三位數(shù)字顯示器課程設(shè)計

1、<p><b>　　數(shù)字電路邏輯設(shè)計</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　三位數(shù)字顯示器課程設(shè)計</p><p><b>　　一、設(shè)計目的：</b></p><p>　　了解計時器主體電路的組成及工作原理。</p>

2、;<p>　　1.熟悉集成電路及有關(guān)電子元器件的使用。 </p><p>　　2.在Multisim仿真軟件上仿真并成功運行。</p><p>　　3.通過實際電路方案的分析比較，設(shè)計計算，元件選取，安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。</p><p>　　4.熟悉555方波振蕩器的應(yīng)用，計數(shù)器的級聯(lián)及其計數(shù)、譯碼、顯示電路的

3、整體配合；</p><p>　　二、設(shè)計任務(wù)與要求：</p><p>　　設(shè)計一個三位數(shù)字顯示的時間計時系統(tǒng)（秒表），以供運動員比賽用。要求：</p><p>　?。?）以1秒為最小單位進(jìn)行顯示；</p><p>　?。?）秒表由3三位數(shù)碼管顯示，最大計時9分59秒。</p><p>　?。?）具有清零、啟動計時、暫停

4、計時、繼續(xù)計時等控制功能。</p><p>　?。?）除了以上功能，個人可根據(jù)具體情況進(jìn)行電路功能擴(kuò)展。</p><p><b>　　三、設(shè)計原理：</b></p><p>　　實現(xiàn)一個三位數(shù)字顯示的秒表系統(tǒng)，需要振蕩器（脈沖沖源）、秒計數(shù)電路及譯碼顯示電路等組成部分。秒計數(shù)電路滿60向分計數(shù)電路進(jìn)位（顯示00~59s），分計數(shù)電路滿足10（顯

5、示0~9）后清零，等待重新計時?？刂崎_關(guān)為兩個：啟動（繼續(xù)）/暫時計時開關(guān)和復(fù)位開關(guān)。原理框圖如下 ：</p><p>　　圖為 秒表原理框圖 </p><p><b>　　其中：</b></p><p>　?。?）顯示器：采用3片LED顯示器把各位的數(shù)值顯示出來，是秒表最終的輸出，有分、秒、和毫秒位。</p><p>

6、;　?。?）記數(shù)器：對時鐘信號進(jìn)行記數(shù)并進(jìn)位,毫秒和秒之間10進(jìn)制,秒和分之間60進(jìn)制。</p><p>　?。?）控制器：控制電路是對秒表的工作狀態(tài)（記時開始/暫停/繼續(xù)/復(fù)位等）進(jìn)行控制的單元，可由觸發(fā)器和開關(guān)組成。 </p><p>　　(4)時鐘發(fā)生器：利用石英震蕩555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器做時鐘源,產(chǎn)生100HZ的脈沖; (3)譯碼器：對脈沖記數(shù)進(jìn)行譯碼輸出到顯示單元

7、中；</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容：</b></p><p>　　1.搭接電子秒表的整體設(shè)計電路；</p><p>　　2.校準(zhǔn)1秒信號源；</p><p>　　3.測試電子秒表清零、開始計時、停止計時功能。</p><p><b>　　電路分析：</b></p

8、><p>　　實驗電路圖如下所示：</p><p><b>　　四、實驗器件簡紹：</b></p><p>　　1、時鐘脈沖發(fā)生器：</p><p>　　555 定時器是模擬 — 數(shù)字混合式集成電路，利用它可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生、整形電路和定時、延時電路。用555定時器構(gòu)成的自激式多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。調(diào)節(jié)電位

9、器 Rp ，使在輸出端3獲得頻率為50HZ的矩形波信號。</p><p>　　2、555 定時器的電路結(jié)構(gòu)及其功能：</p><p>　　圖2.2.2為 555 定時器的內(nèi)部邏輯電路和外引腳圖，從結(jié)構(gòu)上看， 555 電路由 2 個比較器、 1 個基本 RS 觸發(fā)器、 1 個反相緩沖器、 1 個集電極開路的放電晶體管和 3 個 5kΩ 電阻組成分壓器組成。</p><p&

10、gt;　　555定時器邏輯功能表</p><p>　　多諧振蕩器如圖2.2.3所示。</p><p>　　當(dāng)電路剛接通電源時，由于C (C1//C2)來不及充電，555電路的2腳處于零電平，導(dǎo)致其輸出3腳為高電平。當(dāng)電源通過R1、Rp向C充電到Vc≥Vcc時，輸出端3腳由高電路平變?yōu)榈碗娖?，電容C經(jīng)R1和內(nèi)部電路的放電開關(guān)管放電。當(dāng)放電到Vc≤Vcc時，輸出端又由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?。此時電

11、容再次充電，這種過程可周而復(fù)始地進(jìn)行下去，形成自激振蕩。圖2.2.4是輸出端及電容器C上電壓的波形。 </p><p>　　圖 2.2.4 波形圖 圖 2.2.5多諧振蕩器電路</p><p>　　振蕩頻率的估算：（為了電路更直觀，見圖2.2.5）</p><p>　　（1）電容充電時間T1。電容充電時，時間常數(shù)

12、τ1=（R1+R2）C，，起始值vC（0+）=，終了值vC（∞）=VCC，轉(zhuǎn)換值vC（T1）=，帶入RC過渡過程計算公式進(jìn)行計算：</p><p>　　（2.2.1） （2.2.4）</p><p>　?。?）電容放電時間T2</p><p>　　電容放電時，時間常數(shù)τ2=R2C，起始值vC（0+）= ，終了值vC（∞）=0，轉(zhuǎn)換值vC（T2）=，帶

13、入RC過渡過程計算公式進(jìn)行計算：</p><p>　?。?）電路振蕩周期T</p><p>　　T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C （2.2.2）</p><p>　?。?）電路振蕩頻率f</p><p><b>　?。?.2.3）</b></p><p>　　（5）輸出波形占空比q&l

14、t;/p><p>　　定義：q=T1/T，即脈沖寬度與脈沖周期之比，稱為占空比。</p><p><b>　　3、 計數(shù)器：</b></p><p>　　計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件,它不僅可用來計脈沖數(shù),還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時,分頻和執(zhí)</p><p>　　行數(shù)字運算以及其它特定的邏輯功能. 計數(shù)器種類很多按構(gòu)成

15、計數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個時鐘脈沖源來分,有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器.根據(jù)計數(shù)制的不同,分為二進(jìn)制計數(shù)器,十進(jìn)制計數(shù)器和任意進(jìn)制計數(shù)器.根據(jù) 計數(shù)的增減趨勢,又分為加法,減法和可逆計數(shù)器.還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計數(shù)器等等</p><p><b>　?。?）分頻器電路：</b></p><p>　　通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到 0.1Hz的秒信號

16、輸入，需要對振器的輸出信號進(jìn)行分頻。圖2.3.1中的U1是一個十進(jìn)制計數(shù)器，對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。對頻率為 50HZ的時鐘脈沖進(jìn)行五分頻，在輸出端 QD 取得周期為 0.1S的矩形脈沖，作為時間計數(shù)單元的時鐘輸入。單元電路2.2.5所示。</p><p>　　若計數(shù)器U1不用，直接用555產(chǎn)生的信號作計數(shù)脈沖是可以實現(xiàn)的。根據(jù)多諧振蕩電路</p><p>　　的頻率公式（2.2.3）

17、，直接產(chǎn)生0.1S（10Hz）的脈沖，可以調(diào)節(jié)電路的R和C的數(shù)值。</p><p><b>　?。?）時間計算：</b></p><p>　　計數(shù)器U2及計數(shù)器U3接成8421碼十進(jìn)制形式，將CP2（即CKB）和QA相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。</p><p>　　S2斷開

18、秒表應(yīng)清為00，S2接通(S1閉合)，秒表應(yīng)開始計數(shù)。</p><p><b>　　4、 譯碼器：</b></p><p>　　譯碼器是一個多輸入，多輸出的組合邏輯電路.它的作用是把給定的代碼進(jìn)行"翻譯"，成相應(yīng)的狀態(tài),使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換,終端的數(shù)字顯示,還用于數(shù)據(jù)分配，存貯器尋址和

19、組合控制信號等。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。前者又分為變量譯碼器和代碼變換譯碼器。</p><p>　　計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以 8421BCD碼形式輸出，譯碼器電路采用74LS47集成塊，其功能表如下：</p><p><b>　　74LS47功能表</b></p><p><b>

20、　　5、 數(shù)碼管：</b></p><p>　　一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位0～9十進(jìn)制數(shù)和一個小數(shù)點.小型數(shù)碼管(0.5寸和0.36寸)每段發(fā)光二極管的正向壓降,隨顯示光(通常為紅,綠,黃,橙色)的顏色不同略有差別,通常</p><p>　　為2～2.5V,每個發(fā)光二極管的點亮電流在5～10mA.LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器,該譯碼器

21、不但要完成譯碼功能,還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動能力。</p><p>　　這個設(shè)計的數(shù)碼管采用共陽型數(shù)碼管。一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位0～9十進(jìn)制數(shù)和一個小數(shù)點。本電路中的兩個數(shù)碼管分別顯示個位為1.0—9.0、十分位為0.1—0.9。</p><p><b>　　五. 設(shè)計步驟：</b></p><p><b>　　1、 設(shè)備與元件：&l

22、t;/b></p><p>　　設(shè)備：直流穩(wěn)壓電源一臺，示波器一臺，邏輯筆一支，萬用表一塊。元件：定時器555一塊， 二-五-十制計數(shù)器74LS160三塊，譯碼器74LS47三塊，7467兩塊， 共陽型數(shù)碼管兩只，1kΩ電阻一只，100kΩ電阻一只，100kΩ電位器一只，電容器0.1μF、0.01μF、0.022μF各一只。</p><p><b>　　2、 測試調(diào)整：&l

23、t;/b></p><p>　　按照設(shè)計原理圖進(jìn)行連接實際元件連接，依次對各部分進(jìn)行測試：</p><p>　　（1）時鐘發(fā)生器的測試 </p><p>　　用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調(diào)節(jié)器節(jié)Rp，使輸出矩形波頻為50Hz。若無波形輸出，檢查555線路連接是否良好，555定時器構(gòu)成的多諧振蕩是否起振。</p><p>　?。?/p>

24、2）計數(shù)器的測試 </p><p>　?、?S1閉合，檢查計數(shù)器U1的QD端應(yīng)有周期為0.1S的脈沖輸出，S1斷開Q3端無脈沖輸出。RO(1)、RO(2)、R9(1)、R9(2)接邏輯開關(guān)輸出插口，CPB接單次脈沖源,CPA接高電平“1”，QD～QA接實驗設(shè)備上譯碼顯示輸入端D、C、B、A，按表2.2.1測試其邏輯功能，記錄之。</p><p>　?、?計數(shù)器U2及計數(shù)器U3接成8421碼

25、十進(jìn)制形式，同內(nèi)容（1）進(jìn)行邏輯功能測試。記錄之。</p><p>　　③ 將計數(shù)器U1、U2、U3級連，進(jìn)行邏輯功能測試。記錄之。</p><p>　?。?）電子秒表的整體測試：</p><p>　　各單元電路測試正常后，按總圖把幾個單元電路連接起來，進(jìn)行電子秒表的總體測試。先按一下停止按鈕，此時電子秒表不工作，再按一下啟動按鈕，則計數(shù)器清零后便開始計時，觀察數(shù)碼

26、管顯示計數(shù)情況是否正常，如不需要計時或暫停計時，按一下停止按鈕，計時立即停止，但數(shù)碼管保留所計時之值。</p><p>　?。?）電子秒表準(zhǔn)確度的測試：</p><p>　　利用電子鐘或手表的秒計時對電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。</p><p><b>　　六、設(shè)計心得體會：</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，使我加深