数字电路综合实验设计

1、unar uriversnand f rineerinc综合性、设计性实验报告姓名 学号专业 通信工程班级 通信1101实验课程名称篮球24s计时器指导教师及职称潘学文（助教）开课学期 至学年_学期上课时间 2012年 12月 14日湖南科技学院教务处编印、实验设计方案实验名称：篮球24s计时器实验时间：2012年12月14日小组合作：是。否。小组成员：1、实验目的:掌握同步时序逻辑电路的设计方法。掌握秒脉冲发生电路的设计。学会使用中规模集成芯片设计任意进制加减计数器。学会设计复位、控制、报警电路。2、实验设备及材料:数字电子技术实验箱与非门74ls00,非门74ls04,计数器74ls161

2、、74ls192, 555定时器 3、理论依据：1所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显简称控制电路 等五个模块组成。其中计数器和24秒计时功能而控制电路完成计数器的直接清24秒计时器的总体参考方案框图如图 示电路、报警电路和辅助时序控制电路 控制电路是系统的主要模块。计数器完成 零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。译码显示译码显示定时到 i递减计数器递减计数器启动 暂停/连续控制电路声、光报警图1 24秒计时器系统设计框图秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准但本设计对此信号要求并不太高 故电路可采用555集成电路或由ttl与非门组成的多

3、谐振荡器构成。译码显示电路由74ls48和共阴极七段led显示器组成。报警电路在实验中可用发 光二极管代替。主体电路：24秒倒计时。24秒计数芯片的置数端清零端共用一个开关，比赛开始后, 24秒的置数端无效，24秒的倒数计时器的倒数计时器开始进行倒计时，逐秒倒计到零。选 取“00”这个状态，通过组合逻辑电路给出截断信号，让该信号与时钟脉冲在与门中将时 钟截断，使计时器在计数到零时停住。篮球竞赛24秒计时器实验电路如图2所示。善事倡动space报警0tdo1uf1 谷 o鼠bvcc迎amclrdow附upc0jqcload,qdcm)dm92bqbqanmd p c d nduddec a r

4、y t c l e c 心v clclcl& vcc ld 2clr1w 包 展cclk clor鲍 glupxqrgnd图1-2 8421bcd二十四递减计数器其预置数为 n= (00100100) = (24)10 。它的计数原理是：只有当低位bq 端发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零，且cpd为0时，置数端ld2 =0,计数器完成并行置数，在cpd端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。设计数码显示电路根据设计的要求采用74ls48译码器来驱动共阴极数码显示管。74ls48芯片是一种常 用的七段数码管驱动器，常用在各种数字电路和系统的显示系统中。

5、74ls48和共阴极七段led显示器如图2-1连接。这样连接74ls48可直接驱动共阴极led数码管而不需像cc4511 外接限流电阻。aaebccddltefbi/rboskbid 474ls48ds1 13 1 i2-2- ti- 9-5 l5-6- tti-dpy_7-segs碎74l519里氏罪45aabbceddeltrbi/rborbi7iils4813 11-2m to4 957ds2dpy.7-seg图2-1显示电路74ls48输入信号为bcd码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。 lt为测试端，低电平有效，当lt=0时，无论输入端a、b、c、d为何值，

6、ag输出全为高电平，使7段显示器件显示“8字型，此功能用于测试器件。rbi为灭零输入端，低电平有 效。在lt=1, rbi =0,且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭。但当译码输 入不全为0时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。 birbi是一个特殊的端口，有时 作用于输入，有时作用于输出，在这里不多做介绍。 74ls48功能表见表3-2。表2-1 74ls48的功能表输入输出了形数字ltrbia b c dbi/rboabcdefg0110 0 0 011111110011x1 0 0 011100000121x0 1 0 011101101231x1 1 0 011111001

7、341x0 0 1 010110011451x1 0 1 011011011561x0 1 1 011011111671x1 1 1 011110000781x0 0 0 111111111891x1 0 0 1111110119消隐xxxxxx00000000脉冲消隐100 0 0 0000000008灯测试0xxxxx11111111七短数码管的引脚图如图2-2所示，在使用时要注意是共阳还是共阴，其中 3脚和8 脚相连为公共端，因为此次设计是使用的共阴极数码管，所以在电路中接地， 6脚为小数点 引脚，在设计中没要求不需要对其处理。f (j a b +e d c h +图2-2七短数码显示管

8、的引脚图时钟模块的设计为了给计数器74ls192提供一个时序脉冲信号，使其进行减计数，本设计采用555构成 的多谐振荡电路(即脉冲产生电路)，其基本电路如图2-6示.其中555管脚图如下图3-1示.由555工作特性和其输出周期计算公式可知，其产生的脉冲周期为：t=0.7(r1+2r2)c。因此，我们可以计算出各个参数通过计算确定了 r1取15k欧姆,r2取68k欧姆，电容 取c为10uf、c1为0.1uf,.这样我们得到了比较稳定的脉冲，且其输出周期为1秒.555 gnd vcc tri dis out thr res con图3-1 555 管脚图+vcc图3-2 555多谐振荡电路图辅助时

9、序控制模块为了保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序 关系。从系统的设计要求可知，控制电路要完成以下四项功能：操作“直接清零”开关时，要求计数器灭灯。闭合“启动”开关时，计数器应完成置数功能，显示器显示24秒字样；断开 “启动”开关时，计数器开始进行递减计数。当“暂停/连续”开关处于 “暂停”位置时，控制电路封锁时钟脉冲信号cp ,计数器暂停计数，显示器上保持原来的数不变，“暂停/连续”开关处于“连续”位置时，计数器继续累计计数当计数器递减计数到零（即定时时间到）时，控制电路应发出报警信号，使 计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。如图4-1所示.+ 5v当计数到

10、零时，两计数器借位端输出多为低（0）,故本设计将高位片借位bo2反馈到 二极管负极性端，此时+5v电源经1k电阻使发光二极管发出光电报警信号，完成报警功能， 而在递减计数时，bo2端输出为高（1）,二极管不报警.图4-2是辅助时序控制电路图。平 群嗣瞪e哲亨险夔团一州 i d eqiqqii:!i:i31qi后近-hclr的3的c 口b,/cc-qba貂clr-dmj即尸coqcl邙qdc -皿d -l 1clr- va上 id emu-1clk 包j睡如口 e证一匕口印ii叩匐即4 u u g b74饶图4-2 辅助时序控制电路图（时钟信号控制电路）ld接74ls192的预置数控制端，当开关

11、s1接地时，ld =0,74ls192进行置数当s1接高电平时，ld=1,74ls192处于计数工作状态,从而实现功能的要求，当然本 设计只要将启动信号直接加到置数端，见图2-2 o图2-8是时钟脉冲信号cp的控制电路, 控制cp的放行与禁止。当定时时间未到时，74ls192的借位输出信号路,bo2=1,则cp信号受“暂停/连续”开关s2的控制，当s2处于“暂停” 位置时，或门输出 0 ,计数器暂停计数；当&处于“连续”位置时，或门输出1,计数器在cp作用 下，继续累计计数。当定时时间到时bo2 =0, d触发器备置1,q =0,此时计数器保持零状态不变。从而 实现了功能、的要求。至于功能的要

12、求，可通过控制74ls192的异步清零端cr实 现。实验电路连接把各独立模块连接起来，形成完整的实验电路，电路如下图:电路测试11ft匏 -caru-h-cd vcclmcoar熊舶doupx如四需鼠如 adolpft:如昵12-34clfdclk网 qtgnd11 1i 1i 1i 1i 11 rr-7cclrr包乐田2q20r mec2c2p调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。再接入电路所要求 的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，应立即关断电源, 待排除故障后方可重

13、新通电。注意事项：实验之前一定要仔细阅读实验指导书，熟悉各元器件的功能；连接电路是要按照设计方案连接电路，避免出现电路连接错误；一定要确认电路连接无误之后方可接通电源，以防止损坏电路元器件;5 .实验数据处理方法：在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯；当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号cr同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“24”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数；观察计数器，当计数器计数到零时高位和低位 74ls192的八个输出端为低电平，传输 到或

14、门组成的选择电路。因为全部为低电平所以或门的最后输出为低电平，于是led灯、蜂鸣器导通，产生光电报警信号，实验成功。6 .参考文献：1、康华光 电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.20062、数字电路实验指导书指导老师对实验设计方案的意见:指导老师签名：年 月 日:、实验报告1、实验目的、设备与材料、理论依据、实验方法步骤见实验设方案2、实验现象、数据及结果实验现象：闭合“启动”开关时，计数器应完成置数功能，显示器显示24秒字样；断开 “启动”开关时，计数器开始进行递减计数。当“暂停/连续”开关处于 “暂停”位置时，控制电路封锁时钟脉冲信号 cp , 计数器暂停计数，显示器上保持原来的数

15、不变 ，“暂停/连续”开关处于“连续”位 置时，计数器继续累计计数。当计数器计数到零时高位和低位 74ls192的八个输出端为低电平，传输到或门组成 的选择电路。因为全部为低电平所以或门的最后输出为低电平，于是led灯、蜂鸣器导通，产生光电报警信号，实验成功。实验数据：连接各模块电路，组后把各个模块电路组装成本实验电路，闭合，断开不同的开关 来实现计数器的不同功能；各个模块分离检查是否连接错误,显示器模块跟8421bcd码递减计数器模块连接起 来，显示器上显示“ 24”字样，电路连接正确；时钟模块能够产生稳定的时钟信号。将时钟模块， 8421bcd码递减计数器模块，辅 助时序控制模块以及显示器

16、模块连接起来，闭合 “启动”开关时，计数器应完成置数功 能，显示器显示24秒字样；断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。实验结果：实验过程中出现过很多错误，进行检查，多次连接电路，最终实验成功，计数器功能 实现。3、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论：要非常熟悉各元器件的功能，以及各元器件连在一起又能实现什么功能，对结果进行 猜测，最后看自己猜测的与得出的结果是否一样，从而使自己的实验结果猜想能力得到提 高；实验现象与正确的结果不一样，查看电路是否连接错误，发现有一根线掉了，连接起 来后，现象正确；出现不同的现象与结果，因为不同的电路连接能够实现不同的功能；测试电路，测试时应小心谨慎，

17、电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否 正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。再接入电 路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，应立即 关断电源，待排除故障后方可重新通电。4、结论：本实验主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：时钟模块为减计数提供一个频率为 1hz的脉冲信号，从而实现计数器计数间隔为 1秒 钟；计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能；报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号；控制模块主要是为了实现计时器的启动、直接清零和暂停 /连续功能，其中在直接清零 时，由外控制开关控制译

18、码器消隐端，从而可以实现显示译码器灭灯；通过暂停 /连续开关 从而实现断点计时功能。实验成功。5、实验总结1）、本次实验成败之处及其原因分析：失败之处：电路连接过程中出现错误，线连接出错，把接地和接电压的线路弄错，电路没有实现计 数功能。原因分析：实验之前没有认真的预习实验内容，导致对各元器件的功能还不太熟悉；电路线路连接太混乱，连接紧密，以及线路交叉的地方太多，导致线路连接中最终出 错，把接地的线和接电压的线弄混。成功之处：各模块电路都连接正确，只有少数线连接错误，但是经过检查都得到纠正。原因分析：思路清晰，进行分模块连接电路；遇到问题及时解决，请教老师和同学。2）、本实验的关键环节及改进措施：做好本实验需要把握的关键环节：a、需要提前设计好实验方案；b、必须非