使其二進(jìn)制自然序列依次遞增1，QA,QB,QC,QD端輸出為0000,0001,0010,0011,0100,0101，當(dāng)輸出為0110也就是6時(shí)，QB,QC輸出為1，QA,QD輸出為0，QB,QC經(jīng)過一個(gè)與非門后一路先送往秒十位計(jì)數(shù)器的清零端，然后取反接或非門的另一個(gè)輸入端后送入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器的清零端，將整個(gè)秒計(jì)數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入分個(gè)位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。分計(jì)數(shù)器的連接方法與秒計(jì)數(shù)器的相同，分計(jì)數(shù)器向時(shí)計(jì)數(shù)器送進(jìn)位脈沖。秒、分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成如圖3所示。圖3秒，分六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器6.2.4由74LS160構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器由兩個(gè)74LS160構(gòu)成，個(gè)位是十進(jìn)制，要求狀態(tài)變化在0000~1001間循環(huán)，十位是二進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000~0010間循環(huán)，顯示為0~12小時(shí)。原理是由分計(jì)數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入十個(gè)位計(jì)數(shù)器，電路在分進(jìn)位脈沖的作用下按二進(jìn)制自然序列遞增1，當(dāng)計(jì)數(shù)到12，這時(shí)小時(shí)個(gè)位輸出0010（也就是2），小時(shí)十位輸出0001（也就是1），小時(shí)十位計(jì)數(shù)器只有QC端有輸出，小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器只有QB端由輸出，將QB,QC端接入二輸入與非門，與非門輸出一路先送入十位計(jì)數(shù)器的清零端然后取反送入或非門的另一個(gè)輸入端，輸出接小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的清零端，其每十小時(shí)清零并向小時(shí)十位計(jì)數(shù)器送進(jìn)位脈沖，當(dāng)十位輸出為一，小時(shí)個(gè)位輸出為二時(shí)，將整個(gè)電路清零，另一路取反后作為星期進(jìn)位脈沖送入星期顯示電路的脈沖輸入端，完成12小時(shí)的顯示及向星期電路送星期進(jìn)位脈沖的功能。兩個(gè)74LS160構(gòu)成小時(shí)的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器框圖，如圖4所示圖4小時(shí)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器6.3校時(shí)電路當(dāng)時(shí)鐘顯示不準(zhǔn)確時(shí)，需要校準(zhǔn)時(shí)間，校準(zhǔn)時(shí)間的方法有很多，常有的有“快速校時(shí)法”。由與非門構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以將1Hz的“計(jì)數(shù)進(jìn)位信號(hào)”送至“計(jì)數(shù)器的CP端”，其工作過程為：當(dāng)接通校時(shí)開關(guān)時(shí)，與非門輸出一個(gè)低電平和一個(gè)高電平。“計(jì)數(shù)器進(jìn)位信號(hào)”通過“校時(shí)CP端”送至“計(jì)數(shù)器的CP端”，是“計(jì)數(shù)器”在“秒”信號(hào)的控制下“快速”計(jì)數(shù)，當(dāng)校時(shí)電路打到A時(shí)，秒計(jì)數(shù)器經(jīng)過與非門，發(fā)出一個(gè)分計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。當(dāng)校時(shí)電路打到B的分計(jì)時(shí)器CP時(shí)，開始進(jìn)行校時(shí)，以達(dá)到準(zhǔn)確的時(shí)間。當(dāng)校時(shí)電路打到C時(shí)，開始進(jìn)行準(zhǔn)確的校時(shí)，當(dāng)校時(shí)電路打到D時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器可以接收到由分計(jì)數(shù)器發(fā)出的脈沖信號(hào)。但本設(shè)計(jì)要求有手動(dòng)校時(shí)，因此要分別設(shè)定校分，校時(shí)開關(guān)，并用基本的RS觸發(fā)器設(shè)定相應(yīng)的消抖電路，如圖5所示。圖5基本RS觸發(fā)器6.4報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)電路要求為人按動(dòng)報(bào)時(shí)、報(bào)分電路開關(guān)時(shí)分別用不同的聲響報(bào)告時(shí)間。當(dāng)按報(bào)時(shí)開關(guān)時(shí)，能以聲響次數(shù)告訴盲人；當(dāng)按報(bào)分開關(guān)時(shí)，同樣以聲響次數(shù)告訴盲人，不同為每響一次代表十分鐘。由于設(shè)計(jì)的報(bào)時(shí)報(bào)分具有實(shí)時(shí)性，所以器件方面選用74LS192的減法功能直接連接產(chǎn)生的脈沖，用以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，74LS192的邏輯引腳圖如圖6，表2所示圖674LS192管腳排列圖74LS192為同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，管腳圖介紹：UP為加計(jì)數(shù)端DOWN為減計(jì)數(shù)端~LOAD為置數(shù)端~CO為非同步進(jìn)位輸出端~BO為非同步借位輸出端A~D為四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端QA~QD為四個(gè)數(shù)據(jù)輸出端CLR為清零端表274LS192功能表CLR~LOADUPDOWN功能HXXX置0LLXX置1LHHH保持LH上升沿觸發(fā)H加法計(jì)數(shù)LHH上升沿觸發(fā)減法計(jì)數(shù)H：高電平L：低電平X：高低電平皆可報(bào)分，報(bào)時(shí)電路如圖7，圖8所示。圖7報(bào)分電路報(bào)時(shí)電路由74LS192連接74LS283組成，74LS283引腳如圖9所示。圖974LS283引腳圖74LS283為4位二進(jìn)制超前進(jìn)位全加器，283可進(jìn)行兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算，每位有和輸出Σ1~Σ4，進(jìn)位由第四位得到C4。其電源電壓為7v。引出端符號(hào)

A1–A4運(yùn)算輸入端

B1–B4運(yùn)算輸入端

C0進(jìn)位輸入端

Σ1–Σ4和輸出端

C4進(jìn)位輸出端

外接端口圖8報(bào)時(shí)電路6.5譯碼顯示電路電路由譯碼器集成電路74LS48，共陰極LED數(shù)碼管構(gòu)成。計(jì)數(shù)器74LS161及74LS192輸出的為四位二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼輸出端控制LED管顯示十進(jìn)制數(shù)0~9。譯碼顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼。七段顯示數(shù)碼管的外部引線排列如圖9，圖10，表3所示。圖9共陰極七段顯示數(shù)碼管圖1074LS48引腳圖表374LS48功能表7．總布局接線圖總電路圖如圖11所示圖11總電路圖8．總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)中，一方面使我充分了解了數(shù)字電子在實(shí)際中的應(yīng)用，各元器件的工作原理及過程，讓我認(rèn)識(shí)到自己對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)知識(shí)的缺乏，鍛煉了我的實(shí)踐能力，同時(shí)我也深深的感到自己還不能將所學(xué)的東西完全理解掌握，在動(dòng)手方面的能力還有待提高；另一方面我接觸到了Multisim仿真軟件，它的仿真過程很強(qiáng)大，這也更好的培養(yǎng)了我關(guān)