毕业设计电子技术课程设计倒计时器的设计.docx
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毕业设计电子技术课程设计倒计时器的设计
课程设计名称:
电子技术课程设计
题目:
倒计时器
学期:
2013-2014学年第2学期
专业:
自动化
班级:
姓名:
学号:
指导教师:
课程设计任务书
一、设计题目
倒计时器的设计
二、设计任务
显示两位数倒计时,如99到1
1.当到9时喇叭自动响0时结束
2.用LED数码管显示结果
3.可以实现预置数功能
三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天:
针对选题查资料,确定设计方案;
第2天:
方案分析比较,电路原理设计,进行元器件及参数选择;
选用芯片参考:
减法器、74160A、74LS48、LED数码管、74190等。
第3~4天:
利用Multisim或PROTUES电路仿真,画电路原理图;
第5天:
编写整理设计报告。
四、设计要求
1.画出整体电路图(Protel或AltiumDesigner或Multisim,推荐AltiumDesigner)。
2.对所设计的电路全部或部分进行仿真,使之达到设计任务要求。
3.写出设计报告书。
指导教师:
时间:
摘要
倒计时器在日常生活中应用比较广泛,比如篮球比赛是用的30秒倒计时,还有交通灯使用的60秒倒计时等等,但是这些倒计时器仅用在特定的场合,通用性比较差。
为此,本文通过简单的数字逻辑电路器件,搭建成了可以实现预置数功能的倒计时器。
本次设计的倒计时器主要由六个模块构成:
置数电路、脉冲发生器、计数器、显示电路、控制电路和报警电路。
用拨码开关和74LS147D优先编码器实现置数,用两片74LS192D连成100进制减法计数器并通过555定时器构成多谐振荡电路提供脉冲,LED数码管显示,当倒计时记到09时用蜂鸣器实现报警直到00结束,最后通过控制电路实现倒计时器的置数、暂停、清零。
本倒计时器可以实现任意两位数的倒计时,实时性强,可操作性好,较好的解决了目前倒计时器通用性差的问题。
关键词:
倒计时器;LED;报警;控制
目录
综述1
1方案设计与分析2
1.1设计原理2
1.2设计方案2
1.3电路设计框图3
2单元电路设计4
2.1置数电路4
2.1.1电路组成4
2.1.2工作原理4
2.2计数器电路5
2.3显示电路5
2.4脉冲发生电路6
2.4.1555定时器6
2.4.2用555定时器构成多谐振荡器6
2.5报警电路7
2.6控制电路8
3总体电路仿真9
设计体会10
参考文献11
综述
倒计时器在人们日常生活中应用广泛,为人们提供了很大的便利,倒计时器的样子和功能也多种多样。
我设计的倒计时器由置数电路、计数器、脉冲发生器、显示器、控制电路、报警电路组成。
由数码管显示器来显示计数器所输出的信号。
采用了74LS系列中小规模集成芯片。
先通过555定时器构成多谐振荡电路输出脉冲,再通过74LS192芯片来实现倒着计数的功能,在置数端置成需要的数,最后把输出连接到LED数码管上显示数字。
我设计的倒计时器主要是要完成倒计时任务,其具体实现的功能有:
显示两位数倒计时,如99到1;当到9时喇叭自动响0时结束;用LED数码管显示结果;可以实现预置数功能,暂停/开始功能,清零功能。
可以用作任意两位数的倒计时并实现其一系列功能。
1方案设计与分析
1.1设计原理
我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲,即输出周期为1秒的方波脉冲,将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的减计数脉冲端,输出端通过LED数码管显示十进制数,在74LS192的四个输入端接74LS147的输出,在74LS147的输入用拨码开关输入,然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零,启动和暂停/连续、显示电路的显示,置入任意两位数作为计数起点,以及报警等功能。
1.2设计方案
在此,提出两种方案,主要是置数电路和计数器,方案一:
置数电路可以直接用开关输入计数器高低电平,表示二进制数,如图1-1:
计数器采用74LS190级联成100进制减法计数器。
方案二:
采用拨码开关,和74LS147优先编码器,进行置数,将74LS147输出,经反相器取反,输入计数器,如图1-1:
计数器采用74LS192级联成100进制减法计数器。
方案一,置数开关能置入0到15的十进制数,但是仅需要置入0到9即可,还有开关有机械抖动,可能会使置数不稳。
74LS190作为计数器实现直接置零不是很方便,需要占用置数功能。
方案二可以很好的弥补方案一的缺陷,所以选择方案二。
图1-1
1.3电路设计框图
图1-2设计原理框图
2单元电路设计
2.1置数电路
2.1.1电路组成
由9位拨码开关、74LS147,74LS04组成。
将开关组一端与VCC连接,另一端与74LS147的九个输入端连接。
74LS147输出端分别连接4个非门。
开始时开关全部闭合,非门输出0000,然后开关依次从上往下断开,非门依次输出0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001,对应着十进制数从1到9。
(电路如图2-1所示)
图2-1置数电路
2.1.2工作原理
74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。
某个输入端为0,代表输入某一个十进制数。
当9个输入端全为1时,代表输入的是十进制数0。
4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。
74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效,即当某一个输入端低电平0时,4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421BCD编码。
当9个输入全为1时,4个输入出也全为1,代表输入十进制数0的8421BCD编码输出。
2.2计数器电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件,它不仅可以用来对脉冲进行计数,还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。
本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。
按照课程设计任务书要求计数器。
我们将用两片74LS192级联成100进制减法计数器如图2-2
图2-2计数电路
2.3显示电路
显示电路用DCD_HEX数码管显示器(自带译码器的7段数码管)显示十进制数字,它有四个输入端,可以直接接入到192四个输出端上。
图2-3显示电路
2.4脉冲发生电路
2.4.1555定时器
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。
2.4.2用555定时器构成多谐振荡器
用555定时器构成多谐振荡器电路。
电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。
如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲。
即按照图2-4连接的电路就可以产生1Hz的方波脉冲。
图2-4555定时器构成的多谐振荡电路
2.5报警电路
任务要求在倒计时器倒计时到9秒时发出警报,当倒计时到0时报警结束。
因次我们可以将192的输出端按照图2-5连接,当192的高位到低位输出0000xxxx时(即倒计时到9秒时)开始报警,当输出00000000时报警结束。
图2-5报警电路
2.6控制电路
暂停/连续控制:
当暂停/开启开关打到低电平时计时器暂停,当开关打到高电平时计时器正常计时。
清零控制:
当开关接高电平时,电路清零,显示清零。
电路连接如图2-6
图2-6控制电路
3总体电路仿真
本倒计时器由5个模块组成:
时钟模块(即秒脉冲发生模块)、计数模块、显示模块、控制模块和报警电路。
总体仿真电路如下图3-1。
打开仿真软件Multisim10.0按要求在Multisim10.0里连接好如图所示的电路点击仿真按钮,进行仿真,在脉冲发生电路仿真中我们可以用示波器来观察产生的脉冲是否为1Hz。
最后的仿真结果是:
计时器可以从任意置入的一个两位数开始倒计时,并在计时显示09时,蜂鸣器鸣响,显示00时,报警停止。
按下暂停/启动开关,可以暂停启动计数,按下清零,时计数清零,按下置数开关,并拨动拨码开关,可以实现置数功能。
图3-1总体仿真电路图
设计体会
通过这次设计,我掌握了74LS192、74LS04、74LS32、74LS147等芯片的原理,简单了解了倒计时器的电路原理,初步掌握了两位倒计时器的设计、调试及测试方法,提高设计电路,改进电路的能力,巩固了已学的理论知识,建立数字电子技术理论和实践的结合,了解两位倒计时器各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、组织两位倒计时器的各个单元电路。
在实验中,出现问题是难免的。
重要的是分析问题,找出出现问题的原因,从而解决它。
一般的说,有四个方面的原因产生问题(故障):
器件故障、接线错误、设计错误和测试方法不准确。
在查找故障过程中,首先要熟悉经常发生的典型故障。
(1)器件故障器件故障是器件失效或器件接插问题引起的故障,表现为器件工作不正常。
这需要更换一个好器件。
(2)接线错误是最常见的错误。
据有人统计,在教学实验中,大约70%以上的故障是由接线错误引起的。
常见的接线错误包括忘记接器件的电源和地;连接线和插孔接触不良连线经多次使用后,有可能外面的塑料包皮完好,但内部线断;连线多节、漏接、错接;连线过长、过乱造成混乱。
(3)设计错误自然会造成与预想的结果不一致。
原因是对实验要求没有看透,或者对所用器件的原理没有掌握。
因此实验前一定要理解实验要求,掌握实验线路原理、精心设计。
初始设计完成后一般应付对设计进行优化。
最后画好逻辑图以及接线图。
(4)测试方法不正确如果不发生前面所述三种错误,实验一般会成功。
但有时测试方法不正确也会引起观测错误。
例如,一个稳定的波形,如果用示波器观测,而示波器没有同步,侧造成波形不稳定的假象。
因此要学会正确使用所有仪器、仪表。
这次课程设计提升了我的应用意识,提高了我的动手能力。
只有在实践应用中,切身感悟书本里的思想,解决自身需要,才能真正吸收优秀的思想为自己所用。
我感触最深的就是查阅了大量的设计资料。
为了让自己的设计更加完善,我们需要了解大量的技术信息,芯片种类。
比如这次用74LS147设计置数电路。
摒弃了使用二进制置数的弊端。
大量的设计资料文献,能让我们所想的功能和电路成为现实,是我们顺利完成设计任务的保证。
参考文献
[1]阎石;清华大学电子学教研组.数字电子技术基础[M].第五版.北京:
高等教育出版社,2006.
[2]董玉冰.Multisim9在电工电子技术中的应用[M].第一版.北京:
清华大学出版社,2008.
[3]王冠华.Multisim10电路设计及应用[M].第一版.北京:
国防工业出版社,2008.
[4]范文兵.数字电子技术基础[M].第一版.北京:
清华大学出版社,2007.
[5]杨志忠.数字电子技术[M].第二版.北京:
高等教育出版社2007.
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