数显声响倒计时器电路分析方案.docx

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数显声响倒计时器电路分析方案

电子技术综合课程设计

课程：

电子技术综合课程设计

题目：

数显声响倒计时器

所属院（系>：

电气工程学院专业班级：

自控1201班

姓名全双冶学号：

1217014013

指导老师何伟

完成地点物电学院实验室

2018年07月07日

任务书

数显、声响倒计时电路设计

一、任务及要求：

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、自制本电路所用的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

前言1

1方案论证1

1.1方案一1

1.2方案二1

1.3方案确定1

2理论设计1

2.1电源设计5

2.2信号源6

2.3减法计数器9

2.4显示电路11

2.5开机复位电路13

2.6报警电路16

3仿真调试及实验装调17

3.1.步骤方法17

3.2故障及处理17

3.2.1电源的制作及调试17

3.2.21秒信号源的连接于调试17

3.2.3译码显示的连接和调试18

3.2.4计数器的连接和调试18

3.2.5报警电路的连接和调试18

3.3小结19

4、总结与体会19

附录1总体电路图21

附录2元器件清单22

附录3集成电路引脚图23

附录4参考文献23

前 言 

电子技术综合课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路及电路分析课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、组装。

调试和编写总结报告等实践内容。

通过课程设计实现以下四个目标:

第一，培养学生团队合作以及其迎难而上精神。

第二，让学生初步掌握电子线路的实验、设计方法。

即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第三，培养勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣；第四，课程设计为后续的毕业设计打好基础。

毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法；

本课程设计介绍的是数字逻辑电路中以TTL集成电路为基础的数显，声响倒计时器，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计装调及性能参数的调试方法.本课程设计应达到如下基本要求：

<1）综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个数显、声响倒计时器的设计。

<2）通过查阅手册和参考文献资料，培养寻找、分析和解决实际问题的能力。

<3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。

<4）掌握电子电路的安装和调试技能。

<5）熟悉的使用各类数字电子仪器。

<6）学会撰写课程设计论文。

<7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

在整个设计过程中，得到了老师和同学的鼓励，在这里我衷心的感谢老师和同学的帮助，同时在这一过程中我体会到了学以致用的重要性和团队精神。

 1.1整体设计思路

总体思路：

选用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。

又因为我们要选用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。

因为我们要的是以秒为单位的计数器，所以我们需要的是1Hz的cp信号，这个可以由555多谐振荡器来完成。

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。

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。

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

图1-2-1整体设计方案一

方案二：

图1-2-2整体设计方案二

方案论证：

方案一定要精益求精，这两种方需要选用一种比较合理且节省器件的方案，第一个方案由于用到借位信号，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

根据变压原理：

n1:

n2=V1:

V2,我们要求将220V电压降为5V电压，只要原副线圈比为44:

1即可实现变压。

降压电路：

交流电源输入220V的交流电压，一般情况下需要对交流电压进行处理，而降压电路往往采用变压器直接变压，输出5V交流电。

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。

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C3起滤波作用，C5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。

稳压电路：

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电压。

整体电源设计原理为：

220V、50HZ电源变压器整流电路

滤波电路稳压电路输出U0。

电源部分电路图如下图2-1所示:

图2-1电源电路

2.2信号源

利用555集成定时器，构成多谐振荡器用来产生1Hz的cp信号。

<1）555定时器的引脚排列<如图2-2-1）：

如图2-2-1555定时器的引脚排列

附、555定时器的各个引脚功能如下：

1脚（VSS>：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚（VCC>：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。

一般用5V。

3脚（Q>：

输出端Vo

2脚

低触发端

6脚

TH高触发端

4脚

是直接清零端。

当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚

VC为控制电压端。

若此端外接电压，则的放电。

7脚

放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

<2）原理图：

图2-2-2555多谐振荡器

 （3>参数计算

实验参数：

R1=48KΩ，R2＝48Ω，C1=10nF，C2=10uf,Vcc＝5V。

振荡频率为：

f=1/T=1/【（R1+2R2>CLn2】

改变振荡频率的方法：

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/

经以上分析及计算R1=48K=R2,C2=10微法。

（4>仿真显示，结果显示周期为1秒，即信号频率为10Hz。

图2-2-3仿真显示1秒信号源

2.3减法计数器

减法计数器图：

图2-3-1减法计数器

利用74LS192实现十进制计数功能。

74LS192具有双时钟输入并具有清除和预置数功能。

74LS192管脚图

图2-3-274LS192管脚图

附、74LS192各个引脚功能如下：

1）15、1、10、9管脚

并行数据输入端

2）13管脚

借位输出端<低电平有效）

3）12管脚

进位输出端<低电平有效）

4）4管脚CPD：

减法计数时钟输入端<上升沿有效）

5）5管脚CPU：

加法计数时钟输入端<上升沿有效）

6）14管脚MR：

异步清零端

7）11管脚：

（PL>′:

异步并行置入控制端<低电平有效）

8）3、2、6、7管脚

输出端 

异步清除：

当MR=1时，无论有无CP，计数器立即清零，Q3~Q0均为0，称之为异步清除。

预置数：

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

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。

2.4显示电路

显示电路图：

图2-4-1显示电路

电路显示部分主要为数码管和译码器。

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。

利用译码器将二——十进制

如图2-4-2七段显示数码管

图2-4-2七段显示数码管

数码管使用条件：

a、段及小数点上加限流电阻。

b、使用电压：

段：

根据发光颜色决定；小数点：

根据发光颜色决定。

c、使用电流：

静态：

总电流80mA<每段10mA）；动态：

平均电流4-5mA峰值电流100mA。

上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的。

其中，74LS48的四个输入端A、B、C、D分别接8421码的响应输入端

接时应加限流电阻，以免烧坏元器件。

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,而实验中所用到的74LS107是一个T触发器它的特性方程是Q*=TQ’+T’Q，它具有比较强的逻辑功能，具有置1、置0、计数和保持功能。

通常在时钟后沿发生翻转。

表2-5JK触发器逻辑功能表

J

K

Q*

状态

0

0

Q

保持

0

1

0

置0

1

0

1

置1

1

1

Q′

翻转

其管脚如图2-5-1

图2-5-174LS107引脚排列图

74LS107引脚脚功能简单说明：

1、14管脚分别接地和Vcc.

2、12管脚分别接CLP时钟信号

3、13管脚分别接CLR。

4、1管脚分别接J1和J2。

5、4管脚分别接K1和K2

6、3管脚分别为Q1Q2

7、2管教分别为Q1′Q2′

其具体开机复位电路下图2-5-2所示:

图2-5-2开机复位电路

我们要保证电路开始时JK触发器初态Q=0，怎么保证呢？

我们在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。

这样一来就给JK触发器初态Q=0，而待电容充电完毕后又给Rd′一高电平，使其不再有效。

大家都知道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

图2-6报警电路

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。

3、系统安装与调试

3.1.步骤方法

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。

3.2故障及处理

3.2.1电源的制作及调试

首先按照设计的单元电路连接好电路，然后接通220V的电源，注意接交流电的时候不能将两根导线短接，否则会出现不安全事件，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。

幸运的是电源我们一次性的做成功了。

所以这方面没出现问题。

3.2.21秒信号源的连接于调试

按照设计好的信号源电路连接好电路，两个电阻理论值是48Ω，可是实验室没有这样阻值的电阻，我们只好用了48Ω的电阻代替，可是当实验以后，

却超出大家的想象，出来的信号有问题，我们经过讨论和检测电路发现是电阻的问题，所以我们就加了一个电位器，但是实验以后还是有问题，因为信号不稳定.我们想到可能是电容的问题，所以又换了一10uf的电容。

最后通过发光二极管检测，灯闪周期大约为一秒，且闪烁稳定。

这是我们实验出现问题之一。

3.2.3译码显示的连接和调试

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计数器的连接和调试

计数器连接时，首先根据原理图将各管脚都按照管脚图连接好检查接线无误后接上电源对计数器部分进行检测。

我们用了两片74LS192。

调试时是分别对个位和十位进行调试的。

我们利用已做好的信号源进行调试，本应该计数器应该是从9到0计数，可是计数是出现乱跳。

出现乱码，从5直接跳到9，经过大家的检测发现问题的原因应该是加法脉冲导致的问题，因为在做减法的时候出现一个加法信号就会出现那样的乱码,因为在仿真的时候74LS192的加法脉冲不需要接，因为它是默认的没有加法脉冲。

仿真的时候这样做是可以的，于是我们就给加法脉冲UP接高电平，这样做之后，问题就迎刃而解了这是我们出现的第二个问题，也是最后一个问题。

3.2.5报警电路的连接和调试

报警电路主要有各种门电路组成，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。

3.3小结

此次课程设计的目的就是要学会学以致用。

我想这也是课程设计的产生之源。

因为我们平时学的只是书本上的知识，只掌握理论是不合格的，只有通过实践才能检验真理是不是正确，对于我们现在接触的只是书本上的知识，对于真正的元器件都没有真正的应用过。

对于一个设计人员来说，图纸的准确与否直接关系到最后实物的安装。

而设计的难点就在把每一部分完美的组合起来，刚开始设计的电路总是有一部分元器件不能参与工作。

指导老师呢给了题目之后，我们分工，每个人都有负责的部分，最后花了2天时间终于在模拟软件上实验成功了。

然后进了实验室，我们领到了器件，当然实验室不可能什么样的器件都有，比如最大的问题就是没有与门，我们只好用与非门加非门来代替。

于是我们开始了接线，接线过程中严格遵守老师说的不跨接，两根线用不同的颜色区分开。

但是在接元器件事，一开始并没有采取“U”行排版，最后导致了有多数线跨接以及从元件上方通过，我们又花了半天时间重新排版。

当我们再接74LS192时，由于之前没有用过芯片，进而我们对其管脚并不很熟悉，我们在图书馆查阅了相关书籍，以及上网查了其管脚图，最后终于连入电路，但是由于没有加保护电阻，致使元器件烧坏。

在老师的批评下。

我们对电路进行了改进。

花了2天时间制作完成。

在最后一天我们完成了课设内容并通过了老师的审核。

4、总结与体会

数字电路基础是我最喜欢的喜欢的课程之一，在这学期的最后两周，我们进行了课程设计，这对我来说可是第一次，本以为凭我们自己上课所学的知识能很快完成设计，认为根本用不了两周，感觉时间有点多，但使我们出乎意料的是当我拿到题目后，我们遇到了很多困难。

因为这个题目涉及范围比较广。

整本书的知识都需要应用，整本书都有提到，这时候才发现自己的问题所在，都怪自己平时学习知识的片面.拿到题目后，才知道这次课设不仅仅是考察平时上课所学，更是考察学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

这个是上课学不到的，还好这个题目是4个人一组，万事开头难，我们小组商量后，决定采取逐个击破的方法，每人负责一小项。

。

万但在我们做好了准备工作后，一切还是比较顺利的，当然在制作中还是有这样那样的困难。

但是作为一个小组的一员有义务更有责任迎难而上，解决问题。

当我们的作品通过验收时，当时我们是非常的高兴。

在此次课设中让我体会最深的就是合作，即团队精神，一个人的力量再大，他也需要合作展现自己的价值，而与他人合作可以取其长补其短，在为了同一个目标共同努力的过程是最可贵的，我相信在以后的工作学习中我会更重视合作。

在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导与帮助。

在整个课程设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使我们自己学到了不少知识，遇到了很多困难，但经过努力都迎刃而解。

在整个设计中我懂得了许多东西，也学会了合作，让我认识到团队精神的重要性，在以后的工作和学习中我一定会注重这一点，相信我们的未来一定美好。

附录1总体电路图

整体电路图

附录2元器件清单

元器件

数量

变压器

1个

整流桥

1个

二极管

4个

100uf电容（2>、100nf电容（1>、500uf电容<1）、10uf电容<1）、50uf电容<1）、10nf电容<1）

7805

1个

555定时器

1个

68k电阻

2个

1k保护电阻

若干<20）

开关

1个

74LS112

1个

74LS48

2个

74LS02

2个

74LS04

1个

74LS192

1个

LED数码显示管

2个

发光二极管

1个

蜂鸣器

1个

波码盘

1个

74ls08

2个

DIPSW-8双列直插开关组

1个

10K电阻

4个

74ls13

1个

74ls21

1个

DIPSW双列直插开关组

1个

附录3集成电路引脚图

附录4参考文献

1.阎石.数字电子技术基础.五版.北京：

高等教育出版社。

2.《模拟电子技术基础》主编:

童诗白华成英高等教育出版社

3.何碧华.数字电子技术实验指导书.电工电子实验指导中心。