数电课程设计报告——数显秒发生器.doc

某某 学校设计报告 课 题：数显秒发生器 学 号：xxxxxxxxxxx 设 计 人：xxxx 指导老师：xxxx 设计时间：xxxxxx注：该电路可行，不存在什么问题，有问题，只可能是你的焊接问题 哦！OVER！目录1、系统设计11.1 设计任务11.2 总体设计方案11.2.1 设计思路11.2.2 设计部分11.2.3 设计总框图22、各功能模块设计22.1 电源电路22.1.1 电路图22.2 100进制计数器32.2.1 电路图32.2.2 工作原理32.3 555多谐振荡器42.3.1 电路图42.3.2 工作原理42.4 译码显示电路22.4.1 电路图22.4.2 工作原理32.4.2 限流电阻选择42.5 上电及按键复位电路42.5.1 原理图42.5.2 工作原理52.5.3 参数选择53、调试分析53.1 电路测试53.2 测试仪器54、结果分析64.1 上电复位64.2 按键复位65、设计工作总结66、附件76.1 元器件清单76.2 原理图86.3 PCB图96.4 实物图97、参考文献1010数显秒发生器 摘要：本课程设计设计的数显秒主要由电源电路、自激振荡器和十进制计数器、译码显示电路、上电及按键复位电路数码管组成，实现时钟信号周期为1秒触发两位数码管显示00、01、02、99秒，并且周而复始。关键字：数码管，555，上电及按键复位，74LS161计数器，驱动译码。1、系统设计 1.1 设计任务 (1)能让两位数码管显示00、01、02、99秒，周而复始； (2)时钟信号来自振荡电路； (3)有上电及按键复位功能。 1.2 总体设计方案 1.2.1 设计思路 设计由5部分构成，首先由2片74LS161十六进制加法计数器构 成100进制计数器（0-99）；接着由555定时器构成的多谐振荡器产生周 期为1s的时钟信号作为计数器的时钟脉冲；其次将计数器的输出送至 译码驱动器74LS48（输出高电平），并且送至共阴数码管进行秒显示； 再次，所有的芯片驱动电源均由三端稳压块7805稳压后输出；最后，在 电路中加入上电及按键复位功能，方便电路进行清零工作。 1.2.2 设计部分 第一部分：5V电源电路； 第二部分：由74LS161组成的100进制计数器； 第三部分：由555芯片接成自激振荡电路； 第四部分：驱动译码显示电路； 第五部分：上电及按键复位。 1.2.3 设计总框图 电源部分： 计数部分：2、各功能模块设计 2.1 电源电路 2.1.1 电路图 2.1.2 工作原理 220V交流电，通过变压器X1变压后输出12V交流电，经D1-D4桥式 整流,E2电解电容滤波、三端稳压集成电路7805稳压后输出5V直流电， 供给控制电路工作。 2.2 100进制计数器 2.2.1 电路图 2.2.2 工作原理 74LS161是十六进制加法计数器，设计中需要接成十进制计数器。 IC4作为个位计数器，IC3作为十位计数器。IC3，IC4为同步计数， 将时钟信号同时接到两芯片的CLK端，个位部分每隔一秒计数一次，当计 数至9时，由直接清零法、，将输出信号经过与非门74LS00后，输出低电 平送至IC3的MR端，即可将输出清零。同理，IC4也用直接清零法构成 十进制计数。另外利用反馈法，当IC3数到9时，即1001时，将输出信 号先通过一个与非门后输出低电平，再将信号通过与非门反向后，输出高 电平，此时选通IC4，IC4在下一个高电平到来时开始计数，如此反复， 可计数至99，知道下一个高电平到来时恢复至00。 表一：74LS161十六进制加法计数器 表二：74LS161引脚图 2.3 555多谐振荡器 2.3.1 电路图 2.3.2 工作原理 555芯片的内部含有两个电压比较器，一个RS触发器，一个分压器，一个放电晶体管三极管和一个功率后极输出级。属于CMOS工艺制造的, 请见图片。 （1）NE555引脚功能介绍: 1、地 GND 2、触发 3、输出 4、复位 5、控制电压 6、门限(阈值) 7、放电 8、电源电压Vcc 此芯片的内部中心电路是2个晶体三极管加正反馈组成的RS触发器。NE555输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F，还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH。 （2）NE555工作原理介绍: 利用555芯片构成多谐振荡电路，将555芯片的2脚和6脚连在一起，从555芯片的输出端（Q端）输出脉冲宽度为 的矩形波。 设电容的初始电压，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置，定时器输出.此时，时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R-S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。 通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时， 0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外 部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形 式的电能。 由图（D）可知，振荡周期。为电容充电时间，为电容 放电时间。 充电时间: 放电时间: 矩形波的振荡周期: 因此，用此电路可产生周期为1秒的振荡信号。 2.4 译码显示电路 2.4.1 电路图 2.4.2 工作原理 74LS48是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，其特点除了有实现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。 （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。 （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。 表三：74LS481真值表 2.4.2 限流电阻选择 数码管显示数的方式为静态显示，数码管的段电流约为, 压降约为 1.8V,74LS48的输出的电压约为4V。限流电阻的阻值为： 则取电阻R=1K可满足要求。 2.5 上电及按键复位电路 2.5.1 原理图 2.5.2 工作原理 （1）上电复位： 当通电的瞬间，由于电解电容E4两端的电压不会突变，使得输出口输出低 电平，从而是电路复位，等到电容充电完成后电容两端电压为5V，使输出变为高 电平，从而电路正常计数。 （2）按键复位： 按键没按下时，电路处于断开，输出口输出高电平； 当按键按下时电路导通，R19分压使得输出口输出低电平，从而是电路复位。 2.5.3 参数选择 由于74LS161为TTL门电路，当引脚外接的接地电阻超过2.5时，会使得 引脚一直处于高电平，所以R18选即可。TTL门电路的稳定高电平为3V以 上，为了能使按键按下去后复位电路输出低电平则： ，所以R19选。为了确保上电复位的稳 定性，让电容充电时间T=RC长，延长输出的低电平时间，可选E4为。3、调试分析 3.1 电路测试 （1） 测电源：调试前，先测量电源工作是否正常，若正常，方可插入芯片进行调试。 检查电源通常检查其是否接地，以及三端稳压管引脚是否连线正确。 (2) 测插槽：插入芯片前，最好先测量一下各个插槽的电源是否正常。 (3) 调 试：在电源部分都正常后，插入芯片，发现个位数码管的显示异常，经过 检查后发现，焊接过程中，焊锡滴落在了两导线之间，排除错误后， 两位数码管显示 00、01、02、99 ，周而复始。 (4) 测复位：电路上电后，数码管显示00，并且保持一定时间，待下一个脉冲到来 时，开始计数。当按下复位按钮 S1 可以看到数码管显示 00，并从 00开始递增跳变。当数码管显示99 后，下一个脉冲到来后数码管显 示重新回到00，并重新从00递增跳变，周而复始。 名称数量 名称数量名称 数量 万用表 1示波器 1变压器 1 3.2 测试仪器4、结果分析 4.1 上电复位 现象：当通电后，复位电路上电复位，数码管显示00,后隔一秒数值加一。 分析：因为在通电瞬间，复位电路的电解电容E4两端电压不会突变 ，使得输出 为低电平，从而是电路复位，等到电容充电完成后电容两端电压为5V， 使得输出变为高电平，从而电路正常计数。 4.2 按键复位 LM567的5脚对地波形 现象：当按键按下时，数码显示会恢复为00，松开按键后，又会重新计数。 分析：当按键按下时电路导通，R19分压使得输出变为低电平，从而是电路复位。 当按键松开时，电路处于断开状态，输出高电平，从而电路正常计数。5、设计工作总结 本次课程设计相对于模电课程设计而言，相对容易些，不管从原理，还是计算元器件参数，毕竟有了一次经验，所以对于这次的数电实验来说，只要弄清楚各个芯片的工作原理以及芯片间匹配问题（即TTL与CMOS管的匹配，所以电路中尽量用统一类型的芯片），那么电路一般就不会存在大问题。这次设计，从画图到版的制作都很轻松，但是画PCB却花了不少时间，因为飞线交错复杂，所以避免不了使用跳线。另外，在导入PCB时，也很容易出错，如果不细心检查，做出来的板很可能存在大问题。到焊接器件的时候，我认真的对应好元器件后，才焊上焊锡，当然有时会把焊锡错焊到其他导线上，这时要立即用小刀刮开，以免过后忘记了！ 焊好了器件后，当然就是调试咯，先测一下电源，结果显示，一切正常。之后插上芯片，看数码管的显示情况。但不幸的是，个位显示有点小问题，虽然说跳变的时间接近1s，而且跳变的数值也会正确，但就是数码管的g端会在该显示的时候不显示，不该显示的时候显示。还好这个问题不大，于是就拿起万用表一步步查了起来，先检查了驱动器的输出端口，不过它是正常的，问题不在这里；后检查了74161的输出端口和7448输入端口，发现两边有一引脚的跳变有出入，于是检查了电路图，和电路板，发现了焊锡错焊的问题，于是用刀刮开后，电路恢复正常。 最后，就调试上电复位和按键复位功能了，上电后，数码管显示00.并且停隔1s左右，之后开始计数，所以上电复位正常工作！当按下复位键时，不管数码管此时显示多少，只要一按下该键，数码管就会被置零，所以按键复位功能也正常！调试结束。 所以整个过程还算轻松，也增加了对专业学习的兴趣，不过熟能生巧，多动手才会做的更好。6、附件 6.1 元器件清单器件名称器件型号数量（个）器件名称器件型号数量（个）芯片74LS482电容1042芯片74L