毕业设计论文：考试天数倒计时器的设计.doc

辽宁工程技术大学电子技术课程设计目 录综述11 电路原理设计22 各个电路设计分析32.1 多谐振荡电路32.2 计数电路 42.3 译码电路62.4数码管结构及原理 93 仿真电路124 电路总设计图134.1 计时部分134.2 译码部分及数码管显示部分 134.3 总电路图144.4 PCB电路板155 安装与调试165.1 排除逻辑故障165.2 排除元器件失效165.3 排除电源故障166 实验数据及处理177 实物图188 结论19参考文献 20综述本系统采用定时器、计数器、译码器、显示器、校时电路组成。由LED七段数码管来显示译码器所输出的信号。采用了74LS系列中小规模集成芯片。先通过555定时器来实现定时功能，并一个做成一个多谐振荡电路从而输出一秒一次的脉冲；再通过74LS192芯片来实现倒着计数的功能，在置数端置成需要的数；然后，选择74LS48，4线-7段译码器来进行译码；最后通过译码器使输出有数字显示。之后，通过对用555定时器构成的多谐振荡器、计数电路等各个电路的分析来确定具体详细的电路设计计划。确定电路设计后通过Multisim电路仿真画出画电路原理图。然后便是具体地安装、调试电路来进行试验，并在其过程中完成对元器件失效、逻辑故障等错误的排除工作，以加强学生的动手能力和对理论知识在实际运用时的理解。1电路原理设计本系统采用定时器、计数器、译码器、显示器、校时电路组成。由LED七段数码管来显示译码器所输出的信号。采用了74LS系列中小规模集成芯片。总体的设计方案如下。一、设计思路：倒计时器，要实现倒计时，首先要给设定一个1秒钟的定时器，在这个电路上本组选用了555定时器来实现这个目的，经过555定时器，做成一个多谐振荡电路，做成1秒1次的脉冲以后，从输出端输出一秒一次的脉冲；其次，需要一个计数的芯片，在这方面，本组选用了74LS192，因为这个芯片，在上课的时候学过，并且原理比较熟悉，然后把1秒1次的脉冲接给计数器，实现倒着计数的功能，在置数端置成需要的数；然后，能实现倒着计数功能以后，就需要译码阶段，从计数器的输出端接入译码器的输入端，对应接入译码器，我们选择74LS48，4线-7段译码器来进行译码；最后通过译码器的7个输出端，对应的接到8位共阴二极管上，使输出有数字显示。这样做可以实现1位数码管显示的倒计时器，要实现多位的倒计时器，例如本次实训我们要求做的是6位倒计时器，但是由于一些原因，只做了2位的倒计时器，但是原理是一样的，要实现2位计数器的功能，则在计数这一步骤的时候，把芯片74LS192的借位输出端接到另一个计数芯片74LS192的脉冲递减计数脉冲端口上，然后在后面的环节还是一样的。二、 设计原理图555定时器个位计数器译码器数码管显示十位计数器译码器数码管显示个位借位输出端连十位CP脉冲段图1-1设计原理图2.各个电路设计分析2.1 多谐振荡电路多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。 一、用555定时器构成的多谐振荡器（1）电路组成： 图2-1多谐振荡器的电路形式用555定时器构成的多谐振荡器电路如图2-1所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。（2）工作原理：图2-2多谐振荡器的工作波形多谐振荡器的工作波形如图2-2所示：电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T10.7(R1+R2)C；暂稳态的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T20.7R2C。 因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C 2-1振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2R1，则D1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。经过公式1设计计算以及与实际有的电阻的阻值的比较分析，得出：R1=15K，R2=68K，C1=10uf，C2=0.1uf 并且如下图图2-32.2 计数电路一、芯片名称：十进制可预置同步可逆BCD码计数器 二、74LS192的引脚图和引脚说明：图2-4 74LS192的引脚图和引脚说明 个别引脚说明：Cdn-减计数脉冲输入，当作减计数操作时Cup接高电平。 Cup-增计数脉冲输入，当作加计数操作时Cdn接高电平。 BO-借位输出信号，在减计数时出现，低电平有效。CO-进位输出信号，加计数时出现，低点平有效。 LD-加载，即对计数器作置数操作时的控制信号。当LD位某个电平时，计数器可以预置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。三、74LS192的逻辑图：图2-5 74LS192的逻辑图四、74LS192的逻辑符号：图2-6 74LS192的逻辑符号接线时， Cup或Cdn接单脉冲或1Hz时钟脉冲信号。输出端QDQCQBQA接数码管，CO和BO接发光二极管。其余的控制信号和输入信号接逻辑开关，LD对低电平有效。五、逻辑功能表：表2-1逻辑功能表2.3 译码电路74LS48中文资料(引脚图,真值表及内部结构原理图) 图2-7 74LS48/SN74LS48 引脚功能图工作电压:5V74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能：图2-2 7448真值表（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中116行。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。 图2-8段显示译码器7448（a）逻辑图（b）方框图（c）符号图图2-8给出了7448的逻辑图，方框图和符号图。由符号图可以知道，4号管脚端具有输入和输出双重功能。作为输入（BI）低电平时，G21为0，所有字段输出置0，即实现消隐功能。作为输出（RBO），相当于LT，及CT0的与坟系，即LT=1，RBI=0，DCBA=0000时输出低电平，可实现动态灭零功能。3号（LT）端有效低电平时，V20=1，所有字段置1，实现灯测试功能。2.4 数码管结构及原理LED数码管的结构及工作原理LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片 图2-9这是一个7段两位带小数点 10引脚的LED数码管 图2-10 引脚定义每一笔划都是对应一个字母表示 DP是小数点.LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。A、静态显示驱动： 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。B、动态显示驱动： 数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。3 电路仿真图3-1二位倒计时仿真电路设计4总电路设计图4.1计时部分2个74LS192计数器的置数端，置为9，功能始终为计数功能，个位的借位输出端，接到十位的CP脉冲端。从而实现2位倒计时功能。 图4-1 计时部分电路设计图4.2译码部分及数码管显示部分图4-2译码部分及数码管显示部分电路设计图4.3总电路图图4-3总电路图图为本次设计电路图，是一个2位的99-0倒计时器，并且带有复位键S1，当S1按下的时候，计数器置成9，重新开始倒计时。4.4 PCB电路板图图4-4PCB电路板图5 安装与调试5.1 排除逻辑故障这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查芯片是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。5.2 排除元器件失效 造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。5.3 排除电源故障 在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间电位，若在5V4.8V之间属正常。若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有时会使应用系统中的集成块发热损坏。6 实验数据及处理（1）首先个位的74LS190中的RC非 、LD非 接Vcc+5V ，把CP接到1HZ的始终上，D0-D3接地，Q0-Q3接入74LS48译码器上 然后把个位的74LS190中CO/BO同过非门（74LS04）接入十位的74LS190中的CT非 中，CO/BO接1，其他的引脚不变，跟个位的74LS190接的线一样，通过74LS48就会在LED数码管显示出99-0的倒计时。（2）实现置数功能：在（1）的基础上，把个位十位的LD非 接入输入控制端来实现置数。把个位十位D0-D3 都接入输入控制端，分别用F11-14，F21-24来称呼。例如要设置有55开始倒计时，就把个位十位的D0-D3按成0101。但要想它置数，必须要在LD非 在0时，因为LD 非 在低调平时有效。（3）置数并在09-00时喇叭响：在（2）的基础上，通过二输入四或门（74LS32）把十位的74LS190中的Q0+Q1+Q2+Q3或起来再用非门（7