30秒倒计时设计报告.doc

课程设计报告题 目：数字倒计时设计 专 业：通信工程 年 级：2011级 学 学生姓名 联系电 指导老师：李碧青 完成日期：2013年5月20日摘 要 本课程设计利用了七段共阴显示数码管、74LS192芯片、74LS48芯片、蜂鸣器、电容、开关、电阻、74LS00芯片、74LS10芯片、NE555芯片、发光二极管、三极管、16脚底座、14脚底座、8脚底座等元件，完成了数字倒计时设计，这个设计能够实现具有显示计时功能，设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能，计时器为递减计时，计时间隔为1S，计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。本设计具有成本低，使用的元件少，制作简单，计时准确、精确、稳定，使用简单方便的特点。 关键词：七段共阴显示数码管；74LS192芯片；NE555芯片。ABSTRACT This course is designed to use the seven paragraphs Yin shows that digital tube,74ls192,74ls48 chip,buzzer,capacitors,switches,resistors,74ls00,74ls10 chip,NE555 chip,light emitting diode,triode,14,16 foot base,8 feet base element etc,completed a digital countdown design,this design can be achieved with display timer function,set the external switch operation,start and pause/continuous functions,timer for decreasing timing,timing interval of 1s,diminishing the timer timing to zero,the digital display cant destroy the lamp,photoelectric alarm signal at the same time.This design is low cost and using less component,make simple,time accurate,precise,stable,simple to use convenient characteristic. Key words:7,a total of Yin shows that digital tube;74ls192 chips;NE555 chips. I目录摘 要IABSTRACTI1 设计要求及方案选择11.1 设计要求11.2 方案选择12 理论分析与设计22.1 原理方框图22.2 硬件电路的设计22.3 NE555芯片简介32.4 脉冲发生电路的分析及设计42.5 计数器电路的分析及设计42.6 显示电路的分析及设计52.7 控制电路的分析及设计72.8 报警电路的分析及设计83 系统测试83.1 调试所用的基本仪器清单83.2 调试结果83.3 测试结果分析84 总结105 参考文献11附录1：元件清单12II1 设计要求及方案选择1.1 设计要求 具有显示计时功能，设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能在直接清零时，要求数码显示器灭灯，计时器为递减计时，计时间隔为1S，计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。1.2 方案选择方案一： 基于AT89S52单片机的数码管显示模块显示的倒计时器。主要是以单片机来控制，用按键来设定倒计时初始时刻的值，按键来进行倒计时初值的选择。此电路对于倒计时器中的LED数码管示器来说，采用以软件为主的接口方法，即不使用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码。由于所用元件多，成本较高，制作比较复杂，运用不够方便，因此在本次课程设计中不适合采用此方案。方案二： 由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路NE555定时器与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源，在数码管上显示。由于本次设计要求用NE555定时器和多谐振荡器产生秒脉冲，它的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度和校对性，且数码管内部结构简单，容易设计，并且所用元件少，成本较低，制作比较简单，运用方便，效率比较高，对电源的损耗较少，准确程度和校对性够好，因此在本次课程设计中采用此方案。 图1 NE555芯片内部结构图2 理论分析与设计2.1 原理方框图图2 原理方框图2.2 硬件电路的设计 本课程设计电路由脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路和报警电路等五个部分组成。其中计数器和辅助时序控制电路是系统的主要部分。利用数码显示管、十进制计数器、定时器、译码器、蜂鸣器、电容、开关、电阻、与非门、发光二极管、三极管、16脚底座、14脚底座、8脚底座等元件，制作计时器，实现具有显示计时功能，设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能，计时器为递减计时，计时间隔为1S。2.3 NE555芯片简介 555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。以下为NE555管脚功能介绍：1脚为地。2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平。2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可打200mA。4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。5脚是控制端。 7脚称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。图3 NE555的内部功能原理框图和内部管脚图2.4 脉冲发生电路的分析及设计 为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为:T=0.7(R1+2R2)C。因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取15k欧姆,R2取68k欧姆,电容取C1为10uF、C2为0.1uF,这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒。NE555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。图4 脉冲发生电路图2.5 计数器电路的分析及设计 计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特性的逻辑功能。本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计算功能，它由两片74LS192的8421BCD码递减计数器构成。74LS192是十进制计数器，即有“异步清零”和“异步置数”功能，且即有进位和借位输出端。图5 74LS192的管脚图74LS192真值表：2.6 显示电路的分析及设计本电路由74LS48以及七段共阴显示数码管组成。如果把七段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极，那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地；它们的7个正极接到七段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上。此时若显示数字1，那么译码驱动电路输出段bc为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类推。主要由74LS48芯片驱动七段数码管译码器。 图6 74LS48管脚图74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，A、B、C、D是BCD码的输入端；a、b、c、d、e、f、g是输出端；试灯输入端：当=0时，数码管的七段全亮，与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏，动态灭零输出端：当=1、=0且译码输入为0时，该为输出不显示，即0自闭熄灭；当译码输入不全为0时，该为正常显示。本输入端用于消隐无效的0。灭灯输入/动态灭零输出端：当作为输入使用，且=0时，数码管七段全灭，与译码输入无关。当作为输出使用时，受控于和：当=1且=0时，=0，其他情况下=1共阴数码管在使用时要注意：是共阴极时，其管脚COM端接地；如果是共阳极时，其管脚COM端要接高电平。 图7 译码显示电路74LS48的功能表如下：2.7 控制电路的分析及设计 控制电路由74LS10以及74LS00构成，可以完成以下功能：a、 闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示所计数字，断开开关，计数器开始进行递减计数；b、 当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变；当此开关处于“连续”时，计数器继续递减计时；c、 当计数器递减计数到零时。控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，二极管发光。图8 控制电路真值表：1000100111100110100101100100100011100010100001100000013 系统测试3.1 调试所用的基本仪器清单 所用仪器数量电源输入设备1 台电源输入线 1 条万用表1 个杜邦线若干3.2 调试结果 经过多次调试，倒计时器获得了成功，具有显示计时功能，设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能时，要求数码显示器不灭灯，计时器为递减计时，计时间隔为1S，计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。3.3 测试结果分析利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应网络表，检查零件的封装问题，根据设计情况来修改或补充零件封装；进入PCB系统设计，进行电路板布线，规划电路板，主要是确定电路板边框，包括电路板尺寸大小等等；对电路板的设计进行检查，确保电路板不出现问题，再进行打印到铜板上，经过腐蚀，只留下电路图，打孔之后安装元件后进行焊接。 按设计的电路板及其原理图在面板上放好各个模块的元器件接好实际电路图并焊接好电路板，检查电路是否接线正确，然后对各个模块进行功能校正，再接上+5V电源，观察数码管是否亮。（1）对74LS48芯片的译码器显示通过一系列输入测试是否与其功能相同；（2）对74LS192逻辑功能通过万用表进行测试，验证其状态功能；（3）对个芯片组成的触发器的逻辑功能进行测试，验证其功能状态。电路主要由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路NE555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源，在数码管上显示。NE555芯片集成性很高，和多谐振荡器产生秒脉冲，它的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度和校对性,保证了设计电路的功能的有效进行。5 参考文献1 余孟尝.数字电子技术基础M.高等教育出版社，2006. 2 江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计M.机械工业出版社， 2007.3 姜有根、郭晋阳 .数字电子线路M.电子工业出版社