数显声响式定时器.doc

电子技术综合课程 设 计课 程： 电子技术综合课程设计 题 目： 数显、声响式定时器 所属院(系) 电气工程学院 专业班级 电气102 姓 名 文江洪 学 号： 1010014125 指导老师 何 伟 完成地点 501楼实验室 2012年 07月 04 日任务书数显、声响式定时器一、任务和要求：设计并制作一个数显、声响式定时器，要求如下：1、用压控陶瓷蜂鸣器作为电声元件，电路具有15秒定时功能；2、用一只数码管及一个发光二极管表示时间计时，格式如下：秒个位 秒十位 初始时LED及数码管均不亮，按开始键后数码管显示5同时二极管亮。然后开始倒计时计 数；3、具有最后3秒报时功能。要求响半秒、停半秒共三下；4、电路应具有开机复位或手动复位功能；5、自制1秒信号源及制作本电路所用直流稳压电源，用AC220V供电。二、提示和参考文献：数字电子技术实验任务书实验四数字电子技术实验任务书实验六直流电源见参考资料P23目录前言41总体设计方案选择与论证52单元电路与总电路设计72.1 5V电源72.2 1Hz信号源82.3 倒计时与显示部分92.4 复位电路102.5 最后三秒声响部分122.6 停止电路132.7 总体电路143 实验装调153.1方法与步骤153.2故障及其处理153.3总结和体会17附A、元器件清单19附B、集成电路芯片管脚图20附C、参考文献23前言电子技术综合课程设计是针对数字逻辑电路及电路分析的课程，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计实现以下三个目标：第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和元器件性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到一定的性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养学生勤于思考的习惯，通过组装电路、调试电路，增强学生分析问题的能力。本课程设计介绍的是数字逻辑电路中以TTL集成电路为基础的数显、声响定时器，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计装调及性能参数的调试方法。本课程设计应达到如下基本要求：（1） 综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个数显、声响式定时器的设计。（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。（3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。（4）掌握电子电路的安装和调试技能。（5）熟悉的使用各类数字电子仪器。（6）学会撰写课程设计论文。（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。（8）由于本次试验是分组完成所以也锻炼了我们团结协作的能力。（9）由于组装电路可能会出现很多提前难以预料的问题，从而也培养学生持之以恒，艰苦奋斗的精神。1. 总体设计方案的选择与论证 1.1整体设计思路 我们这组做实验选用的器材有1个74LS190芯片，它是加、减十进制计数器。在此次实验中它起的是一个减法计数器的作用，由15开始减到00停止计数，在计数的过程中由一个LED发光二极管来表示十位，当数从15开始减到10时也就是数码显示管上的数字从5到0发光二极管都是亮的；当数码显示管上的数字由0变成9的瞬间发光二极管灭，此后数字从9减到0发光二极管都是灭的。由于每个芯片需要一个5V的直流电源来驱动，所以我们还需要用一个9V的变器，整流桥和一个三端稳压器来设计一个电源。然后还需要一个74LS48译码器与一个七段显示数码管,来对计数器所记得数进行翻译和显示。当发光二极管灭的时候同时显示管上的数字为3、2、1这三个数字的时候蜂鸣器响，这个可以用一个四输入与非门来实现，其次我们还需要1个555多谐振荡器，它能产生一个1hz的矩形波信号作为脉冲，还可以调节它的电阻和电容来得到不同频率和不同占空比的脉冲信号。因为我们需要的是以秒为单位的计数器，所以我们需要的是1hz的脉冲信号，这个可以由555多谐振荡器来完成。系统还能开机复位，包括计数器清零。停止电路是通过控制74LS190的始能控制端来完成的。1.2整体设计框图 方案 一 ：如图1.1所示，信号直接由 555定时器产生（频率 1HZ，占空比 0.5），由74LS192主控倒计数，JK触发器控制LED和74LS192的复位，三态门控制计数停止。器产生（频率 1HZ，占空比 0.5），由74LS192主控倒计数，JK触发器控制LED和74LS192的复位，三态门控制计数停止。555定时器与非门74LS19274LS48七段显示数码管控制电路声响电路时钟信号停止信号复位信号 图1-1整体设计框图1 方案二：如图1.2所示，由555定时器发出10Hz，占空比为0.5的矩形脉冲通过十分频为1Hz的矩形脉冲，将之与停止信号通过与非门后，即为时钟信号；由74LS192控制倒计数；JK触发器控制74LS192和显示数码管的复位；由与非门使其停止计数。时钟信号十分频时器与非门74LS19274LS48七段显示数码管控制电路声响电路停止信号复位信号555定时器10HZ1HZ图1-2整体设计框图21.3方案选择从准确角度来说方案二要优于方案一，因为方案二时钟信号经过十分频，误差更小、占空比更准确，但单就任务书而言，方案一就足够了，并且方案一所使用的芯片少，简单、实用，因此我们选择方案一。2.单元电路设计和基本原理2.1 5V电源设计任何电路都离不开电源部分，我们做的定时器也不例外，电源的好坏直接影响着电路能否正常工作。我们把220V交流电经过变压器变为9V，在经过整流桥整流成直流电，然后采用三端稳压芯片7805稳压 ，右边两个电容是5伏电源的滤波电容。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电压整流电路：整流电路一般分为半波整流和全波整流。半波整流和全波整流相比，在相同的变压器的副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、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：电容滤波电路时最常见也是最简单的滤波电路，在整流滤波电路的输出端（即负载电阻两端），并联四个电容即得到电容滤波电路。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。 图2-1 5V电源部分电路图2.2 1HZ信号源555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。由于蜂鸣器在后三秒要响半秒停半秒，所以要由555产生周期为1秒、占空比为0.5的矩形脉冲，因为此震荡电路占空比为0.5（波形），所以在电路中加入二极管，这样电容充、放电所经过的电阻一样大，所以充、放电的时间一样，所以占空比为0.5。 图2-2 1HZ信号源部分电路图2.3 倒计时与显示部分使用74LS192进行减法计数，清零端接低电平，置数端接复位信号，加法计数时钟接高电平，借位端接JK触发器的CLK端。JK触发器的J、K、R端接高电平，当JK为高电平时，每当有时钟信号输入时，触发器的状态就会发生翻转，当9到0发生借位时，JK触发器CLK端得到一个下降沿，使当前状态翻转一次，即显示从5到0再从9到0，5到0时发光二极管亮，9到0时发光二极管灭。 利用译码器将二十进制（BCD）码转换成七段信号，在驱动器的作用下驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，推动发光数码管（LED）进行显示。 图2-3倒计时与显示部分电路图2.4 复位电路JK触发器的J,K,S端接高电平，当JK为高电平时，每当有时钟信号输入时，触发器的状态就会发生翻转，打开电源开关瞬间，JK触发器的Rd 端接低电平有效清零，待电容C充完电之后Rd端变为高电平，清零无效，故保持原状态，上电复位完成；开关闭合一次，CLK端得到一个下降沿，当前状态翻转一次，使可以达到复位/计时的效果。其中的开关K是一个脉冲开关，按下开关后就对JK触发器有一个信号触发器能够保持这个信号，其输出端连接计数器预置数端，从而控制计数器的预置数功能，信号源提供计数器的时钟信号。计数器的借位端本应连接发光二极管，一旦高位发生借位，则借位端发出低电平有效信号，与其连接的发光二极管就因连接低电平而熄灭。但因为发生皆为这个过程太短暂不容易观察，因此就将借位这一信号连接到触发器（此时触发器的时钟信号应为上跳沿有效）的时钟信号上，以保持一段时间。这样以来，计数器就可以开始预置，正常计数的同时保证发光二极管的亮与灭： 图2-4复位电路部分电路图2.5 最后三秒声响部分 声响电路主要是在计数的后三秒响半秒停半秒。实现此功能的主要因素是逻辑正确。电路在后三秒发出声响的条件是高位为0，低位为3、2、1。当为0是自动停止并且保持二极管灭，数码管为0。实现此功能的一个必须条件是信号源占空比为1/2。用或门、非门电路选出最后三秒信号，再与上占空比为1/2的时钟信号，还有JK触发器的Q非输出端，将它们一起接入与门，最终可以实现最后三秒响半秒、停半秒的报时功能。图2-5最后三秒声响部分电路图2.6停止电路使用或门加三态门电路实现计数的自动停止功能。当计时状态为：发光二极管灭且7段显示数码管显示为0时，通过或门，三态门控制端为低电平，三态门变为高阻态，74LS192的时钟信号停止，所以计数停止。图2-6停止电路部分电路图2.7总体电路如图所示，把所有的单元电路按照逻辑关联方式联系在一起，电路便可以从15开始倒计时，并且后三秒半秒响、半秒停，开机或开关可复位。192的借位端控制发光二极管在192从5到0时发光，所以借位端接 JK触发器的CLK端，使其每一次从0到9变化时，都有一次反转来控制二极管；蜂鸣器要求在后三秒半响半停，使用与门电路即可实现。 图2-7总体电路图3. 实验装调 3.1 步骤方法根据总体电路图及相关集成芯片的管脚图连接好电路，采用单元电路调试法对电路各个部分分块进行调试，这样比总体电路的调试要容易的多。装调步骤如下：a、5V电源的制作与调试。b、1HZ信号源的连接于调试。c、译码显示的连接和调试。d、计数器的连接和调试。e、最后三秒声响电路的连接和调试。3.2 故障及处理3.2.1 5V电源的制作与调试首先按照设计的单元电路连接好电路，然后接通220V的电源，注意接交流电的时候不能将两根导线短接，否则会出现不安全事件，用万用表的交流电压档测变压器的输出是否为9V 。如果不是则可能是领错了变压器，应及时更换，确认前面无误后，测整个电路的输出是否为直流+5V,此时应用万用表的直流电压档。3.2.2 1HZ信号源的连接与调试按照设计好的信号源电路连接好电路，图中两电阻用电位器来替代。检查无误后接通+5V的电源。555的输出端接万用表，观察指针的摆动情况，如果摆动周期大约为一秒，且摆动幅度较大，则1HZ信号源接通无误，如果理论计算值与实际电路有差异，可以通过调节电位器来调节周期使之产生的是我们想要的频率。3.2.3 译码显示的连接和调试 将数码管公共端接高电平，然后用电源的正极分别测试各个管脚。确定每个数码管都正常。加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了！发光二极管的工作电压一般在1.8V-2.2V，为计算方便，通常选2V即可！发光二极管的工作电流选取在10-20ma，在将译码器和数显管连接好，给译码器输入端置数，看数码管的显示对不对，如果都好着则这部分做好了。接线时红线是电源，白线是地线。3.2.4 计数器的连接和调试按照电路图及管脚图，将计数器瑜译码器，用实验室的信号发生器，是计数器置数观察数码管是否正常做减法运算，我们使用74LS190进行减法计数，清零端接低电平，置数端接复位信号，加法计数时钟接高电平，借位端接JK触发器的CLK端。JK触发器的J、K、R端接高电平，当JK为高电平时，每当有时钟信号输入时，触发器的状态就会发生翻转，当9到0发生借位时，JK触发器CLK端得到一个下降沿，使当前状态翻转一次，即显示从5到0再从9到0，5到0时发光二极管亮，9到0时发光二极管灭。3.2.5 最后三秒声响电路的连接和调试按照电路图连接电路，检查线路是否正确。实验中最后3秒声响部分主要有各种门电路组成，当倒计时显示进行到03，02，01这3个数字得时候就报警，以蜂鸣器响声来表示，并且停半秒响半秒，我们组蜂鸣器一端接的是高电平要让蜂鸣器响另一端应为低电平，所以我们用了与非门。，当十位74LS190的Q0-Q3端为0，个位的高两位全为0，低两位不全为0，才会是蜂鸣器响。但在实际电路的运行中不是最后三秒而是从5就开始响了，这时我们就一步一步的分析。我们知道蜂鸣器在4和5也响一定是接与非门四个输入端始终全为高电平我们有4和5 对应的二进制数分析这是不可能的。唯一可能的就是我们的或门芯片是坏的，于是就开始检测或非门跟或门以及与非门是否能够正常工作所以就确定了问题所在并且更换了一个门这时电路就可以正常工作了。 3.26 总体电路连接及故障处理 在实验中我们遇到了许许多多的问题，首先是在仿真中仿真软件的问题，总是不能自动开机复位，在换了仿真软件后问题解决；还有在连接实际电路的时候，倒计时电路总是随机少数字，把逻辑电路检查重新连接了好多遍都无法解决问题，后来在询问过老师和同学后才知道是信号源不够稳定，重新连接信号源后问题解决。4. 总结与体会在实验的过程中在实验中我们的小组遇到了许多的问题。深刻的了解到电源、信号源必须要足够的可靠、稳定，并不是仅仅能工作就行，在我的计数器发生随机少数字的问题是，我曾一直以为是电路的逻辑出了问题，检查了许多遍都没有发现问题所在，百思不得其解，浪费了很多时间，差点就要放弃了，后来通过请教老师才知道是信号源不够稳定，立刻重新连接信号源，故障解除。在实现电路的自动与手动复位功能时，开始没有一点思路，在课堂上我们都知道JK触发器的清零端可以把输出置为低电平、电容在通电的瞬间开始充电，但是却没有能灵活运用，经过老师的讲解，把开关、电阻、电容巧妙的连接，在通电瞬间，由于电容的充电，该点的电位从低电平缓慢的转换到高电平，上