东北大学数电课设报告

1东北大学课程设计报告课程设计名称数字电子技术课程设计专题题目百进制倒计时显示报警器指导教师杨丹学生姓名罗艺博学号20154377专业计算机科学与技术班级1507设计日期2017年7月3日2017年7月7日2摘要“倒计时”这一短语来源于1927年德国的幻想故事片月球少女，在这部影片中，导演弗里兹为了增加艺术效果，扣人心弦，在火箭发射的镜头里设计了“9、8、7、3、2、1”点火的发射程序。这个程序得到火箭专家们的一致赞许，认为它十分准确清楚科学地突出火箭发射的时间越来越少，使人们产生火箭发射前的紧迫感。此后“倒计时”被普遍采用，而且超越了使用范围，成为一个适用性极强，适用范围极广的词语。时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的555多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。本设计是采用555定时器，74LS192计数器，74LS47数码管译码器为核心元件，利用74LS47显示倒计时剩余时间。当计数到达100时，会自动触发报警器，报警器为声光报警器，报警持续时间为10秒。报警器报警时间由555定时器控制。这样一个100进制倒计时报警器系统可运用到日常的倒计时工作中，方便人们规划时间，而且，它还能被运用到很多更大规模的电路系统中，从而实现更多功能。因此倒计时报警器系统的设计有很大的现实意义。关键词计数器，译码器，555定时器，触发器3目录摘要2第1章概述4第2章课程设计任务及要求21设计任务522设计要求5第3章系统设计31方案论证632系统设计321结构框图及说明6322系统原理图及工作原理733单元电路设计331单元电路工作原理9332元件参数选择12第4章软件仿真41仿真电路图1542仿真过程1643仿真结果16第5章结论17参考文献18收获、体会和建议194第1章概述火箭发射倒计时、高考倒计时、电影上映倒计时“倒计时”一词常常出现在我们的日程生活中，倒计时计数器已经成为人们日常生活中必不可少的必需品，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。尽管目前市场上已有现成的数字时钟电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但专门用作倒计时报警的系统却不曾出现，因此进行倒计时报警系统的设计是必要的。数字电子技术课程设计是电子技术基础教学中的一个实践环节,它使我们通过设计和搭建一个实用电子产品雏形,巩固和加深在数字电子技术课程中的理论基础和实验中的基本技能,训练电子产品制作时的动手能力。通过该课程设计，设计出符合任务要求的电路,掌握通用电子电路的一般设计方法和步骤，训练并提高学生在文献检索、资料利用、方案比较和元器件选择等方面的综合能力,同时为毕业设计和毕业以后从事电子技术方面的科研和开发打下一定的基础。电子电路的一般设计方法和步骤是分析设计任务和性能指标，选择总体方案，设计单元电路，选择器件，计算参数，画总体电路图。进行仿真试验和性能测试。实际设计过程中往往反复进行以上各步骤，才能达到设计要求，方便同学们灵活掌握。本次设计只是简单地应用74LS192、74LAS47以及555定时器组成的小型数字系统。5第2章课程设计任务及要求21设计任务本设计为实现计数报警功能。（1）技术报警器的计数脉冲用按键产生，需要一个按键脉冲电路；（2）计数报警器能对输入脉冲计数，最大值为99，因此设计一个100进制的加法计数器；（3）当基数达到最大值时进行10秒的声光报警，因此设计一个定时电路；（4）为了能够显示数字，需要设计一个显示译码电路。22设计要求独立完成系统的原理设计。说明系统实现的功能，应达到技术指标，进行方案论证，确定设计方案。系统中包含的中、小规模集成电路的种类至少在六种以上。画出电路图，说明各部分电路的工作原理，初步选定所使用的各种器件的主要参数及型号，列出元器件明细表。系统中包含的中小规模集成电路的种类至少在六种以上。根据理论设计用MULTISIM在计算机上进行仿真。验证所设计方案的正确性。6第3章系统设计31方案论证倒计时警报器系统中100进制的计数用74LS192可以实现，需要两片74LS192来实现进位显示0099，数字的显示用译码器74LS47和共阳极数码管组成，脉冲信号用按键控制，555定时器可以实现10秒定时作用，声光报警部分用LED灯和蜂鸣器实现，所以此方案正确。32系统设计321结构框图及说明控制电路计数部分定时间路7图31系统结构框图说明本设计为实现计数报警功能，技术报警器的计数脉冲用按键产生，需要一个按键脉冲电路；计数报警器能对输入脉冲计数，最大值为99，因此设计一个100进制的加法计数器；当基数达到最大值时进行10秒的声光报警，因此设计一个定时电路；并且为了能够显示数字，需要设计一个显示译码电路。322系统原理图及工作原理译码电路报警部分8U174LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U274LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U3A74LS00NU774LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4U874LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVCC5V510VCC5VVCCVCC5VVCC5VVCC5VR11KC21UF27LED1U11SONALERT200HZ29U9ABCDEFGCA12131415161718VCCU10ABCDEFGCA202122232425VCCVCC5V19U12A74LS00NVCCR45005VCC5VVCCJ2KEYSPACEGNDGNDVCC5VVCC4631100VCCC1100UF260035302U4A74LS00N2831VCC1789图32系统原理图说明原理图如图31所示。此设计为实现计数报警器的功能，报警器的计数脉冲需用按键产生。运用两片十进制计数器74LS192实现100进制，从而完成计时。而译码部分运用74LS47N和共阳极数码管组成，显示计时的时间，显示从009到99之间的数字。555定时器组成单稳态触发器，能够产生10秒的定时，使计数报警器工作。开始时，按键产生计数脉冲所需信号，从而使74LS192开始计时，当倒计时完成，即显示99时，LED灯开始发光，同时蜂鸣器开始响，这样的报警形式将持续10秒，10秒后停止。33单元电路设计331单元电路工作原理定时报警部分定时报警部分的设计主要运用555定时器，LED灯和蜂鸣器组成，10秒报警可以调节555组成的单稳态定时器中的R2和C2调节，运用公式T11RC来计算，R2、C2、C1与555定时器组成单稳态定时器，触发输入端UTR作为触发输入端，将VTD和R1构成的反相器输出电压UDIS接至阀值输入端UTH，并在阀值输入端UTH对地接入电容C1，如图33。10A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR11KC21UF27LED1U11SONALERT200HZ29R45005VCC5VVCCC1100UF260035图33定时报警部分100进制计数电路部分100进制计数电路运用10进制74LS192来实现，A、B、C、D是并行输入端，起始状态是清零状态，所以ABCD输入端接地，LOAD是异步置数输入端，所以个位接高电平，十位需从个位的进位脉冲输出端经过与非门实现高电平来计数，UP端为进位脉冲输入端，CLR为异步清零输入端，将两个CLK端串联，实现99时清零，从新计数，十位增加两个与非门实现消除竞争冒险现象，如图34。11U174LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U274LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U3A74LS00NVCC5V10VCC5VU12A74LS00NVCC00VCC302U4A74LS00N2831图34100进制计数电路部分译码器显示部分译码器显示部分是由74LS47译码器和共阳极数码管组成的，ABCD是输入端需要和74LS192的输出端相对应一一连接，三个控制端LT、BI/RBO和RBI，LT为灯测试输入端，BI/RBO为灭零输入和灭零输出端，RBI为灭零输入端，为使74LS47正常工作，此时三者都接高电平，数码管要想正常工作需要接一定的高电平，如图35。12U774LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4VCC5VVCCVCC5VU9ABCDEFGCA12131415161718VCC图35译码器显示部分332元件参数选择表31元件参数选择表器件数量和规格74LS1922片74LS472片74LS001片555定时器1片电阻1K欧1个500欧1个电容100UF1个1UF1个共阳极数码管2个发光二极管1个蜂鸣器1个导线若干注74LS19274LS192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13图3674LS192引脚排列及逻辑符号74LS4774LS47是BCD7段数码管译码器驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字，通过它来进行解码，可以直接把数字转换为数码管的数字，从而简化了程序，节约了单片机的IO开销。其引脚排列及逻辑符号如下所示图3774LS47引脚排列及逻辑符号555555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图37所示，按输入输出的排列可看成如图2B所示。其中6脚称阈值端TH，是上比较器的输入；2脚称触发端TR，是下比较器的输入；3脚是输出端VO，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端DIS，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端MR，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端VC,可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。14图37555引脚排列及逻辑符号15第4章软件仿真41仿真电路图U174LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U274LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U3A74LS00NU774LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4U874LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVCC5V510VCC5VVCCVCC5VVCC5VVCC5VR11KC21UF27LED1U11SONALERT200HZ29U9ABCDEFGCA12131415161718VCCU10ABCDEFGCA202122232425VCCVCC5V19U12A74LS00NVCCR45005VCC5VVCCJ2KEYSPACEGNDGNDVCC5VVCC4631100VCCC1100UF260035302U4A74LS00N2831VCC1789图41仿真电路图在各单元电路设计的基础上，用MULTISIM软件把各单元电路连接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性。进入仿真状态后，当按动脉冲开关时，数码管可以显示00至99之间的所有数值，当数码管显示99时，LED灯发光，并且持续亮10秒，所以电路的设计是正确的。如图41电路仿真图。1642仿真过程仿真软件开关打开后，按下空格键（即打开开关KEY，如图41左下侧所示），电路接通，计时部分开始工作，并可以看到数码管开始显示数字（如图41右上侧所示），即此时计时部分正常工作，此数字为计时所显示时间，待到数码管显示99时，也即是计够100时，报警部分（如图41右下侧）开始工作，LED灯开始亮，并且蜂鸣器开始鸣响，此过程将持续10秒，10秒后结束。再次按开关键，整个电路停止工作。43仿真结果在仿真的过程中，出现的结果基本符合要求，计数器的工作也很理想，蜂鸣器正常响起，指示灯动作也很好，倒计时结束时，自动进行下一次倒计时，并且开关也能正常控制整个系统的控制。唯一不足的是，整个系统只能进行100进制的倒计时，若想更改进制数，需要重新连接电路，可能并不能满足用户多个进制倒计时计数的要求，使计数有些局限，但整个系统还是可以满足日常多数情况下的需求。除此之外，报警系统的时间也并不能有多重选择，时间仍是取决于电路连接和电容电阻选择，但同样，10秒也能满足大部分情况的需要。不过，总的来说，从电路的设计，画图，原件的选择到电路的连接的过程感觉还是很顺利的，基本没有遇到过多问题，而且仿真结果还是比较令人满意的，比较成功。17第5章结论此100进制倒计时报警器可以顺利完成所预期的任务，系统开始运行之后，正常倒计时，并在计时到100时出发报警系统，LED灯亮起，蜂鸣器开始报警。而且整个系统的关闭也能正常执行。数码管显示数字计数和显示部分正常工作LED灯亮，蜂鸣器响报警部分正常工作并且，通过这次对数字钟的设计与制作，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的知识与实践相结合。从而对我们学的知识有了更进一步的理解，使我们进一步加深了对所学知识的记忆。18参考文献1秦长海，张天鹏，翟亚芳数字电子技术（第一版）M北京北京大学出版社，20122邱关源，罗先觉电路（第五版）M北京高等教育出版社，20063谷树忠ALTIUMDESIGNER教程M北京电子工业出版社，20104童诗白模拟电子技术基础M北京高等教育出版社，200519收获、体会和建议本次课程设计，上交时间刚好是考试之后的第二天，虽然时间很紧张，但我依旧花了很多时间去认真完成。一开始，我并没有什么思路，因为觉得并没有什么电路是市场上没有的，就算是市场上没有在网上也能找到很多相关文献。忽然想到了自己的键盘有计时功能，而刚好发现并没有很多倒计时与报警系统结合的系统，于是就决定做这个选题。在设计电路时，主要问题是在倒计时系统方面，一方面要完成倒计时功能，一方面要与数码管连接，此外还需满足传给报警系统信号的功能。刚开始想用74LS160完成，发现很难实现，于是自己去图书馆查资料，但依然没找到相符合的资料，后来通过在网上进行相关的搜索，找到了解决方案，于是决定采用两个74LS192完成倒计时的功