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电器电子毕业设计论文
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毕业设计202简易数字控制电路,电器电子毕业设计论文
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1 数字电子技术 课 程设 计 作品名称 : 简易数字控制电路 系 部 : 电气与信息工程系 班 级 : 电气自动化 0504 班 姓 名 : 蹇 强 学 号： 401050423 指导老师：宋 紹民 nts 2 摘 要 中文摘要 : 本次设计一个利用 74LS160 计 数的简易数字控制电路，由 NE555 产生频率为1HZ 的输入信号，经过 74LS48 译码 由数码管显示。当数字大于 100 时有指示灯显示，大于 300时返回 。 关键词 : 振荡 计数 译码 英文摘要 : The design a makes use of a machine of 74ls160 count of a simple number control circuit, it produced import-signal frequency was 1Hz. Through 74LS48 decoded using numeral display. The valve lighting when the number more then 100. If the number more then 300 it will go to once again. The design is a simple digital control circuit . It makes use of a integrated circuit unit 74ls160 counter . The input signals frequency of the circuit is 1HZ pulse which generated by NE555.the common negative pole is drived by seven sections decoder .The LED will bright when counting number is above 100 and it will be off when above 300 .At the same time, the negative pole will show ZERO ,the counter will restart . All of the procedures in the working satus are sure of no showing ZORES which are not significant. Key words: Oscillation Count Decode nts 3 目 录 第一章 绪论 .5 前言 5 1.1 课题 与 背景 .5 1.2 意义与目的 .5 1.3 系统整体方案 .6 第二章 系统信号发生部分 2.1 方案的论证 6 2.2 设计与计算 7 2.3 详细 原理图 8 2.4 仿真与调试 9 第三章 系统控制部分 3.1 方案的论证 9 3.2 设计与计算 .10 3.3 详细原理图 .14 第四章 系统仿真与调试 4.1 仿真 4.1.1 仿真软件的介绍 15 4.1.2 仿真方法 16 nts 4 4.1.3 仿真数据 .16 4.1.3 结论 17 致谢 18 第 五 章 附录 5.1 系统整体框图 19 5.2 系统原理图 19 5.3 系统 PCB 图 .20 5.4 元件清单 21 5.5 参考文献 .22 nts 5 第一章 绪 论 前 言 电子技术是一门发展迅速、实践性和应用性很强的技术，为了适应现代电子技术飞跃发展的需要，更好的培养 21 世纪应用型电子技术人才，需要在加强学生基础理论学习的同时，还要加强实验技能的训练。提高动手能力 和课堂理论知识是相辅相成的。将理论知识、课题内容的作业、讨论与技能训练相结合，融为一体。 本次设计综合了电子专业的许多理论知识，它使我们学过的相关理论知识得到更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。提高自己的动手实践能力、安装与检测电路的能力。 在设计的过程中还涉及到了应用 Protel 绘制原理图和 PCB 布线、安装电路板和通电调试等基本知识对于综合运用所学过的知识有一定的巩固和加深理解。 1.1 课题 与 背景 课题： 设计并组装一数字控制电路。计数器从 0（ 10） 开始计数，到 100(10)时，显示灯（模拟受控 设备）亮。计数器继续计数，计数到 300（ 10） 时，显示灯暗，同时计数器清零。接着再重复上述循环。用七段数码管显示计数过程。不显示有效数字以外的零。 背景： 数字控制电路是一中日常生活常用的电路，它常用于记数、数显、控制和自动化技术。数字控制器件是一种常用的器件。为了更好的了解和熟悉它结合 课程设计任务指导书 试着出动手制作和调试。 1.2 意义和目的 利用这次 课程设计的机会让我对数字电子技术更进一步的了解，通过这次课程设计让我明白自己的缺点和不足，借助这次课程设计让我对辅导过我的老师、帮助过我的同学和为了这次 课程设计而共同努力的“战友”表示感谢和诚挚的问候。 nts 6 1.3 系统整体方案 本次设计的总体方案是由 555 定时器构成的 1HZ 的多谐振荡器为十进制计数器 74LS160 提供输入时钟脉冲。计数器输出的信号经过译码器 74LS48 译码后送到共阴数码管显示。并且当数字小于 100 时没有指示灯显示，大于 100 时显示，大于 300 时返回，从 0 开始重新计数。 并清除无效的 0。 系统的方框图如下： 计数脉冲 置零 第二章 系统信号发生部分 2.1 方案的论证 要产生输出为的输出信号有多种方案可以由门电路构成、由触发器构成、由 555 定时器构成、由晶振构成等等。 但是由于 555 定时器使用灵活、方便。同时它也容易产生波形和波形的变换 、测量和控制。如果由它构成频率较高的振荡器会产生不稳定的因素，不过这次的要求只是 1HZ 的脉 冲所以它是稳定的，根据有关资料显示它的误差在万分之一左右。 在这次课程设计中利用 555 的自激振荡来产生信号，这也是其他几种方案所不能够达到的。 而排除其他几种方案的理由是：门电路和触发器构成的振荡器不稳定；晶振的振荡频率太高在这里不适合。 综上所讲，我们选用由 555 定时器构成的振荡器。 0-1显示 数码显示 七段译码 计 数 判 断 nts 7 2.2 设计与计算 （ 1） 555定时器 555 定时器是一种双极型中规模集成电路器件，其内部电路结构框图及外线排列如图 10-1。在该电路外线端另接简单 RC电路即可构成多谐、单稳、施密特触发器，还可以构成基 本 RC触发器等，可实现定时延时、波形的产生与整形，是目前应用广泛、灵活而又价廉的器件。 （ V CC ） 8 4 电压控制（阈值） 5 或高能触发端 触发端 或低能触发端 放电端 7 G1 G2 + A1 R S 5 k 5k 5k 地 6 复位 图 10 - 1 定时器内部框图及外引线排列 A2 + 3 输出端 （ 2） 555 的特性参数 振荡周期： T=T1+T2=（ R+2R2） Cln2 占空比 ： q = T1/T = R1+R2 / R1+2R2 振荡频率： f = 1/T =1/(R1+2R2)Cln2 （ 3） 振荡电路的设计 参数的确定 要求振荡周期为 1秒，输出脉冲的占空比 q=2/3。 由 555的特性参数可知，当电源电压取 5V时，在 100MA的输出电流下输出电压的典型值为 3.3V，所以取 VCC=5V可以满足对输出脉冲幅度的要求。 由 Q=R1+R2 /R1+2R2 =2/3 可知 R1=R2 nts 8 又 T =（ R1+2R2） Cln2 =1 若取 C =10uf，则代入上式得到 3R1Cln2 =1 所以 R1=48 K 因为 R1=R2 ，所以取两只 47K 的电阻与一个 2K 的电位器串联，即可得到设计结果。 2.3详细 原理图 2.4 仿真 与调试 nts 9 EWB 仿真电路的设计 EWB 仿真波形 第三章 系统控制部分 3.1 方案的论证 nts 10 本课程设计利用的是 74LS160与 74LS48 结合组成的计数与译码电路。在这个设计中其实可以利用更多的方法来实现这个功能， 比如用两个十进制的计数器和一个四进制的计数器构成 ，为了方便起见用三个十进制的计数器 74LS160 构成当然也可以用 74LS161 构成。只是如果用 74LS160 时要对应用 74LS48 译码器和共阴数码管， 74LS161 用 74LS47译码器和共阳数码管。 3.2 设计与计算 1 集成芯片 74LS160 认识集成芯片 74LS160，其管脚排列如图 8-1所示。了解其功能，如表 8-1。 表 3-1 74LS160 的功能表 （注意： EP、 ET、 LD 、dR等引脚必须接高电平。） 2. 译码驱动电路（ 74LS47、 74LS48）及七段显示数码管 （ 1）七段显示数码管 实际工作中常采用发光二极管型七段显示数码管来直观地显示数字。七段显示数码管的七段和外引线排列如图 8-4所示。它的数字形式如图 8-5所示。 CP DR LD EP ET 工作状态 0 置 零 脉冲 1 0 预置数 1 1 0 1 保 持 1 1 0 保持（ RCO=0） 脉冲 1 1 1 1 计 数 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 Q 2 Q 3 ET LD Q 1 Q 0 V CC R D CP D 0 D 1 D 2 D 3 EP G N D 十进制同步计数器 7 4 L S 1 6 0 RCO 图 8 - 1 74LS160 的管脚图 nts 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 （ a ） （ b ） 图 8 - 5 七段数码管的数字显示形式 数码管的每一段是一个发光二极管，按发光二极管的连接方式可分为共阳极和共阴极两种，如图 8-6所示 。 共阳极二极管的公共端接正电源（高电平）， a、 b、 c、 d、 e、 f、 g中接低电平则发光，因此成为低电平有效。共阴极的公共端接地（低电平）， a、 b、 c、 d、e、 f、 g接高电平则发光，即高电平有效。数码管的外形图如图 15-7所示。 （ 2）七段译码驱动电路 在七段译码驱动电路中，对应于不同类型数码管有不同的驱动芯片，驱动共阳极数码管用共阳极驱动器（如 74LS47），驱动共阴极数码管用共阴极驱动器（如 74LS48）。 译码器的管脚图 TTL 型二进制 -七段译码器 /驱动器的型号有很多 种，例如： 7446A、 L46、 47A、 L47、 LS47、 247、e d c p g f a b 公共端 图 8 - 7 公共端 公共端 VCC 公共端 G N D a b c d e f g p （ a ）共阳极管 a b c d e f g p 图 8 - 6 共阳极与共阴极数码管结构图 （ b ）共阴极管 LT 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 V CC Y f Y g Y a Y b Y c Y d Y e A 1 A 2 B I/R B O RBI A 3 A 0 G N D4 6 、 47 、 48 74 2 4 6 、 247 、 248 、 249 图 15 - 4 二进制 - 七段译码器外引脚排列图 nts 12 LS247、 LS247、 7448、 LS48、 248、 LS248、 249、 LS249 等。它们的外引线排列图如图 15-4所示，它们的功能表如表 15-4所示。 7446、 47、 246、 247输出低电平，能驱动共阳极的数码管； 7448、 248、 249输出高电平，能驱动共阴极的数码管。 46、 47、 48 显示的字形如图 8-5（ a）所示， 247、 248、 249 显示的字形如图 8-5（ b）所示。 74LS47、 48、 246、 247、 248、 249 的功能表 的功能表 十进数或功能 输 入 RBOBI/输 出 LT RBI A3 A2 A1 A0 a b c D E f g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0* 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 10 11 12 13 14 15 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 BI RBI LT 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 7446A、 L46、 47A、 L47、 LS47、 247、 LS247、 LS247： 1、 0 与表中相同 7448、 LS48、 248、 LS248、 249、 LS249： 1、 0 与表中相反 注： 74246、 247、 LS247、 48、 LS48 为 1，其余为 0。 集成二进制 -七段译码器 /驱动器的使能端 RBOBI/ 、 LT 和 RBI 的功能如下所述： 消隐（灭灯）： 输入 BI 在低电平时有效。当 BI 为低电平时，不论其余输入状态如何，所有输出无效，数码管七段全暗，无显示。可用来使显示的数码闪烁，或与某一信号同时显示。在译码时， BI 应接高电平或悬空（ TTL）。 nts 13 灯测试（试灯）： 输入 LT 在低电平时有效。在 RBOBI/ 为高电平的情况下，只要 LT 为低电平，无论其余输 入是什么状态，所有输出全有效，数码管七段全亮。可用来检验数码管、译码器和有关电路有 无故障。在译码时， LT 应接高电平或悬空（ TTL）。 脉冲消隐（动态灭灯）： 输入 RBI 为高电平或悬空（ TTL）时，对译码无影响。在 BI 和 LT 全为高电平的情况下，当 RBI 为低电平时，若输入的数码是十进制的零，即 0000，则七段 全暗，不加以显示；若输入的数码不是十进制的零，则照常显示。 显示数码时，有些零可不显示。例如， 003.80中的百位的零可不显示；若百位为零且不显示，则十位的零也可不显示；小数点后第二位的零，如不考虑有效数字的话，也可不显示。这些可不显示的零称为冗余零。脉冲消隐输入 RBI 为低电平，就可使冗余零消隐。 脉冲消隐（动态灭灯）： 输出 RBO 与消隐输入 BI 共用一个管脚，当它用作输出端时，与 RBI 配合，共同使冗余零消隐。以 3 位的十进制数为例，十位的零是否要显示，取决于百位是否为零，有否显示。这就将要用图 15-8 电路中的 RBO 进行判断。在 RBI和 A3、 A2、 A1、 A0全为低电平时，反而输出低电平；否则，输出高电平。百位为零（即百位的A3、 A2、 A1、 A0全为低电平），而且被消隐（即百位的 RBI 也为低电平），则百位的 RBO 和十位的RBI 全为低电平（因为二者连在一起），使十位数的零消隐。其余数码照常显示。若百位不是零，或者未使零消隐，则百位的 RBO和十位的 RBI 全为高电平，使十位数的零不具备消隐条件，而和其他数码 管 一起照常显示。 4观察数码管输出 将 74LS160 与 74LS48（ 74LS47） 与数码管 RF547（ RF546） 连接在一起，给 74LS160的 CP1端输入一个周期为 1s的 CP 信号， 观察数码管输出。 5. 限流电阻的计算 由图上可知流过发光二极管的电流是由 VCC经 2K 的上拉电阻提供。 当 VCC=5V 时，上拉电流为 2MA 左右，如果数码管需要的电流大于这个数值 时，则应该在这个电阻上再并联适当的电阻。 ( 4 ) ( 5 ) ( 5 ) ( 4 ) ( 5 ) 百位译码 R B O R B I 个位译码 RBI 十位译码 R B O R B I 图 8 - 8 动态灭零 nts 14 6. 指示灯显示 根据课题要求：小于 100时显示灯不亮，大于 100时显示灯亮这样的要求 可以知道如果在百位的译码器的低两位接入一个或门即可控制显示灯的亮和熄。 原理： 在百位译码输出的前 4 位数是“ 0000”、“ 0001”、“ 0010”、“ 0011” 即从 0 3。如果要求小于 100 不亮就是译码的最低位为低电平 0，当大于 100 时后两位中都存在高电平 1。所以如果要求亮的话就只需要一个或门即可。 7. 复位 当计数器计数计到 300 是要求返回。从 0 开始从新计数，根据百位译码可知，如果到了 300 时译码的后两位全为高电平 1，而小于 300时后两位 中总是有一个低电平，故可用一个与非门将后两位输出连接起来，输出给译码器74LS160的 RD端即可。 原理： 74LS160 带有置 0 的功能。由功能表可以知道当 RD 端输入一个低电平是不管其他的管脚上是高、低电平都置 0， 所以可以用一个与非门将百位的后两位连接起来后加到 RD端 来实现复位的功能。 3.3 详细原理图 nts 15 第四章 系统仿真与调试 4.1 仿真 4.1.1 仿真软件的介绍 在这次课程设计中我们所用的软件有 EWB、数字电路仿真系统。 一、 EWB 软件简介 随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（ EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路 板的自动设计。 EDA 是在计算机辅助设计（ CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的 CAD 软件相比， EDA 软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。 电子工作平台 Electronics Workbench (EWB)(现称为 MultiSim) 软件是加拿大 Interactive Image Technologies 公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点： （ 1）采用直观的图形界面创建电路：在 计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取； nts 16 （ 2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。 （ 3） EWB 软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。 （ 4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。 （ 5） EWB 还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。 因此非常适合电子类课程的教学和实 验。 4.1.2 仿真方法 用虚拟工作台仿真电路的步骤 由于 EWB 增加了虚拟测量仪器、实时交互控制元件和多种受控信号源模型，除了可以给出以数值和曲线表示的 SPICE 分析结果外， EWB 还提供了独特的虚拟电子工作台仿真方式，可以用虚拟仪器实时监测显示电路的变量值，频响曲线和波形。仿真的步骤为： （） 输入原理图，在工作区放置元件的原理图符号，连接导线，设置元件参数； （） 放置和连接测量
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