数字电路课程设计报告书范例.doc

课题名称 30秒倒计时器姓 名学 号 系 部 专 业 指导教师 2011年 7 月 8 日 一、设计任务及要求：设计任务：设计一个30S倒计时的计时器要 求：（1）电路具有显示30秒倒计时功能（2）电路具有显示30秒倒计时功能（3）采用两个数码管显示倒计时时间，使用LED指示倒计时开始与结束。按开始按钮，数码管显示30s定时时间，再按开始按钮，倒计时开始。计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯。（4）电路具有最后三秒报时功能指导教师签名： 20 年 月 0日 二、指导教师评语：指导教师签名： 20 年 月 日 三、成绩 20 年 月 日 30秒倒计时器课程设计摘 要本次数字电子技术基础课程设计选题是30秒倒计时器的设计。主要原理是由晶体管振荡器电路产生多谐震荡，经过分频器分频后输出稳定的秒脉冲，作为时间基准。倒计时器从30秒开始倒计时，并实现了零秒报警功能。倒计时器的输出经译码器送到显示器，可在相应位置正确显示时间。计时出现误差或者调整时间时可以用校时电路进行时、分的调整。关键字： 74LS192、HD74LS48P、HD74LS08芯片， NE555芯片，共阴数码管 目录1 前言.42设计目的53 设计思路53.1方案论证 63.2电路设计 73.2.1脉冲发生电路83.2.2显示电路93.2.3控制电路与报警电路103.2.4直流电源电路113.3电路板的制作123.3.1 PCB的制作133.3.2 PCB电路图的打印、印板、泡板、孔打133.33 电路板的焊接134 系统调试与结果13.5设计总结145.1 实验中遇到的问题及解决方法145.2 设计体会附录151 电路仿真图152元件列表15参考文献16 引言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。本设计主要能完成：显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为30秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。 整个电路的设计借助于Multisim 10.0.1仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim 10.0.1下设计和进行仿真，得到了预期的结果。1 设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解30S倒计时计数器电路的组成及工作原理。（5）熟悉30S倒计时计数器的设计与制作。2 设计思路2.1（1）设计30S倒计时计数器电路。（2）设计3秒报警电路。 （3）设计时序控制电路。（4）直流电源电路。2.2数字抢答器总体方框图如图2-1所示其工作原理为：我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与3S报警等功能。3 设计过程 3.1方案论证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，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。按照课程设计任务书要求，需要计时30s，因此该设计中需要用到两个十进制的减法计数器。我们可以用两片74LS192来实现这两个计数器。针对计数电路提出了两种方案：（1） 方案一：采用整体置零法：如下图1.1图1.1（2） 方案二：采用整体置数法如下图1.2 图1.2方案一采用的整体置零法可靠性差，而方案二则避免了方案一的缺点，故本设计采用方案二。 74LS192管脚图74LS192具有下述功能： 异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。（此功能可实现计数器的清零）异步置数：MR=0， =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。保持： MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态加计数：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数减计数：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计3.2电路设计3.2.1脉冲发生电路用555定时器构成多谐振荡器用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.3(a)所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停, 电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图2.3(b)所示。R1R2ucC+VCCuo0.01Ftuo0tw2tw1tuc0T（a）5555555（b） 图1.4 555构成的振荡电路及即波形输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2CTtW1tW20.7(R12R2)C 为了能够得到实验所需要的1Hz脉冲信号，所以可以让555输出周期为1KHz的脉冲信号，再经由分频器三分频，就可以得到1Hz脉冲信号。如下图所示，为由555构成的多谐振荡器电路，根据实验的要求需要获得KHZ的时间信号，则令f=1kHZ，由上面的公式推算出：R1=2k， R2=5.1K，C1=100nF，RP为10K微调电阻。就能得到KHZ的秒脉冲信号。实验时其3管脚输出脉冲为1KHz。图示 555构成多谐振荡器3.2.2 显示电路由74LS48芯片和七段数码管组成。本次设计中我们用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。电路原理图如下图 图2.13.2.3控制电路暂停、置数、清零控制电路暂停：控制秒脉冲的输入来实现。置数：清零：控制电路原理图如下： 图2.2报警电路任务要求在计时器倒计时到3秒时发出警报，因次我们可以将192的输出端按照下图连接，当192的高位到低位输出0000 0011到0000 0000 时（即倒计时到3秒时）用两个或非门和一个与门把倒计时到30输出端进行合理变化，发光二极管即可发出报警。电路原理图如下： 图2.33.2.4直流电源电路根据变压原理：我们要求将电压降为12伏电压，只要原副线圈比为44:220/12即可实现变压。降压电路：交流电源输入220V的交流电压，一般情况下需要对交流电压进行处理，而降压电路往往采用变压器直接变压，输出5V交流电。整流电路：整流电路一般分为半波整流和全波整流。半波整流具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到相当广泛的应用，其中桥式整流最为常用，单相桥式整流电路将变压器副边电压从交流变为直流电压。鉴于以上优点，本设计采用了桥式整流。滤波电路：在整流滤波电路的输出端（即负载电阻两端），并联一个电容即得到电容滤波电路。滤波电容容量较大，利用其充放电作用，使输出电压趋于平滑。其中C3起滤波作用，C5的作用是改善电源的动态特性（即载负载电流突变时，可由C5提供较大的瞬时电流）采用大容量的铝解电容器。这种电容器的电感效应较大，对高次谐波的滤波效果较差，通常需要并联高频滤波电容器，其容量在0.01微法到0.1 微法之间即可。稳压电路：我们采用了集成7805稳压器型稳压电路进行稳压，为后面的一切电路提供了稳定的电压。整体电源设计原理为：220V、50HZ 电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 输出U0。电源部分电路图如下图6-1所示: 图2.43.3电路板的制作电路总原理图当仿真正确了，就可以进行PCB板的制作了3.31 PCB板的布局PCB板的布局关系到以后真正实物的美观与实用，所以其布线和元件摆放的位置就显得相当的重要。为了减少布线的条数，及避免跳线，应尽量摆好元件的位置，使其与电路原理图中各元件的相对位置一致。3.32 PCB电路图的打印、印板、泡板、孔打。PCB板布好线之后就可以去专门的地方打印出电路图，再经过专门的机器把电路图印在铜板上。印好板就可以把铜板浸泡在稀盐酸中，让其腐蚀出需要的电路。腐蚀好就可以在打孔机上进行打孔。这里要特别小心，孔不能打歪了，不然以后放置元件会很麻烦。3.33 电路板的焊接电路板的焊接是一项技术活，焊接的时候要很小心加很细心加很有耐心，应尽量避免虚焊和焊接短路的出现，需要跳线的地方，应选择小一些的电线当跳线。焊接时一定要注意安全，不要让焊烙铁烫到手。焊接好之后，可以用专门的剪刀剪掉那些长出来的管脚。4系统调试与结果电路板焊接好之后，就可以安装上元件，进行调试检查了。这是课程设计的最后一步，需要耐心。调试时电源一定要量调好电压再接入电路板，不然会烧坏电路板。调试时观察数码管的显示是否正确，校时电路是否正常工作，振荡分频电路是否正常工作。如果工作不正常，就要用万用表检查线路是否短路和虚焊，如果有，就要重新焊过。有些地方铜膜线断开了，要特别注意检查，因为这些地方，一般肉眼很难分辨。调试和检查完成了，数字钟正常工作了，这次课程设计才算圆满完成。5 设计总结 辛辛苦苦努力了一个月，终于有了成果，把理论变成了现实，出了欣喜外，还充满了成就感。5.1 实验中遇到的问题及解决方法实验中遇到了很多意想不到的问题，从一开始的设计原理图到最后的电路板制作，一直都是在发现问题和解决问题中度过。还好自己一路坚持了下来，把问题一一解决。设计的时候，画原理图经常会连错线，元件的位置摆放得不好，经常出现线交叉的情况，这样就要从整个原理图出发去放置元件，以及连线。有的元件没有封装，要自己画，比如数码管的封装，刚开始不知道它的管脚排列的顺序，问了好几个人，再加上自己用万能表测了才搞清楚。制作电路板的时候，打孔时要很小心，刚开始打的孔都有点歪，多打的几个孔，才慢慢找到感觉。在PCB板布线的时候，绕了好多弯，刚开始的时候，元件的位置没摆好，布线的时候，总是会有很多的跳线，布了好几天，元件的位置换了又换，最后才终于找到最佳的布线位置。如果刚开始的时候，就把元件的位置摆放好，跟原理图的相对位置一致，就不会有这么多的麻烦了。还有其它的问题，比如，仿真时候，元件的值选多少；校时没用，怎么办；焊板时烫到了，怎么办；调试时，数码管没反应，又该怎么办其实这些都不是问题，只要我们有耐心，够细心，都可以把它们解决。5.2 设计体会 以前看别人的一个电子表卖十几块钱，心里面有点愤愤不平，现在，自己做过一个电子钟，才发现，其中的不容易，还有艰辛。其实做其他的事情也是一样，都会经过很多的困难，才能成功。突然想起一句话“不经历风雨，怎么见彩虹”。其实想想，这一个月，也留下了很多美好的回忆。还记得那个晚上