課程設(shè)計(jì)--可預(yù)置定時(shí)電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課程名稱： 可預(yù)置定時(shí)電路設(shè)計(jì) </p><p>　　系 部： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息系 </p><p>　　可預(yù)置定時(shí)電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p

2、>　　設(shè)計(jì)一個(gè)可靈活預(yù)置時(shí)間的計(jì)時(shí)電路，要求具有時(shí)間顯示功能，能準(zhǔn)確預(yù)置清零。 </p><p>　　2、設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫時(shí)|連續(xù)計(jì)時(shí)。</p><p>　　3、要求計(jì)時(shí)電路遞減計(jì)時(shí)，每隔一秒，計(jì)時(shí)器減1。</p><p>　　4、當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減時(shí)間到零（即定時(shí)時(shí)間到）時(shí)，顯示器上顯示00，同時(shí)發(fā)光 電報(bào)警信號(hào)。&l

3、t;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)的作用、目的</b></p><p>　　熟悉集成同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器的工作原理。 掌握555定時(shí)器的工作原理、 集成電路的使用方法、集成電路的引腳安排、各集成芯片的邏輯功能及使用方法。</p><p>　　在日常生活和工作中，我們常常使用都定時(shí)控制，如交通燈定時(shí)等等等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，控

4、制電路的需求越來(lái)越大?？梢允褂檬褂没究深A(yù)置定時(shí)電路構(gòu)成其他我們生活中應(yīng)用廣泛的電子設(shè)備。</p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　1．系統(tǒng)概述</b></p><p>　　定時(shí)器由啟動(dòng)電路、秒脈沖發(fā)生器、預(yù)置輸入電路、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和控制電路共7部分組成。<

5、;/p><p>　　基本框圖如下圖所示：</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　其中譯碼電路和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成計(jì)時(shí)功能，而控制器完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫時(shí)功能。通過(guò)設(shè)置開關(guān)或按鍵電路可以對(duì)定時(shí)時(shí)間進(jìn)行預(yù)置，這部分需要編碼器。通過(guò)編碼后，送到計(jì)數(shù)器預(yù)置端作為計(jì)數(shù)的時(shí)間。根據(jù)題目要求這部分應(yīng)采用減計(jì)

6、數(shù)。在計(jì)數(shù)同時(shí)，還需要對(duì)所計(jì)時(shí)間進(jìn)行顯示，所以需要譯碼顯示電路，顯示器用LED。</p><p>　　對(duì)于本模塊的器件選用，計(jì)數(shù)器選用74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)。74LS192是十進(jìn)制可編程同步加1減計(jì)數(shù)器，它采用8421碼二—十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加1減計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　報(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中可以用發(fā)光二極管來(lái)代替。</p><p><b&g

7、t;　　2．電路分析與設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　器件選擇</b></p><p>　　十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192 </p><p>　　74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如圖2所示：</p><p>　　圖2 74LS19

8、2的引腳排列及邏輯符號(hào)</p><p>　　圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)</p><p>　　位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，</p><p>　　為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下</p><p>　　表1 74LS192的功能表</p>&

9、lt;p>　　（2）. 555定時(shí)器</p><p>　　雙極型定時(shí)器CB555電路結(jié)構(gòu)圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。</p><p>　　555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：</p><p><b>　　圖3 結(jié)

10、構(gòu)框圖</b></p><p>　　圖中的數(shù)碼1—8為器件引腳的編號(hào)。555定時(shí)器符號(hào)如下所示：</p><p><b>　　1）.模擬功能部件</b></p><p><b>　　①電阻分壓器</b></p><p>　　經(jīng) 3 個(gè) 5 kΩ 電阻分壓后提供基準(zhǔn)電壓：</p>

11、;<p>　　當(dāng)不接固定電壓 時(shí)， =， =</p><p>　　當(dāng)外接固定電壓 時(shí)， = ， = </p><p>　　②電壓比較器C1和C2</p><p>　　比較器 ：TH(閾值輸入端)>基準(zhǔn)電壓 時(shí)，輸出 =0，否則為1</p><p>　　比較器 ： (閾值輸入端)<基準(zhǔn)電壓 時(shí)，輸出 =0，否則為1

12、</p><p>　?、奂姌O開路的放電管V</p><p>　　輸出 =0時(shí)，V導(dǎo)通，輸出 =1時(shí)，V截止。相當(dāng)于一個(gè)受控電子開關(guān)。</p><p><b>　　2）.邏輯功能部件</b></p><p>　?、?和 組成基本RS觸發(fā)器。輸入低電平有效觸發(fā)。</p><p>　　=0， =1，置

13、0，Q=0， =1</p><p>　　=0， =1. 置0，Q=1， =0</p><p>　　=1, =1 ,保持。</p><p><b>　?、谳敵鼍彌_級(jí) </b></p><p>　　Q=0， =1 時(shí)，輸出 =0</p><p>　　Q=1， =0 時(shí)，輸出 =1</p>

14、<p><b>　　③ D為直接置0端</b></p><p>　　D=0，輸出 便為低電平</p><p>　　正常工作時(shí)， D端必須為高電平。</p><p><b>　　3）.邏輯功能 </b></p><p>　?、?D為低電平有效的直接置0端</p><p&

15、gt;　　② TH(閾值輸入端)>基準(zhǔn)電壓 時(shí)，稱為觸發(fā)置0</p><p>　?、?(觸發(fā)輸入端)>基準(zhǔn)電壓 時(shí)，稱為觸發(fā)置1</p><p><b>　　4）.基本功能</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)，，輸出電壓為低電平，VT飽和導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)時(shí)，時(shí)，時(shí)，C1輸出低電平，C2輸出高電平，

16、，Q＝0，，飽和導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)、、時(shí)，C1、C2輸出均為高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變，因此、VT也保持原來(lái)狀態(tài)不變。</p><p>　　當(dāng)、、時(shí)，C1輸出高電平，C2輸出低電平，，Q＝1，，VT截止。</p><p>　　表2 555 定時(shí)器的功能表</p><p>　　(3).74LS04</p>

17、<p>　　由下圖可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平，而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實(shí)際上就是一個(gè)非門。（亦稱反向器）。</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電</p><p>　　平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于</p><p&

18、gt;　　深度飽和的基極電流。</p><p>　　設(shè)計(jì)電路所用的芯片是74LS04，如下圖所示：</p><p>　　圖4：六位反相器74LS04引腳圖</p><p>　　(4).74LS00</p><p>　　74LS00 是四2 輸入與非門，其邏輯功能表如下：</p><p>　　表3與非門邏輯功能表<

19、/p><p>　　74LS00內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如下圖：</p><p>　　圖5 74LS00內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）基本RS觸發(fā)器</p><p><b>　　電路結(jié)構(gòu)：</b></p><p>　　把兩個(gè)與非門G1、G2 的輸入、輸出端交叉連接，即可構(gòu)成基本RS 觸發(fā)器，其邏輯電路如圖12

20、(a)所示。它有兩個(gè)輸入端R、S 和兩個(gè)輸出端Q、Q。</p><p>　　圖6 基本RS觸發(fā)器</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　基本RS 觸發(fā)器的邏輯方程為：</p><p>　　根據(jù)上述兩個(gè)式子得到它的四種輸入與輸出的關(guān)系:</p><p>　　1）.當(dāng)R=

21、1、S=0 時(shí)，則Q=0,Q=1,觸發(fā)器置1。</p><p>　　2）.當(dāng)R=0、S=1 時(shí)，則Q=1,Q=0,觸發(fā)器置0。</p><p>　?。?）74LS10三輸入與非門</p><p>　　74LS10三輸入與非門內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖和真值表如下：</p><p>　　圖7 74LS10三輸入與非門內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖和真值表</p>

22、;<p>　?。?）74LS190同步可預(yù)置數(shù)十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器</p><p>　　74LS190同步可預(yù)置數(shù)十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖：</p><p>　　圖8 74LS190結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　74LS74190功能表：</p><p>　　表5 74LS功能表</p><p>　　74LS

23、190動(dòng)作時(shí)序圖如圖7</p><p>　　74LS190是同步可預(yù)置數(shù)加減十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，符號(hào)與動(dòng)作時(shí)序圖如上圖，它具有異步指數(shù)端ＬＯＡＤ、加減控制端D/U和計(jì)數(shù)控制端CTEN，為了方便級(jí)聯(lián)，設(shè)置了兩個(gè)級(jí)聯(lián)輸出端RCO和MAX/MIN。</p><p>　　其各個(gè)控制端功能詳見(jiàn)其功能表（表5）</p><p>　　圖9 74LS190動(dòng)作時(shí)序圖</p>

24、<p>　　(8).數(shù)碼管譯碼器</p><p>　　七段LED顯示譯碼器 加法器定義實(shí)現(xiàn)多位二進(jìn)制數(shù)相加的電路稱為加法器， 它能解決二進(jìn)制中1+1=10 的功能。</p><p>　　因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(zhuǎn)換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)輸出的BCD碼換成 7 段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制數(shù)的電

25、路稱為“七段字型譯碼器”。</p><p>　　74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Ya～Yg）端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RB

26、I）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見(jiàn)表1中1～16行。2）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。3）燈測(cè)試功能（LT

27、0;= 0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，R</p><p><b>　　引腳如下圖：</b></p><p>　　圖10 74LS48引腳圖</p><p>　?。?

28、）七段數(shù)碼顯示管</p><p>　　數(shù)碼管的一種是半導(dǎo)體發(fā)光器件，數(shù)碼管可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，區(qū)別在于八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)的發(fā)光二極管單元DP（decimal point），其基本單元是發(fā)光二極管。</p><p>　　圖13（a）(b)為共陰管電路和共陰數(shù)碼管引出腳功能圖。</p><p>　　圖11 引出腳功能圖</p>

29、;<p><b>　　功能模塊電路單元</b></p><p>　?。?）.秒脈沖發(fā)生電路</p><p>　　首先設(shè)計(jì)定時(shí)電路由于555定時(shí)芯片是一種常用的定時(shí)芯片。原理簡(jiǎn)單易懂，因此選用555芯片來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。如下圖所示 用555定時(shí)器和74ls190芯片 經(jīng)過(guò)3次分頻 將1khz分頻成為1hz 即為1s 即1s定時(shí)電路設(shè)計(jì)成功。</p&

30、gt;<p>　　圖8 秒脈沖發(fā)生電路</p><p>　　(2).輔助預(yù)置電路：</p><p>　　為了保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的</p><p>　　時(shí)序關(guān)系，從系統(tǒng)控制要求可知，控制電路要完成以下4 項(xiàng)功能。</p><p>　　1）操作“直接清零”開關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零。</

31、p><p>　　2) 閉合“啟動(dòng)”開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能，顯示器顯示預(yù)置數(shù)</p><p>　　據(jù)；斷開“啟動(dòng)”開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器開始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。</p><p>　　3) 當(dāng)“暫停|連續(xù)”開關(guān)處于“暫停”位置時(shí)，控制電路封鎖時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，顯示器上保持原來(lái)的數(shù)不變，當(dāng)“暫停</p><p>　　4) 當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到

32、零（即定時(shí)時(shí)間到）時(shí)，控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變，同時(shí)報(bào)警電路工作。 </p><p>　　圖9啟動(dòng)、暫停、連續(xù)控制電路</p><p>　　(3)預(yù)置、計(jì)數(shù)、顯示電路</p><p>　　通過(guò)設(shè)置開關(guān)或按鍵電路可以對(duì)定時(shí)時(shí)間進(jìn)行預(yù)置，這部分需要編碼器。通</p><p>　　過(guò)編碼后，送到計(jì)數(shù)器預(yù)置端作為計(jì)數(shù)的時(shí)間。根據(jù)

33、題目要求這部分應(yīng)采用減計(jì)</p><p>　　數(shù)。在計(jì)數(shù)同時(shí)，還需要對(duì)所計(jì)時(shí)間進(jìn)行顯示，所以需要譯碼顯示電路，顯示器</p><p><b>　　用LED。</b></p><p>　　采用74LS48來(lái)作為譯碼顯示電路。</p><p>　　對(duì)于本模塊的器件選用，計(jì)數(shù)器選用74LS192 進(jìn)行設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)便，74LS19

34、2</p><p>　　是十進(jìn)制可編程同步加|減計(jì)數(shù)器，它采用8421 碼二—十進(jìn)制編碼，并具有直接</p><p>　　清零、置數(shù)、加|減計(jì)數(shù)功能。（控制左側(cè)開關(guān)可實(shí)現(xiàn)清零，控制右側(cè)開關(guān)可實(shí)現(xiàn)對(duì)0到99內(nèi)的任意數(shù)進(jìn)行預(yù)置數(shù)）</p><p>　　在其輸入端接入單刀雙擲開關(guān)控制器高低電平可實(shí)現(xiàn)其預(yù)置數(shù)功能。</p><p>　　圖 10 計(jì)數(shù)

35、器預(yù)置電路</p><p>　　(4)總體電路如下圖</p><p><b>　　四．心得體會(huì)及建議</b></p><p>　　一段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)讓我們有機(jī)會(huì)把課堂上學(xué)到的知識(shí)在實(shí)踐中檢驗(yàn)，通過(guò)這段時(shí)間de初步應(yīng)用，我知道自己應(yīng)該學(xué)一些什么方面的知識(shí)和理論，就我現(xiàn)在的水平，還要許多的努力。對(duì)于元件的型號(hào)種類等等都不是很了解。尤其是每個(gè)型號(hào)元件

36、的參數(shù)。所以這機(jī)是一個(gè)很大的空洞，另外對(duì)于《數(shù)字電子技術(shù)》這一門課程，雖然懂一點(diǎn)，但是還是要努力的學(xué)習(xí)，才能夠在實(shí)踐中不那么盲目。我認(rèn)為在以后的學(xué)習(xí)生活中，我將更加重視課堂上的理論學(xué)習(xí)，只有有堅(jiān)強(qiáng)理論才可以負(fù)之更好的實(shí)踐。</p><p>　　另外選擇元件中，可能找不到電路圖中設(shè)計(jì)的元件，現(xiàn)實(shí)中的元件屬性可能和電路原理圖中不同，這就需要隨時(shí)際情況修改電路圖，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。比如電阻可能沒(méi)有合適的阻值，這是可以用不

37、同電阻串聯(lián)，或用電位器來(lái)達(dá)到所需的阻值。數(shù)碼管譯碼器如果沒(méi)有74LS48，也可以用74LS248代替。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)讓我收獲很大，我了解了Protel軟件，增進(jìn)了我對(duì)數(shù)電的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力，提高了解決實(shí)際問(wèn)題的能力，對(duì)我以后的工作與學(xué)習(xí)有很大的幫助。</p><p>　　但是在實(shí)際的操作中會(huì)發(fā)現(xiàn)知識(shí)太過(guò)匱乏，還有太多不懂且需要學(xué)習(xí)的地方。在今后的學(xué)習(xí)中