电梯楼层显示电路.doc

数字电子技术数字电子技术课程设计报告课程设计报告 课题： 电梯楼层显示电路 班级班级 电气 3072 学号学号 3072110237 学生姓名学生姓名 虞光远 专业专业 电气工程及其自动电气工程及其自动化 系别系别 电子与电气学院电子与电气学院 指导教师指导教师 电子技术课程设计指导小组电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程系电子信息工程系 20092009 年年 1212 月月 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 2 电梯楼层显示电路 1 1 设计目的设计目的 电子技术课程设计是电子信息工程系三个专业的公共课程设计，是模拟电 子技术、数字电子技术课程结束后进行的教学环节。其目的是： 1、培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实 际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 2、学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识 解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调 试。 3、进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、 熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验 设备进行调试和数据处理等。 4、培养学生的创新能力。 2 2 技术指标与设计要求技术指标与设计要求 利用可逆计数器，译码器，数码管等器件，模拟电梯楼层显示 1 1、技术指标、技术指标 （1）实现十层电梯楼层显示电路 （2）电梯每经过一层， “楼层信号”输入一个脉冲。电梯上升时“上升” 为高电平， “下降”为低电平，下降时相反。 2 2、设计要求、设计要求 （1）按照任务书要求，进行电路设计，给出原理框图； （2）根据原理框图，进行整体电路设计； 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 3 （3）选择主要单元器件、单元电路，给出选择方法与选择理由； （4）安装、设计电路，实现预期功能； （5）提交格式符合要求、内容完整的设计报告。 3 3 总体设计总体设计 图 1：总体框图 1 1设计构想设计构想 利用 555 构成的多谐振荡电路，震荡周期约为 1 秒，当脉冲上升沿来临时， 即表示电梯到达上一层或下一层；74ls192 为十进制可逆计数器，用来计算电 梯所在层数，即当一个上升沿来临时，计数器加或减一，表示电梯上升或下降 了一层；74hc4511 为译码器，其输入端与 74ls192 输出端相连，输出端与 7 段 式数码管相连，计数器输出值经译码后，由数码管显示当时所在的楼层数。 2 2设计所需器件设计所需器件: : 电阻: 100 k1 20 k1 470 9 200 1 560 1 电容: 10f1 10pf2 10nf1（104） 集成块： 5551 74ls1921 74ls321 74hc45111 74ls741 74ls002 显显 示示 译译 码码 可逆计数可逆计数 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 4 其他: 数码管1 3 3总电路装置接线图总电路装置接线图 图 2，图 3，图 4 分别为模拟电梯运行电路，可以计数电路以及数码显示电路。 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 5 图 2 模拟电梯运行电路 图 3 可逆计数电路 图 4 数码显示电路 4 4 单元电路设计单元电路设计 4 41 1 模拟电梯运行单元电路设计模拟电梯运行单元电路设计 4.1.1 电路图如上模拟电梯运行电路 4.1.2 主要元器件功能介绍 555 定时器 555 定时器是一种模拟-数字混合式集成定时器，用它可以很方便的组成多 谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等脉冲电路，在工业控制等诸多方面 有很广泛的应用。它的基本工作原理如下： 555 定时器的组成与功能 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 6 图 5 555 定时器 (a)电路结构； (b) 引脚图 555 定时器的组成如图 5(a)所示， （b）为引脚图。其工作原理如下：比较 器 c1的反向输入端u6(接引脚 6)称为阈值输入端，用 th 来表示，比较器 c2的 同向输入端u2(接引脚 2)称触发输入端，用 tr 标注。c1和 c2的参考电压(电压 比较的基准)ur1和ur2由电源ucc经三个 5k 的电阻分压给出。当控制电压输入 端uco悬空时， ccr uu 3 2 1 ， ccr uu 3 1 2 ；若uco外接固定电压，则 corcor uuuu 2 1 , 21 。 rd为异步置 0 端（对应管脚 4） ，只要在rd端加入低电平，无论 u6、u2的 输入电平如何，基本 rs 触发器就置 0，电路输出 uo为零。平时d r 处于高电平； 管脚 6 称为高触发端，该引脚的电平与 cc u 3 2 作比较；管脚 2 称为低触发端， 该引脚与 cc u 3 1 作比较，所以在 rd=1 时，u6和 u2有三种状态组合。使 555 定时 器电路的输出 uo有低电平 0、保持和高电平 1 三种状态。定时器的主要功能取 决于两个比较器输出对 rs 触发器和放电管 v1状态的控制。555 定时器功能表如 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 7 表 2-1 所示。 当 cccc uuuu 3 1 3 2 26 、 时，比较器 c1输出为 0，c2输出为 1，基本 rs 触发器被置 0，v1导通，uo输出为低电平。 当 cccc uuuu 3 1 3 2 26 、 时，c1输出为 1，c2 输出为 0，基本 rs 触发 器被置 1，v1截止，uo输出高电平。 当 cccc uuuu 3 1 3 2 26 、 时，c1和 c2输出均为 1，则基本 rs 触发器的 状态保持不变，因而 v1和uo输出状态也维持不变，定时器输出处于高阻状态。 rd u6（th） u2(tr) u0v1 0 cc u 3 2 cc u 3 1 0 导通 1 cc u 3 2 cc u 3 1 1 截止 1 cc u 3 2 cc u 3 1 0 导通 1 cc u 3 2 cc u 3 1 不变不变 555 定时器功能表 74ls00,74ls32 74ls00为2 输入4与非门电路，即在一块集成块内含有4个互相独立的与非门， 每个与非门有2个输入端。其符号及引脚排列如图 (a)、(b)所示。 (a) (b) 与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 8 为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平（即有“0”得 “1” ，全“1”得“0” 。 ） 其逻辑表达式为 y 74ls32 为2 输入4或门电路，即在一块集成块内含有 4个互相独立的或门，每个或 门有2 个输入端。其符号及引脚排列如图 (c)、(d)所示。 (c) (d) 或门的逻辑功能是：输入变量只要有一个为高电平时，输出就为高电平；只 有输入全为低电平时，输出才为低电平 (即有“1”得“1” ，全“0”得“0” 。)其 逻辑表达式描述为： y=a+b+ 4.1.3 注意事项 发射电路主要是有 555 定时器构成的多谐振荡器产生脉冲波来工作的，其 中 555 构成多谐振荡器，振荡频率 fo143（ri2r2）c， 4 42 2 可逆计数单元电路设计可逆计数单元电路设计 4.2.1 电路图如上可逆计数电路图 4.2.2 主要元器件介绍 74ls192 74ls192 是同步十进制可逆计数器，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图 61 所示。 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 9 图 61 cc40192 引脚排列及逻辑符号 图中 置数端 cpu加计数端 cpd 减计数端ld 非同步进位输出端 非同步借位输出端cobo d0、d1、d2、d3 计数器输入端 q0、q1、q2、q3 数据输出端 cr清除端 cc40192（同 74ls192，二者可互换使用）的功能如表 62，说明如下： 表 62 输 入输 出 cr ld cpucpdd3d2d1d0q3q2q1q0 10000 00dcbadcba 011 加 计 数 011 减 计 数 当清除端 cr 为高电平“1”时，计数器直接清零；cr 置低电平则执行其它 功能。 当 cr 为低电平，置数端也为低电平时，数据直接从置数端d0、d1、d2、d3 ld 置入计数器。 当 cr 为低电平，为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端ld cpd 接高电平，计数脉冲由 cpu 输入；在计数脉冲上升沿进行 8421 码十进制 加法计数。执行减计数时，加计数端 cpu接高电平，计数脉冲由减计数端 cpd 输入。 74ls74 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 10 在输入信号为单端的情况下，d 触发器用起来最为方便，其状态方程为 qn+1dn，其输出状态的更新发生在 cp 脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的 边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前 d 端的状态，d 触发器的应用 很广，可用作数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生等。有很多种型号 可供各种用途的需要而选用。如双 d 74ls74、四 d 74ls175、六 d 74ls174 等。 图 63 为双 d 74ls74 的引脚排列及逻辑符号。功能如表 64。 图 63 74ls74 引脚排列及逻辑符号 表 64 4.34.3 数码显示单元电路数码显示单元电路 4.3.1 电路图如数码显示电路图 4.3.2 主要元器件介绍 74hc4511 74hc4511 为 bcd 码锁存七段译码驱动器。驱动共阴极led 数码管。图 输 入输 出 d s d rcpdqn1 n1 q 0110 1001 00 11110 11001 11qn n q 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 11 7-1 为 cc4511 引脚排列 其中 a、 b、 c、 d bcd 码输入端 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 译 码输出端，输出 “1”有效，用来驱动共阴极 led 数码管。 测试输入端，“0”时，ltlt 译码输出全为“1” 图 71 cc4511 引脚排列 消隐输入端，“0”时，译码输出全为“0”bibi le 锁定端，le“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持 在 le0 时的数值，le0 为正常译码。 表 72 为 74hc511 功能表。74hc4511 内接有上拉电阻，故只需在输出端 与 数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超 过 1001 时，输出全为“0” ，数码管熄灭。 表 72 输 入输 出 lebiltdcbaabcdefg 显示字形 01111111 010000000 消隐 01100001111110 01100010110000 01100101101101 01100111111001 01101000110011 01101011011011 01101100011111 01101111110000 01110001111111 01110011110011 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 12 01110100000000 消隐 01110110000000 消隐 01111000000000 消隐 01111010000000 消隐 01111100000000 消隐 01111110000000 消隐 111 锁 存锁存 接线时，将十进 制数的 bcd 码接至译 码器的相应输入端 a、b、c、d 即可显 示 09 的数字。四 位数码管可接受四组 bcd 码输入。 74hc4511 与 led 数 码管的连接如图 7-3 所示。 图 37 cc4511 驱动一位 led 数码 管 七段发光二极管(led)数码管 led 数码管是目前最常用的数字显示器，图 76(a)、(b)为共阴管和共阳 管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。 一个 led 数码管可用来显示一位 09 十进制数和一个小数点。小型数码管 （0.5 寸和 0.36 寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、 黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为 22.5v，每个发光二极管的点亮 电流在 510ma。led 数码管要显示 bcd 码所表示的十进制数字就需要有一个专 门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 13 (a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动） (c) 符号及引脚功能 图 74 led 数码管 5 5 调试调试 5.15.1 总体调试总体调试 先将模拟电梯运行电路，可逆计数电路以及数码管显示电路的电源接通， 按下上升，下降按钮，观查数码管数字是否按要求变化，然后再进行分单元调 试。 5.25.2 单元电路调试单元电路调试 5.2.1 电梯模拟运行电路 首先将 vcc 接+5v 直流电,接地端接地；然后双踪示波器的输入端接在 74ls32 的 3 脚和 6 脚上。当按下上升按钮时，3 脚输出周期约为 1hz 的方波， 6 脚输出高电平；当按下下降按钮式，6 脚输出周期约为 1hz 的方波，3 脚输出 高电平。将 74ls00 的 6 脚与发光二级管相连，若二极管发光，则表示电路正常。 5.2.2 可逆计数电路调试 将 74ls192 的 3，2，6，7 脚与发光二极管相连，接通电源后，与 3 脚所连 班级：电气 3072 姓名：虞光远 学号：37 课题：电梯楼层显示电 路 14 二极管发光，在按下“上升”或“下降”按钮后，计数器分别执行加/减计数， 二极管分别显示二进制的“0”“9” 。并且在显示“0001”时，按“下降”按 钮无效，在显示“0000“时，按下”上升“按钮无效。 5.2.3 数码显示电路调试 将 74hc