数电课程设计报告数显秒发生器Word格式文档下载.docx
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2.3555多谐振荡器4
2.3.1电路图4
2.3.2工作原理4
2.4译码显示电路2
2.4.1电路图2
2.4.2工作原理3
2.4.2限流电阻选择4
2.5上电及按键复位电路4
2.5.1原理图4
2.5.2工作原理5
2.5.3参数选择5
3、调试分析5
3.1电路测试5
3.2测试仪器5
4、结果分析6
4.1上电复位6
4.2按键复位6
5、设计工作总结6
6、附件7
6.1元器件清单7
6.2原理图8
6.3PCB图9
6.4实物图9
7、参考文献10
摘要:
本课程设计设计的数显秒主要由电源电路、自激振荡器和十进制计数器、译码显示电路、上电及按键复位电路数码管组成,实现时钟信号周期为1秒触发两位数码管显示00、01、02、…99秒,并且周而复始。
关键字:
数码管,555,上电及按键复位,74LS161计数器,驱动译码。
1、系统设计
1.1设计任务
(1)能让两位数码管显示00、01、02、……99秒,周而复始;
(2)时钟信号来自振荡电路;
(3)有上电及按键复位功能。
1.2总体设计方案
1.2.1设计思路
设计由5部分构成,首先由2片74LS161十六进制加法计数器构
成100进制计数器(0-99);
接着由555定时器构成的多谐振荡器产生周
期为1s的时钟信号作为计数器的时钟脉冲;
其次将计数器的输出送至
译码驱动器74LS48(输出高电平),并且送至共阴数码管进行秒显示;
再次,所有的芯片驱动电源均由三端稳压块7805稳压后输出;
最后,在
电路中加入上电及按键复位功能,方便电路进行清零工作。
1.2.2设计部分
第一部分:
5V电源电路;
第二部分:
由74LS161组成的100进制计数器;
第三部分:
由555芯片接成自激振荡电路;
第四部分:
驱动译码显示电路;
第五部分:
上电及按键复位。
1.2.3设计总框图
电源部分:
计数部分:
2、各功能模块设计
2.1电源电路
2.1.1电路图
2.1.2工作原理
220V交流电,通过变压器X1变压后输出12V交流电,经D1-D4桥式
整流,E2电解电容滤波、三端稳压集成电路7805稳压后输出5V直流电,
供给控制电路工作。
2.2100进制计数器
2.2.1电路图
2.2.2工作原理
74LS161是十六进制加法计数器,设计中需要接成十进制计数器。
IC4作为个位计数器,IC3作为十位计数器。
IC3,IC4为同步计数,
将时钟信号同时接到两芯片的CLK端,个位部分每隔一秒计数一次,当计
数至9时,由直接清零法、,将输出信号经过与非门74LS00后,输出低电
平送至IC3的MR端,即可将输出清零。
同理,IC4也用直接清零法构成
十进制计数。
另外利用反馈法,当IC3数到9时,即1001时,将输出信
号先通过一个与非门后输出低电平,再将信号通过与非门反向后,输出高
电平,此时选通IC4,IC4在下一个高电平到来时开始计数,如此反复,
可计数至99,知道下一个高电平到来时恢复至00。
表一:
74LS161十六进制加法计数器表二:
74LS161引脚图
2.3555多谐振荡器
2.3.1电路图
2.3.2工作原理
555芯片的内部含有两个电压比较器,一个RS触发器,一个分压器,一个放电晶体管三极管和一个功率后极输出级。
属于CMOS工艺制造的,请见图片。
(1)NE555引脚功能介绍:
1、地GND2、触发
3、输出4、复位
5、控制电压6、门限(阈值)
7、放电8、电源电压Vcc
此芯片的内部中心电路是2个晶体三极管
加正反馈组成的RS触发器。
NE555输入控制端有直接复位Reset端,通过
比较器A1,复位控制端的TH、
比较器A2置位控制的T。
输出端为F,还有
集电极开路的放电管DIS。
它们控制的优先权是R、T、TH。
(2)NE555工作原理介绍:
利用555芯片构成多谐振荡电路,将555
芯片的2脚和6脚连在一起,从555芯片的输出
端(Q端)输出脉冲宽度为的矩形波。
设电容的初始电压
=0,t=0时接通
电源,由于电容电压不能突变,所以高、低触发
端
=
=0<
VCC,比较器A1输出为
高电平,A2输出为低电平,即
,
(1表示高电位,0表示低电位),
触发器置1,定时器输出
.此
时
时刻,
下降到
,比较器
输出由1变为0,R---S触
发器的
1,
0,触发器处于1,定时器输出
。
此时电源再次向
电容C放电,重复上述过程。
通过上述分析可知,电容充电时,定时器输出
,电容放电时,
0,电容不断地进行充、放电,输出端便获得矩形波。
多谐振荡器无外
部信号输入,却能输出矩形波,其实质是将直流形式的电能变为矩形波形
式的电能。
由图(D)可知,振荡周期
为电容充电时间,
为电容
放电时间。
充电时间:
放电时间:
矩形波的振荡周期:
因此,用此电路可产生周期为1秒的振荡信号。
2.4译码显示电路
2.4.1电路图
2.4.2工作原理
74LS48是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七
段码译码器,其特点除了有实现7段显示译码器基本功能的输入(DCBA)和
输出(Ya~Yg)端外,7448还引入了灯测试输入端(LT)和动态灭零输入
端(RBI),以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出
(BI/RBO)端。
(1)7段译码功能(LT=1,RBI=1)
在灯测试输入端(LT)和动态灭零输入端(RBI)都接无效电平时,输
入DCBA经7448译码,输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号,显示
相应字符。
除DCBA=0000外,RBI也可以接低电平。
(2)消隐功能(BI=0)
此时BI/RBO端作为输入端,该端输入低电平信号时,表1倒数第3
行,无论LT和RBI输入什么电平信号,不管输入DCBA为什么状态,输出
全为“0”,7段显示器熄灭。
该功能主要用于多显示器的动态显示。
(3)灯测试功能(LT=0)
此时BI/RBO端作为输出端,端输入低电平信号时,表1最后一行,
与及DCBA输入无关,输出全为“1”,显示器7个字段都点亮。
该功能用于
7段显示器测试,判别是否有损坏的字段。
(4)动态灭零功能(LT=1,RBI=1)
此时BI/RBO端也作为输出端,LT端输入高电平信号,RBI端输入低
电平信号,若此时DCBA=0000,表1倒数第2行,输出全为“0”,显示器
熄灭,不显示这个零。
DCBA≠0,则对显示无影响。
该功能主要用于多个7
段显示器同时显示时熄灭高位的零。
表三:
74LS481真值表
2.4.2限流电阻选择
数码管显示数的方式为静态显示,数码管的段电流约为
压降约为
1.8V,74LS48的输出的电压约为4V。
限流电阻的阻值为:
则取电阻R=1KΩ可满足要求。
2.5上电及按键复位电路
2.5.1原理图
2.5.2工作原理
(1)上电复位:
当通电的瞬间,由于电解电容E4两端的电压不会突变,使得输出口输出低
电平,从而是电路复位,等到电容充电完成后电容两端电压为5V,使输出变为高
电平,从而电路正常计数。
(2)按键复位:
按键没按下时,电路处于断开,输出口输出高电平;
当按键按下时电路导通,R19分压使得输出口输出低电平,从而是电路复位。
2.5.3参数选择
由于74LS161为TTL门电路,当引脚外接的接地电阻超过2.5
时,会使得
引脚一直处于高电平,所以R18选
即可。
TTL门电路的稳定高电平为3V以
上,为了能使按键按下去后复位电路输出低电平则:
,所以R19选
为了确保上电复位的稳
定性,让电容充电时间T=RC长,延长输出的低电平时间,可选E4为
3、调试分析
3.1电路测试
(1)测电源:
调试前,先测量电源工作是否正常,若正常,方可插入芯片进行调试。
检查电源通常检查其是否接地,以及三端稳压管引脚是否连线正确。
(2)测插槽:
插入芯片前,最好先测量一下各个插槽的电源是否正常。
(3)调试:
在电源部分都正常后,插入芯片,发现个位数码管的显示异常,经过
检查后发现,焊接过程中,焊锡滴落在了两导线之间,排除错误后,
两位数码管显示00、01、02、~99,周而复始。
(4)测复位:
电路上电后,数码管显示00,并且保持一定时间,待下一个脉冲到来
时,开始计数。
当按下复位按钮S1可以看到数码管显示00,并从
00开始递增跳变。
当数码管显示99后,下一个脉冲到来后数码管显
示重新回到00,并重新从00递增跳变,周而复始。
名称
数量
名称
数量
数量
万用表
1
示波器
变压器
3.2测试仪器
4、结果分析
4.1上电复位
现象:
当通电后,复位电路上电复位,数码管显示00,后隔一秒数值加一。
分析:
因为在通电瞬间,复位电路的电解电容E4两端电压不会突变,使得输出
为低电平,从而是电路复位,等到电容充电完成后电容两端电压为5V,
使得输出变为高电平,从而电路正常计数。
4.2按键复位
LM567的5脚对地波形
现象:
当按键按下时,数码显示会恢复为00,松开按键后,又会重新计数。
当按键按下时电路导通,R19分压使得输出变为低电平,从而是电路复位。
当按键松开时,电路处于断开状态,输出高电平,从而电路正常计数。
5、设计工作总结
本次课程设计相对于模电课程设计而言,相对容易些,不管从原理,还是计算元器件参数,毕竟有了一次经验,所以对于这次的数电实验来说,只要弄清楚各个芯片的工作原理以及芯片间匹配问题(即TTL与CMOS管的匹配,所以电路中尽量用统一类型的芯片),那么电路一般就不会存在大问题。
这次设计,从画图到版的制作都很轻松,但是画PCB却花了不少时间,因为飞线交错复杂,所以避免不了使用跳线。
另外,在导入PCB时,也很容易出错,如果不细心检查,做出来的板很可能存在大问题。
到焊接器件的时候,我认真的对应好元器件后,才焊上焊锡,当然有时会把焊锡错焊到其他导线上,这时要立即用小刀刮开,以免过后忘记了!
焊好了器件后,当然就是调试咯,先测一下电源,结果显示,一切正常。
之后插上芯片,看数码管的显示情况。
但不幸的是,个位显示有点小问题,虽然说跳变的时间接近1s,而且跳变的数值也会正确,但就是数码管的g端会在该显示的时候不显示,不该显示的时候显示。
还好这个问题不大,于是就拿起万用表一步步查了起来,先检查了驱动器的输出端口,不过它是正常的,问题不在这里;
后检查了74161的输出端口和7448输入端口,发现两边有一引脚的跳变有出入,于是检查了电路图,和电路板,发现了焊锡错焊的问题,于是用刀刮开后,电路恢复正常。
最后,就调试上电复位和按键复位功能了,上电后,数码管显示00.并且停隔1s左右,之后开始计数,所以上电复位正常工作!
当按下复位键时,不管数码管此时显示多少,只要一按下该键,数码管就会被置零,所以按键复位功能也正常!
调试结束。
所以整个过程还算轻松,也增加了对专业学习的兴趣,不过熟能生巧,多动手才会做的更好。
6、附件
6.1元器件清单
器件名称
器件型号
数量(个)
芯片
74LS48
2
电容
104
74LS161
电解电容
10uF
NE555
1
220uF
LED数码管
共阴
470uF
二极管
4007
4
电阻
200
三段稳压块
7805
1K
15
16脚插槽
DIP16
47K
8脚插槽
DIP8
51K
14脚插槽
DIP14
插针
复位按钮
印刷板
10*6
103
转印纸
6.2原理图
6.3PCB图
6.4实物图
正面:
反面:
7、参考文献
[1]童诗白华成英.模拟电子技术基础[第四版].北京:
高等教育出版社
[2]阎石.数字电子技术基础[第五版].北京:
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- 关 键 词:
- 课程设计 报告 数显秒 发生器