数显声显倒计时器Word文件下载.docx

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设计并制作一个数显声响式倒计时电路。

要求如下：

1． 

电路具有10—99秒可预置定时功能。

2． 

有两个数码管显示计时时间，用一只LED指示计时开始与结束。

按预置（开始）按钮，数码管显示定时时间，LED灯不亮；

再按预置（开始）按钮，LED亮，倒计时开始。

3． 

倒计时结束时，计数器停止计数，LED灯不亮。

4． 

电路具有开机预置数功能。

5． 

电路具有最后三秒报时功能，要求响半秒停半秒，共三次。

用压控陶瓷蜂鸣器作为电声元件。

6． 

自制本电路所用得直流电源和一秒信号源。

二． 

参考资料

《数字电子技术实验任务书》实验四及实验六

《电子技术基础》课程设计资料

1、方案的论证和选择

1.1整体设计思路

根据任务书的要求我们本次课设选用的计数器件为2个74LS192，它是加、减十进制计数器，并且选用了555多谐振荡器，它的作用是产生一个1Hz的方波信号来作为秒脉冲，作为它的cp脉冲（555多谐振荡器的功能就是你可以调节它的电阻和电容来得到不同频率和不同占空比的脉冲信号）。

因为我们要选用2片计数器构成2位计数的状态，固要采用计数器的级联的方法，因为要加快速度的运行，我们选用的是并行进位的级联。

因为每个片子以及各种元件均需要一个5V的直流电源来驱动，故我们还需要用一个5V的变压器，整流桥与一个三端稳压器来设计一个电源。

然后还需要两个74LS48译码器与两个共阴数码管来对计数器所记得数进行翻译和显示。

当倒计时显示进行到03，02，01这三个数字得时候就报警，以蜂鸣器响声来表示；

这个可以用一个四线与门来实现，四线与门的四个输入分别为十位计数器的进位信号，多谐振荡器的输出端，个位的高两位经过或非输出端与低两位经过或门输出端。

然后四线与门的后面接蜂鸣器就可以完成报警功能。

设计任务还需要用LED灯表示的状态表示计数的状态（倒计时开始时，LED灯亮，倒计时结束时，LED灯灭），只需用逻辑状态控制就可以了完成。

系统还能开机复位，包括计数器清零，从而达到课设题目要求。

1.2整体设计

方案一：

采用普通开关对192进行置数,用开关的闭合与开启分别产生边沿,从而触发计数器.在最后三秒电路中采用与非门电路进行信号采取.

图1-2-1整体设计方案一

方案二：

在开关方面进行改善,利用JK触发将其接成T触发器,进行不同情况下的反转,模拟开关的功能从而使电路功能更加稳定.在最后三秒电路中同样采用与非门电路,但将其进行改进,降低了电路的复杂程度.

图1-2-2整体设计方案二

1.3对比选择

图1-3-1图1-3-2

改进前改进后

通过上图的对比我们选用方案二,得到了简单,清晰的电路,并为后来的电路连接带来了很大的方便,此外方案二的JK反转开关方便可靠,为整个电路增加了更优质的稳定性.也是由于第一个方案用到借位信号，所以导致多用了一个74ls08芯片，使得电路变得有点复杂且不够节约，对于这点，经过大家的一致讨论我们选用了第二种方案，这样使整个设计变得简单易懂且节约，这正是大家所追求的且满足课设要求，同时满足指导老师所要求的条件。

2、单元电路设计和基本原理

2.1电源设计

电源是各种电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。

一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。

直流稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路所组成，具有体积小，重量轻，性能稳定可等优点，适用于电子仪器设备、实验室、测量设备、工厂电器设备配套使用。

几乎所有的电子设备都需要有稳压的电压供给，才能使其处于良好的工作状态。

2.1.1设计原理

直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路组成。

电源变压器将市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流电路将交流电变为脉动的直流电。

滤波电路减小脉动使输出电压平滑。

稳压电路实现在电网电压波动或负载电流变化时保持输出直流电压基本不变。

本实验主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压环节将220V交流电，变为稳定的+5V的直流电。

图2-1-1

2.1.2方案分析

由设计原理可知直流稳压电源应由四部分组成，而且各个部分相对独立，因此，在进行设计电路的时候我们采用各单元电路分别设计，独立选择元器件，最后将这几部分进行组装和调试，最终达到设计完整直流稳压电源的目的。

2.1.3单元电路的设计

（1）电源变压器

电源变压器的作用是将220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2。

变压器副边与原边的功率比由P2/P1=η确定。

式中，

为变压器的效率，

是变压器副边的功率，

是变压器原边的功率。

（2）整流电路

整流电路一般分为半波整流和全波整流。

半波整流和全波整流相比，在相同的变压器的副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，

因此得到相当广泛的应用，其中桥式整流最为常用，单相桥式整流电路将变压器副边电压从交流变为直流电压。

鉴于以上优点，本设计采用了桥式整流。

采用桥式整流电路，如下图所示：

图2.1.3-1

在交流电正半轴时，二极管D2和D3截止，D1和D4导通。

电流经D1、R、D4形成回路,负载R上电压为上正、下负；

在交流电负半轴时，二极管D1和D4截止，D2和D3导通,电流经D2、R、D3形成回路,负载R上电压仍为上正、下负。

（3）滤波电路

在整流滤波电路的输出端（即负载电阻两端），并联一个电容即得到电容滤波电路。

滤波电容容量较大，利用其充放电作用，使输出电压趋于平滑。

其中C2和C1起滤波作用，C4的作用是改善电源的动态特性（即载负载电流突变时，可由C5提供较大的瞬时电流）采用大容量的铝解电容器。

这种电容器的电感效应较大，对高次谐波的滤波效果较差，通常需要并联高频滤波电容器，其容量在0.01微法到0.1微法之间即可。

（4）稳压电路

采用三端集成稳压器LM7805，它由启动电路，基准电压电路，取样比较放大电路，调整电路和保护电路等部分组成。

输出电压是固定的+5V，且输入端与输出端之间的电压不低于3V。

为后面的一切电路提供了稳定的电压。

稳压电路有稳压二极管型稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压器电路等多种类型。

为使电路简单化、高效化、稳定化，我们采用了集成7805稳压器型稳压电路进行稳压，为后面的一切电路提供了稳定的5V直流电压。

电源部分电路图如下图：

图2.1.3-2电源电路

2.21HZ信号源

1.利用555集成定时器，构成多谐振荡器用来产生脉冲为1Hz,占空比为1/2的CP信号.

2.555定时器

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。

由555定时器构成的多谐振荡器如图2-2-1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。

图2-2-1555定时器及管脚图

3.参数计算

实验参数：

R1=72.46KΩ，R2＝72.46KΩ，C1=10nF，C2=10uf,Vcc＝5V，振荡频率为f=1/T=1/【（R1+2R2）CLn2】通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。

输出脉冲的占空比为q=T1/T=（R1+R2）/（R1+2R2）.为了得到占空比为50%的脉冲，可采用占空比可调的可调电路。

电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只经过R1，放电电流只经过R2，因此电容充电时间变为T1=R1CLn2而放电时间变为T2=R2CLn2，故输出脉冲占空比为q=R1/（R1+R2）取R1=R2则可得到占空比为50%的信号源。

经以上分析及计算R1=72.46K=R2,C2=10微法。

原理图：

图2-2-2信号源完整图

2.3减法计数器

利用74LS192实现十进制计数功能。

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，

其引脚排列及逻辑符号如下所示：

图2-3-174LS192的引脚排列及逻辑符号

74LS192控制端说明:

图中：

为置数端，

为加计数端，

为减计数端，

为非同步进位输出端， 

为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，

为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据出端。

D1、D2、D3、D4-计数器输入端.

接线时，Cup或Cdn接单脉冲或1Hz时钟脉冲信号。

输出端QD、QC、QB、QA接数码管。

其余的控制信号和输入信号接逻辑开关，LD对低电平有效

其功能表如下：

输入

输出

MR

P3

P2

P1

P0

Q3

Q2

Q1

Q0

1

×

d

c

b

a

加计数

减计数

图2-3-274ls192功能表

加减法计数器：

使用的74LS192芯片，它是同步十进制计数器，共16个管脚，可以组成加法计数器和减法计数器，有两个控制端子，当CPu遇到上升沿，CPd高电平，芯片进行加法计数；

当CPu置高电平，CPd遇到上升沿，芯片进行减法计数。

预置数：

当PL’＝0时，Q3＝D3，Q2=D2，Q1＝D1，Q0=D0.称之为预置数。

接下来就是用74LS192芯片设计减法计数电路，我们设置的开机预置数是25，也就是25s倒计时。

25s倒计时器是25进制的计数器，所以要用两片74LS192。

本电路中需将MR端置0，PL’置1，CPU置1，CPD为上升沿时，则192执行减法计数功能。

根据功能表当PL’=1，MR=0，CPD置1时若时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能；

当加计数到9时，TCU’端发出下跳脉冲完成进位。

若时钟信号加到CPD端，且CPU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD’端发出借位下跳脉冲。

计数器完成并行置数。

在CPD端的输入时钟作用下，计时器再次进入下一循环减计数。

预置数开始是左边的芯片是时十位，开始置数状态为

=0010,；

右边的芯片是时个位，开始置数状态

=0101。

这样只要打开开关，使pl端为低电平就可以置数25，实现开机预置数功能,也就实现了上电复位功能，使得开机后七段显示器显示25.

减法计数图如下：

图2-3-2减法计数器部分

图中第一片192的1、5端和第二片192的5、9、10端接高电平，第一片的9、10、15端和第二片的1、9、14端接低电平，两片的11端均接复位电路.第二片的借位输出端接第一片的减计数端也就是4端。

2.4显示电路

电路的显示部分由数码管和译码器组成，采用共阴级接法。

我们所选用的是74LS48，它是一个BCD七段译码启动器。

显示器电路的设计用七段发光二极管来显示译码器输出的数字。

7447A译码器对应的显示器是共阳显示器。

数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字

74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。

74ls48中输出端（Ya--Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED.。

当要求输出0-15时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输入（ＲＢＩ）为高电平或者开路。

当ＢＩ为低电平时，不管其它输入端状态如何，Ｙａ－Ｙｇ为低电平。

当ＲＢＩ为低电平时，并且灯测试输入端（LT）为高电平时，Ya-Yg为低电平，脉冲消隐输出（RBO）

也变为低电平。

当BI为高电平或者开路时，LT为低电平可使Ya-Yg为高电平。

A0-A3译码输入端

BI/RBI消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）

LT灯测试输入端（低电平有效）

RBI脉冲消隐输入端（低电平有效）

Ya-Yg输出

其管脚图如下：

图2-4-174ls48

LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。

led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。

位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等..

图2-4-2数码管

图2-4-3显示电路图：

2.5开机复位电路

计数器的工作是由信号源与手动开关共同控制的。

控制模块是由J—K触发器构成,实验室中用到74ls112双下降沿J-K触发器（有预置、清除端）。

管脚图：

图2-5-174ls112

引出端符号：

CLK1、CLK2。

时钟输入端（下降沿有效）J1、J2、K1、K2。

数据输入端Q1、Q2、/Q1、/Q2。

输出端CLR1、CLR2。

直接复位端（低电平有效）

PR1、PR2。

直接置位端（低电平有效）。

功能表：

PR

CLR

CLK

J

K

Q

/Q

L

H

X

*

↓

/Q0

图2-5-274ls112功能表

说明：

H－高电平，L－低电平，X－任意，↓－高到低电平跳变

Q0－稳态输入条件建立前的Q的电平，/Q0－稳态输入条件建立前Q的电平或Q0的补码，*－不定.

复位电路：

图2-5-3复位电路

根据电路设计要求，本电路有开机复位功能和手动复位功能，要保证电路开始时JK触发器初态Q=0，在Rd′端加如图的CL电路，当电路连接好后，刚开始1点点位为0，而C1充电，当充电完成后，1点点位为+Vcc。

而Rd′为低电平有效。

这样就给JK触发器初态Q=0，而待电容充电完毕后给Rd′一高电平，使其不再有效。

JK触发器J、K连一起接高电平为T触发器，即为翻转，所以当开关K闭合时，JK触发器由初态Q=0翻转为Q=1。

给电路提供高频信号。

2.6报警电路和LED灯电路

据任务书要求，电路具有最后3秒报时功能。

要求响半秒，停半秒共三下；

这一功能的实现思路为：

最后三秒响，那么就将最后三秒的信号取出；

其半秒信号的报时可由信号源控制，因为信号源是一个占空比为50%的1HZ信号源，其波形中1秒的周期内有50%T即半秒的时间是高电平，那么高电平就可以驱动蜂鸣器报警；

所以报警电路是由如上图所示的或门、非门、与门构成，依据上图所示,按从上往下的顺序依次连入输入端的是个位计数器的四个输出端口和74LS192减法计数器的借位输出和Q端（占空比为50%的1HZ信号源）,该六位最终经过或非门74LS192当其高位片为0。

B0为借位信号会产生一高电平。

而Q0-Q3均为底位片当03，02，01秒到来时，就会依课程要求最后3秒响半秒停半秒。

根据设计要求，LED灯要在计数时亮，在计数结束时灯灭，且受预制/开始按钮的控制（预制数时灯不亮，按下开关时灯亮并开始计数）。

所以LED灯受复位开关和计数端控制，当计数为00时，计数停止，LED灯灭。

则如图所示，当计数时，JK触发器的Q端输出高电平，与计数端输出的高电平经与门输出高电平，LED灯亮。

当输出00时，强制减法计数器归零，则经逻辑运算LED灯灭，并且计数停止。

报警电路

图2-6-1报警电路

以下为灯控制连接电路部分，有74ls04,74ls00,74ls08,和发光二极管组成。

图2-6-2led灯电路

对于led灯电路图如上图所示，非门的输入端接第一片74ls192的借位输出端，而74ls00的输入端一个接非门的输出端一个接高电平，对于74ls08一端接74ls00的输出端一端接复位电路的输出端，最终达到开机预置数时灯不亮，倒计时开始时灯亮，倒计时完后灯灭的目的。

3、系统安装与调试

3.1.步骤方法

整个电路的设计借助于Multisim2001仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim2001下设计和进行仿真，最终经过调试与改进得到了预期的结果。

根据总体电路图及相关集成芯片的管脚图连接好电路，采用单元电路调试发对电路各个部分分块进行试，这样比总体电路的调试要容易的多。

装调步骤如下：

1、电源的制作与调试。

2、1秒信号源的连接于调试。

3、译码显示的连接和调试。

4、计数器的连接和调试。

5、报警电路和LED灯的连接和调试。

必须严格遵守以上条件，按照上面的步骤，才能避免不必要的的麻烦，为实验减少很多麻烦。

当5部分调试完成后，将各个部分按照设置的总体图连接起来，必须仔仔细细的接线，在接线中连接好每条线路的起点与终点，要对整体进行布局，使其看起来简洁清晰，这也为后面的检查线路做了好的准备。

仿真的过程中我们也出现了一些错误，但都很快的迎刃而解了，毕竟仿真是在理想的情况下进行的。

仿真完成后就去领取器材，然后开始连接实物图。

3.2故障及处理

3.2.1电源的制作及调试

5v电源，算是一个连接简单的电路，由于当初在电工实习时焊接过5v直流电源，在这次连接中很顺利，由于大意，忘记了面包板下面的断开处，在接电源前及时发现改接连线方式，没有使芯片烧坏。

然后用万用表的交流电压档测变压器的输出是否为9V。

如果不是则可能是领错了变压器，应及时更换，确认前面无误后，测整个电路的输出是否为直流+5V,此时应用万用表的直流电压档。

若不是，用万用表逐步检查电路，有可能是导线没有连接好或者某个期间出现了问题。

开始时电压不稳定，输出的电压不是5V。

经检验，是把W7805短接了，而且一个电容的正负极接反了。

待检察完后用万用表测电源的输入输出端接线头时，电压还是0.3-0.4v经检查是接线头与面包板接触不良。

最终经过调试正常。

3.2.21秒信号源的连接于调试

信号源电路在设计的时候就翻阅了课本，认真的学习了555组成的施密特触发器，经过细微的改动，就能够变成多谢振荡器，也就是我们说的1S信号源，随意信号源做的很顺利。

能够输出1S的矩形波。

555的输出端接万用表，观察指针的摆动情况，如果摆动周期大约为一秒，且摆动幅度较大，则1秒信号源接通无误，如果理论计算值与实际电路有差异，可以通过调节电位器来调节周期使之产生的是我们想要的频率。

3.2.3译码显示的连接和调试

译码显示部分经过查相关管教图和资料再连线部分比较容易，不过容易连错。

再连好后将数码管公共端接高电平，然后用电源的正极分别测试各个管脚。

确定每个数码管都正常。

加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了！

发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！

发光二极管的工作电流选取在10-20ma，在将译码器和数显管连接好，给译码器输入端置数，看数码管的显示对不对，如果都好着则这部分做好了。

接线时电源线及地线颜色要区分开。

3.2.4计数器和显示器的连接和调试

计数器部分用74ls192管脚图和实物图对照，容易出错，连线也比较多，经过不断连线对照最终连好。

调试时是分别对个位和十位进行调试的。

发现个位的倒计时正常，而十位的倒计时异常，我们开始以为是十位的74LS192和74LS48管脚接错了，可是检验后发现两个倒计时和显示器的接线一样，于是我们认为面包板有问题，所以我们把十位的74LS192和74LS48接到另一个面包板上，检验后正常。

3.2.5报警电路和LED灯电路的连接和调试

报警电路部分由于门比较多，每个门的管脚图都要细心与实物图对应，否则会出错。

当倒计时显示进行到03，02，01这三个数字得时候就报警，以蜂鸣器响声来表示，并且停半秒响半秒，要让蜂鸣器响，必须是十位74LS192的输出全为0，即十位74LS192的TCD端为0，个位的高两位全为0，低两位不全为0，才会报警。

可是当检验时候发现，当数字为09、07、06、05时也开始报警，经逻辑分析认为可能是个位输出的Q2、Q3有问题，用万用表检查Q2、Q3的输出电压，发现当数字显示为09、07、06、05时它们的输出都为低电平与逻辑设计相符合，没有问题。

于是我我们判断，应该是导线没有导通，导致此时输出的为高电平，换过导线后，报警正常。

调试LED灯时发现开关没有起到控制作用，经检验发现时开关接错面包板的位置，调整后，一切正常。

3.2.6整体电路调试

所有的段媛完成了之后，紧接着就是四个人各自设计的部分的组合，每个人都有检查自己的单