数显定时器设计.doc

1TheUniversityofSouthChina电子技术课程设计题目24秒数显定时器学院名称机械工程学院专业测控技术与仪器指导教师宁志刚朱卫华班级测控技术与仪器071班学号20074600120学生姓名唐松明2010年10月19日224秒数显定时器系统设计摘要：该系统选用三端集成稳压器7805所构成的直流稳压电源作为整个系统的供电部分，采用以石英晶体为核心的振荡电路为系统提供时钟脉冲，再通过4060和D触发器74LS74组成的分频电路对时钟脉冲进行15分频,最后产生1HZ脉冲。利用两片74LS90组成的计数电路对1HZ脉冲进行24秒计数，再经过两片译码芯片CD4511进行译码，最后由共阴极七段数码管5161AS进行数显。关键字：直流稳压电源，石英晶体，分频，译码，数显ABSTRACT：Thesystemisanintegratedselectionofthree-terminalregulator7805composedofDCpowersupplyasthepowersupplypartofthewholesystem,usingquartzcrystaloscillationcircuitasthecoreofthesystemclockpulse,andthrough4060,andthecompositionofDflip-flop74LS74dividercircuitclockfrequencyfor15minutes,finallyresulting1HZpulse.Usingtwo74LS90componentcountcircuit1HZpulses24secondscount,andthenafter2decodingchipCD4511decoding,andultimatelythecommoncathodeseven-segmentdigitaltube5161AStodigital.KEYWORDS：DCPower，Crystal，Divider，Decoding，Digitaldisplay3目录1系统方案设计.41.1设计任务与要求.41.2设计分析.41.3各模块方案选择和论证.41.3.1直流稳压电源模块的选择.41.3.2时钟脉冲产生模块的选择.51.3.3分频电路模块的选择.51.3.4计数电路模块的选择.51.3.5译码数显电路模块的选择.51.5最终系统设计方案.52各模块电路的设计及其原理图.62.1直流稳压电源模块的设计.62.2石英晶体振荡电路模块的设计.72.3分频电路模块的设计.82.4计数电路模块的设计.102.5译码数显电路模块的设计.113收获体会.14参考文献.15附录:.16附录一系统Protel原理图.16附录二系统Multisim仿真图.17附录三系统PCB图.18附录四元件清单.1941系统方案设计1.1设计任务和要求：1.任务：根据数电模电知识，设计一个具有较高精度的24秒数显定时器。2.要求：1）具有数码管显示24秒的定时功能。2）定时器为24秒递增定时，其计时间隔为1秒。3）画出Protel原理图，PCB图4）一份设计说明书5）做出所设计的系统的实物1.2设计分析：根据设计要求，现从以下几点来分析：1）电源是电子设备的能源电路，关系到整个电路设计的稳定性和可靠性。因此，直流稳压电源的设计，在系统设计中必不可少。2）由于本系统是设计一个定时器，因此必须要有一个能够产生时钟脉冲的电路，而定时器对脉冲频率的稳定性要求较高，所以该电路的设计必须要考虑到稳定性。3）一般产生的时钟脉冲信号频率都很高，所以需要一个分频电路，将源脉冲频率给降下来，而且必须降为1HZ，这样才能实现较好的定时功能。4）产生的1HZ时钟脉冲必须经过计数器计数，因此需要一个计数电路模块5）计数电路模块对脉冲所进行的计数必须经过译码电路译码后，才能驱动显示器显示因此需要一个译码数显电路模块。1.3各模块电路的方案选择和论证根据设计分析的思路，该系统包括直流稳压电路，时钟脉冲产生电路，分频电路，计数电路，译码数码管显示电路5个模块。1.3.1直流稳压电源模块的选择方案一：根据模拟电子技术课程中的知识，稳压部分设计为由稳压管来稳压优点：操作方便，价格低廉缺点：稳压效果不好，不稳定，而且需要设计相应的保护电路，比较复杂方案二：稳压电路部分由三端集成稳压管7805来稳压优点：使用方便，外围电路设计简单，内部有限流保护，过热保护和过压保护电路工作安全可靠5缺点：价格相对稳压管要高，效率较低基于以上分析，本系统选用方案二1.3.2时钟脉冲产生电路模块的选择方案一：用555定时器组成的多谐振荡电路，来产生时钟脉冲优点：产生的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，输出驱动电流大缺点：产生的脉冲频率稳定性不够高方案二：用石英晶体组成的石英晶体振荡电路来产生时钟脉冲优点：石英晶体的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率fs，且等效品质因素Q值很高，且与外围电路中的R,C的数值无关，脉冲频率稳定性很高缺点：所构成的振荡电路，反相器74LS04价格相对较贵由于定时器需要一个十分稳定与精准的秒基准脉冲，基于以上考虑，所以本系统选用方案二1.3.3分频电路模块的选择方案一：采用一块CD4060和一块74LS390来构成分频电路方案二：采用一块CD4060和一块74LS74来构成分频电路本系统选择方案二1.3.4计数电路模块的设计该电路模块的设计有很多方案，现举以下两种方案：方案一：选用两块74LS161四位同步计数器，一块74LS00与非门构成24进制的计数器方案二：选用两块74LS90构成24秒计数根据芯片用量小经济的原则，本系统选择方案二1.3.5译码数码管显示电路模块的设计方案一：选用两块74LS48，14个限流电阻和两块5161AS共阴七段数码管构成译码数码显示电路方案二：选用两块CD4511，两块5161AS共阴七段数码管构成译码数码显示电路由于CD4511芯片里已集成了限流电阻，所以本系统选用两块CD4511译码芯片，两块5161AS共阴七段数码管构成译码数码管显示电路1.4最终系统设计方案：经仔细论证，最终系统设计方案如下：1.直流稳压电源部分：以7805三端集成稳压器为直流稳压电源模块核心的+5V直流电源供电2.脉冲产生部分：用石英晶体振荡电路产生32768HZ的时钟脉冲3.分频部分：选用一块CD4060来进行14次二分频，再由74LS74来进行一次二分频，最终输出1HZ脉冲64.计数部分：选用两块74LS90构成的电路来对1HZ脉冲进行计数5.译码数显部分：选用两块CD4511，两块5161AS七段共阴极数码管构成数显6.系统方框图1：图1系统方框图2各模块电路的设计及其原理图2.1直流稳压电源电路的设计电源是电子设备的能源电路，关系到整个电路设计的稳定性和可靠性，因此电源的设计非常的关键1）直流稳压电源的基本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所组成原理图如图2：直流稳压电源产生+5V电压石英晶体振荡电路32768HZ输出4060和74LS74构成分频电路，1HZ输出两块74LS90实现24秒计数两块CD4511实现译码驱动数码管1数码管2+5V供电+5V供电+5V供电+5V供电7图2直流稳压电源基本原理图各部分功能：1.电源变压器的作用就是将220V的交流电路U1转换成整流电路所需要的电压U2。2.整流电路的作用是将交流电压U2转换成脉动的Ur。3.滤波电路的作用是将脉动直流电压滤除纹波Uf。4.稳压电路的作用就是将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压V0。2）采用三端集成稳压管7805设计的直流稳压电源电路如图3：图3直流稳压电源模块Protel原理图2.2石英晶体振荡电路模块设计石英晶体振荡器是构成整个系统非常重要的部分，它决定了定时器定时的准确性及稳定性。1）主要芯片特点：采用石英晶体组成的石英晶体振荡器，产生的脉冲波形稳定性很高，是一种高精度和高稳定度的振荡器。石英晶体的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率fs,且等效品质因素Q值也很高。只有频率为fs的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体衰减。石英晶体的等效电路与电抗特性如图4所示：图4石英晶体的等效电路与电抗特性一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路