倒计时数字计时显示器.docx
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倒计时数字计时显示器.docx
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倒计时数字计时显示器
数字计时显示器
论文作者:
戴橙
2011年12月30
邵阳学院课程设计(论文)任务书
年级专业
学生姓名
戴橙
学号
题目名称
数字显示计时电路
设计时间
2011.
12.12-12.30
课程名称
电子技术课程设计
课程编号
121202306
设计地点
电工电子实验室、创新实验室
一、课程设计(论文)目的
通过课程设计,使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解,学会查寻资料、方案设计、方案比较,以及单元电路设计计算等环节,进一步提高学生综合运用所学知识的能力,提高分析解决实际问题的能力。
锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领,通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。
二、已知技术参数和条件
采用模拟电子技术,数字电子技术课程上学习的集成电路来设计有一定应用性的电路。
不允许采用单片机。
设计一个具有数字显示的计时电路。
1、能够设置计时时间
2、能用LED数码管显示剩余工作时间,当计时开始时,显示所设定的总时间。
每当计时1min,显示数字立即减1。
在以上基础上任意发挥。
三、任务和要求
1.按学校规定的格式编写设计论文。
2.论文主要内容有:
①课题名称。
②设计任务和要求。
③方案选择与论证。
④方案的原理框图,总体电路图、布线图,以及它们的说明;单元电路设计与计算说明;元器件选择和电路参数计算的说明等。
⑤用protuse或其它仿真软件对设计电路仿真调试。
对调试中出现的问题进行分析,并说明解决的措施;测试、记录、整理与结果分析。
⑥收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。
注:
1.此表由指导教师填写,经系、教研室审批,指导教师、学生签字后生效;
2.此表1式3份,学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件(包括实验室、主要仪器设备等)
主编张克农.数字电子技术.高教出版社出版.第一版.2006年
彭介华主编.电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年
曾建唐主编.《电工电子基础实践教程》.机械工业出版社.2002年
康光华主编.《电子技术基础》.高教出版社出版.第四版.1999年
电子电工实验室可以提供的主要仪器设备:
示波器 型号规格VP-5220、电子学习机 型号规格WL-V、万用表 MF10;以及分立元件、或中规模集成芯片。
五、进度安排
2011年12月12日-13日:
收集和课程设计有关的资料,熟悉课题任务何要求;
2011年12月14日-15日:
总体方案设计,方案比较,选定方案的论证及电路的工作原理;
2011年12月16日-21日:
单元电路设计,参数计算,元器件选择,电路图;
2011年12月22日;整理书写设计说明书
2011年12月23日:
答辩
六、教研室审批意见
教研室主任(签字):
年月日
七|、主管教学主任意见
主管主任(签字):
年月日
八、备注
指导教师(签字):
学生(签字):
摘要
随着时代的发展,数字电路作用越来越大,对我们日常生活的影响也越来越深,小到我们用的手表,大到国防的先进武器,对数子电路的研究设计是目前正进行的一个重要课题。
本次我们研究的课题是数字显示计时电路的设计。
数字显示计时电路在我们日常生活中也应用很广泛,比如我们在比赛中用的倒计时钟,新年倒计时表等。
本次数字显示计时器我们用到数码管对我们的数字进行计数,74LS193芯片作用是对我们脉冲信号进行减法计数,处理信号的过程中我们还用到了CMOS门电路对信号的各种运算。
在计数器计完时间后会发出提示的响声,因此还加入三极管放大器和小音响设备,最后我们绘出了仿真图,成功的完成了本次设计。
关健词:
数字电路;显示计时;74LS193
目录
1绪论
1.1电子显示电路的作用
随着电子技术的高速发展,电子技术领域里的新概念,新方法不断涌现,使电子技术内容不断增加,而数字显示计时电路作为电子的一个方面,也得到了快速的发展,本次课题就是对显示计时电路的一个探讨。
本次课程设计的基础思想是:
1.通过学生的自己设计来对学生电子技术知识的掌握情况,从而找到教学方面的缺优点,并加以改进和传播。
2.学生通过电子课程设计来提高动手能力,同时也是一次创新。
1.2电子计时在生活中的应用
随着数字时代的飞速发速,数字技术已经完全成熟,而且随着技术的发展,其价格也越来越低,使得数字电子计时器在我们生活得到普及。
在体育赛事中,倒数计时器必不可少,而且其要求的精度也要求严格,这就需求有非常强的技术。
在商业界的影响更是如此。
对于大型的商品的促售活动,商家们就使用了电子倒数计时器,其造价成本低受到了大家的青睐。
尤其是以电子LED计时显示屏的特点更为突出,比如:
1、电子计时显示屏亮度高可视距离远,五百米内都能清晰可见。
2、电子计时显示屏显示内容简单明了色彩鲜艳,不会带来条幅或其它显示设备的粗糙感及厚重感。
4、电子计时显示屏是一种高科技的产品.它的采用能很快的将贵公司与时代接轨。
5、电子计时显示屏的发展前景极为广阔,在政府机构和企事业处都起着重大作用。
显示屏的系统的采用,将使贵公司的信息化登上更高的台阶。
随着我国经济发展迅猛,对信息的传播有越来越高的要求。
可以相信,数字电子计时显示器以其色彩鲜亮、显示信息量大、寿命长、耗电量小、重量轻、空间尺寸小、稳定性高、易操作、易安装维护等特点将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。
总得看来,电子计时显示器在当今显示媒体中,性价比最高,将会是人们最佳的选择。
2数字电子显示电路的原理
2.1秒钟个位计时原理
本系统由三个模块组成,74LS193芯片、显示数码管和蜂鸣器。
系统设计的方框图如下图2.1所示,当脉冲信号输入时,74LS193对其进行减法计数,当秒钟计到零时,分钟计数器自动减1,当分钟和钞钟全部为0时,分钟计时器
产生脉冲使得音响设备发出声音提示计时时间快到。
数字电子显示电路之所以能计时,就是因
为其内部有脉冲信号使其能以1S一个脉冲波的
频率输出脉冲信号,脉冲信号输送给74LS193芯
片。
由表2.2可知,当
,MR=0,脉冲信号从
DN端输入时,74193自动从数字15开始计数,此时
74193就实现了减法计数的功能,为了让我们能
看到74193所显示的数字,需要引进显示管的显
示功能来实现。
数字显示管的有四个引脚,分别
接74193的输出端,从而可以实现了输出的显示
功能。
当74193的引脚
,MR=0,同时UP接入
脉冲信号,且DN接1时,74193就可做一个加法
器。
它作为加法器时,如果没有预置数,脉冲会
会从0开始,每当UP端来一个脉冲,74193就会加
1,并从输出端输出,从而可以在显示管上显示 图2.1系统流程图
出来。
表2.2 74193的功能表
UP
DN
MR
工作状态
-
-
1
-
清0
-
-
0
0
预置数
1
0
1
加法计数
1
0
1
减法计数
本次我们的课题是定时器,因此,我们用到的是74193的减法功能,所以,在设计74193的减法时,我们需要便
,即让74193的11号引脚接高电平,也就达到了使端口
置1的功能。
MR=0是减法计数的另一个必要条件,因此为了使MR=0,我们只要把74193芯片的14号引脚接地即可实现MR的置0。
当然,要使74193做减法器,DN必需接脉冲信号的输入端。
这样就是一个能过1S就能使数字显示器显示减法的计数器。
减法器做好之后,接下来就是要实现减法计数器的分钟计数。
因此减法器必须实现秒钟的秒数从00变为59然后依次对秒钟数进行减数。
为此,我们必须使74193从9开始减数,而不是从15开始减数,然后从9至0依次循环,这就涉及到74193的预置数功能。
74LS193的预置数功能就是使74193能从外界接收到给的信号数字,然后按照所给的信号数字开始减数。
因为秒钟秒数从9开始减数,因此这里我们设置秒钟的预置数为9,使秒钟的个位数能在9至0之间循环。
从上表2.2中可知,当
=0,MR=0,即74193的11号线与14号线接地时,74193就可以实现预置数功能。
这里我们要实现的是作9至0的循环。
因此,我们要把9输入74193中,使输入端
,
,
,
,即使74193的输入端9号和15号分别接高电平,1号和10号分别接地。
其接线如图2.3所示。
如果MR=0,
则74193就会把9置入芯片中,若此时
又马上变成1,那74193就立刻从9开始作减法计数。
图2.3 显示计时器秒钟个位计时接线图
预置数功能只能实现了把9置入芯片中,使其能从9开始减数,但由表2.2 74193功能表可知,当秒钟的个位变为0后,由于
仍为1的,也就是秒钟个位又变回到从15开始减数,为了让秒钟的个位从9减到0后,又能从9开始减数,因此必须当秒钟的个位变为15时使74193把9预置入芯片中,但同时又不会影响其秒钟的个位减数功能,我们引入了如上图2.3中与非门。
当秒钟由0变回15时,即输出端信号全部变成1时,经过与非门的转换,使信号变为0,然后把0信号又传给
,则由74193的功能表可知,当MR=0,
=0时,74193实现的是预转数功能,这时74193又从9开始计数,而且信号经与非门之后又是变成了1,传给
端后又实现减法计数,从而达到了我们想要的减法循环计数功能。
2.2 秒钟十位计时原理
秒钟个位已经设置好了,接下来是实现秒钟的十们减法计数,也就是要让秒钟的十位能在秒钟的个位从0变到9时,秒钟的十位能减1,即当秒钟个位每一个循环,秒钟的十位就实现减法,也是指每秒钟的个位一个循环就给秒钟的十位一脉冲信号。
从而达到如秒钟的个位减法计数的效果。
我们知道秒钟的十位是从5开始减法计数至0后又循环至5,也就是六进制的循环。
所以只要我们把秒钟十位预置数接成5即中满足要求,同时秒钟的十位脉冲信号端DN应接秒钟个位信号经与非门转换后的信号,即秒钟的十位减法是由秒钟的个位循环来提供脉冲的。
其他线的摘法同秒钟的个位减法接线一样。
秒钟的十位计时实物接线图如图2.4所示。
图2.4 显示计时器秒钟十位计时接线图
如上图电路中,把计数的输入端接5,即D3和D1都接地,把D2和D0接高电平。
当输出端Q0-Q3在下一循环变成全部变成1时,信号经过与非门后输给
,使5又置入74193芯片中,74193又从5开始循环减数。
把秒钟十位的输出端接数字显示管,我们就可以对秒钟的十位计时进行观察,这样就实现了显示计时电路的秒钟十位减法计数。
2.3 显示计数器分钟计时原理
上两节我们主要介绍了显示计数器的秒钟减法计时原理,这一节我们主要讨论如何设置分钟计时原理。
分钟的减法计数原理与秒钟的减法计时原理十分的相似,它是由秒钟的十位计数器的与信号来提供脉冲的,其他接线端同秒钟的计时接线图一样,如图2.5所示实物接线图。
分钟减法计数接线唯一与钞钟接线不同的是没有设置循环置数,因为我们设置的分钟定时是希望当分钟和秒钟数全部都变为0时,定时器就停止计时,而不是让它循环计时,所以如2.5图所示,74193的11号端口
没有与输出信号与非门相接,而是让11号端口直接接高电平,即让11端口接电源。
分钟的预置数也是与秒钟的预置数不一样的,因为我们是要求分钟能灵活的设置我们想要定时的数,所以分钟的预置数是灵活多变的,于是我们设计出了如图2.5所示的二进制预置数开关,以电源正极代表1,接地表示0。
有SW1至SW4四个开关,分别对应显示计时电路的分钟预置数。
当开关拔向电源的正极时,表示此开关接1。
当开关拔向接地端时,表示开关为0。
然后把开关的接线分别与74193的输入端D0-D3相接,如图3.5中,SW1为0,SW2为0,SW3为1,SW4为0,表示二进制数为0010,其相对应的十进制数为2,这样就解决了分钟的定时数问题。
当我们把开关接为1101,然后根据表2.2 74193的功能表可知,使
变为0,则芯片对我们定时2分钟进行预置数。
然后
变为1,74193实行减法计数功能,开始对分钟数进行减法计数。
图2.5 显示计时器分钟接线图
2.4 显示计时电路的暂停与清0
显示计时电路的暂停和清0功能是在74193原有功能上的一个扩充,因为在实际的应用中,常常会遇到很多的情况,如计错了计时的时间等各种人为因素的影响,都需要我们对计时器进行重计时的操作,这就需要计时器有清零的功能。
不仅如此,计时器的暂停功能在实际的应用中也很重要。
计时器的暂停很简单。
本显示电子计时之所以能计时全来自于有外界提供脉冲信号。
所以只要我们在中断了脉冲信号,就可以实现定时器的暂停功能,为此,我们在脉冲信号的连线上加上一个开关即可,其接线图见附件。
计时器的清零设计也很简单。
由表2.2 74193的功能表可知,只要当MR=0,则74193就立刻清0,计时器就会从回到0,并从15开始减数。
利用74193的这一原理,我们把分钟和秒钟的个位和十位74193MR端都通过一个开关接上电源。
当开关接通时这相当于74193的MR端接1,则显示计时电路全部都0。
但此时计时器并不能保持置0的状态,因为74193的MR端只是暂时的置1,清0开关断开后,下一个脉冲来后,计时又变成了15,使74193保持0状态不变,为此我们加入一与门逻辑开关,把分钟输出信号经过与门后送给分钟和秒钟74193芯片的MR端。
当分钟输出由0变成15时,信号经过与门的处理变成了全部变成了1,此时MR被置1,计数器又是保持0状态不变,从而巧妙的实现74193的保持0功能。
2.5 蜂鸣器的设置
蜂鸣器是在定时时间到后能自动发声,所以只要设置在定时的时间到后,给蜂鸣器的信号就行。
我们知道当分钟计数器为0时,会从15开始重新减数,当信号从输出端经与门后会变成1,而分钟计数器在没有计完数时,从与门输出的信号就为0。
因此只要把与门输出端与蜂鸣器相连就可。
由于从与门端的输出信号电压和电流都很少,不足以提供蜂鸣器的电压和电流,我们还必须引进一个三极管,经三极管的电压放大后就可满足所需功能要求,其具体实物接线如图2.6所示:
图2.6 蜂鸣器接线图
从上图2.6 蜂鸣器接线图可以看出,蜂鸣器LS1的一端与三极管的发射极相连,另一端直接接地。
三极管的基极和与门输出端相连,其集电极接电源的正极,这样,三极管就起了信号的放大作用。
在日常生活中,人们往往有时没有留心计时器的计时时间已到,而倒致不能正确确定计时时间。
加入蜂鸣器后,我们就可以弥补这个缺陷,只要计时时间一到,那么,蜂鸣器就会发出声音,提醒计时者时间已到。
3数字显示管
显示电子计时电路的数字显示全部是由数字显示管来实现的,因此数字显示管在本设计中起了很大的作用。
其实物图如3.1所示。
显示器是接收、处理数字信号的显示器,作为一种先进的显示器类型,数字显示器正在呈现加速发展的态势。
数字显示器的先进性首先体现在信号的保真度上,在传输的过程中,数字信号的损失几乎为零,因此数字显示器的显示效果更加逼真;其次,数字显示器具有单一模式的回路结构,因而系统更简单、更可靠;第三,数字显示器中没有了可见扫描线的干扰,因此能够显现更清晰的动态图像、游戏、照片等,能获得图形作业所需的高水准图像效果。
同时数字显示器可以更有效地实现与显示效果直接相关的性能,如色彩修正,肤色补偿,色彩再校准等。
目前的数字显示器并非绝对的数字显示器,它同时可以接受、处理数字信号和模拟信号,因此兼有两种显示器的特点。
图3.1 数字显示管实物图
本次设计分别用到了三个数码管,其中第一个的四个引脚分别与分钟的四个引脚相连,其引脚的接线从左到右分别接第一个74193芯片的Q3、Q2、Q1、Q0,即分钟计数器的引脚,这个数字显示管也就是分钟剩余显示器。
同理,第二个数字显示管与第二个74193芯片相连,用来显示秒钟的剩余十位数。
第三个数字显示管与最后一个74193芯片相连,用来显示秒钟个位的剩余数。
474193芯片的介绍
4.174193的端口功能
74193为可预置的十进制同步加/减计数器,其形式有很多种,但主要有54LS193和74LS193两种线路结构形式。
其中74LS193电路图见附件图1,它的电特性的典型值如下:
193的清除端是异步的。
当清除端(CLEAR)为高电平时,不管时钟端(CDOWN、CUP)状态如何,即可完成清除功能。
74LS193的预置是异步的。
当置入控制端(LOAD)为低电平时,不管时钟(CDOWN、CUP)的状态如何,输出端(QA-QD)即可预置成与数据输入端(A-D)相一致的状态。
74LS193的计数是同步的,靠CDOWN、CUP同时加在4个触发器上而实现。
在CDOWN、CUP上升沿作用下QA-QD同时变化,从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
当进行加计数或减计数时可分别利用CDOWN或CUP,此时另一个时钟应为高电平。
当计数上溢出时,进位输出端(CARRY)输出一个低电平脉冲,其宽度为CUP低电平部分的低电平脉冲;当计数下溢出时,错位输出端(BORROW)输出一个低电平脉冲,其宽度为CDOWN低电平部分的低电平脉冲。
当把BORROW和CARRY分别连接后一级的CDOWN、CUP,即可进行级联。
如图4.1所示:
图4.1 74193引脚图
如果我们要用74193进行加法或减法计数器时,或者我们要把74193芯片用于其他用途时,我们可以利用74193芯片的12端口输出的脉冲来实现。
如果把芯片的12号端口与另一个74193芯片的DN端相连时,就相当于第二个74193芯片是用于减法器使用;若把12号端口与另一个芯片的UP端相连,那第二个74193芯片就能作加法器用。
当然,芯片上不同端口其功能也很不相同,而且相同的端口,其连线的不同也直接影响到芯片执行不同的功能,同时相同连线的端口在不同工作条件下其功能也有不同,74193芯片中各端口功能及工作条件如图4.2所示:
引出端符号
BORROW 错位输出端(低电平有效)
CARRY 进位输出端(低电平有效)
CDOWN 减计数时钟输入端(上升沿有效)CUP 加计数时钟输入端(上升沿有效)CLEAR 异步清除端
A-D 并行数据输入端
LOAD 异步并行置入控制端(低电平有效)
QA-QD 输出端
极限值
电源电压 7V
输入电压 7V
54/74193 5.5V
54/74LS193 7V
工作环境温度
54×××-55~125℃
74×××0~70℃储存温度-65℃~150℃
图4-2 端口功能及工作条件图
4.274193时序图
74193主要功能是能作可逆计数。
它的信号时序图如图4-4所示:
图4.474193时序图
它的各项说明如下:
1.当
时,时钟信号应引入DN,74193作加计数。
加法计数进位输出端为
此时计数器输出1111状态,且DN为低电平时,
端输出一个负脉冲。
2.当
时,时钟信号应引入UP,74193作减法计数。
减法计数借位输出端为
,当计数器输出0000状态,且DN为低电平时,
端输出一个负脉冲信号。
3.74193的预置数是利用片内每个触发器的直接清0信号DN和直接置位信号MR来实现,当DL=0时,将
立即置入计数器中,此时是异步送数,与CP脉冲无关。
4.当MR=1时,74193立即清0,此时与其它输入端状态无关。
通过时序图的功能我们不难看出,UP作为脉冲信号输入端时,且DN端为高电平时,此时OUTPUTS(输出端)明显发生变化,即每当脉冲来个高电平,OUTPUTS就作加法。
当UP置1,且DN为脉冲信号接收端时,OUTPUTS就开始减数,此时就相当于74193作减法器,而我们本次设计也正是基于它的减法计数功能实现的。
总结
本次课程设计虽然我们花很少的时间轻松的完成了任务,但从中我们却学习了很多宝贵的经验。
首先,我们认识到了自己在动手方面有很大的不足,无法把学习的理论知识运用到实践中,这是我们应该加强的。
其次,先前我们学习的很多内容都几乎全忘了,我们要及时的复习自己学习过的知识。
而且,数字电子技术基础是一门很重要的课程,它已经渗透到了我们的生活中,我们应给予足够的重视。
最后,一个人完成整个任务是很困难的,团队合作的力量对整个任务来说就很容易了,因此,我觉得加强团队之间的合作是我们任务完成的关健。
参考文献
[1]沈尚贤主编.电子技术导论(上册)[M].北京:
高等教育出版社,1986
[2]张克农主编.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2003
[3]何金茂主编.数字电子技术导论[M].西安:
陕西科学技术出版社,1997
[4]胡宴如主编.模拟电子技术(第二版)[M].北京:
高等教育出版社,2003
附件1
74LS193电路结构图
附件2
系统启动图
- 配套讲稿:
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