电工电子设计讲解

1、摘要 21、设计的目的及任务 32、方案的比较及认证 32.1 方案一： . 32.2 方案二： . 52.3 方案之间的比较： . 53 系统框图，原理说明 74 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明 75 电路仿真 146 调试记录及结果分析 167 对成果的评价及改进方法. 178 总结 188.1 设计电路图. 188.2 进行仿真 . 188.3 进行实物连接 . 198.4 体会 . 199 参考文献 2110 附录 21武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书摘要在这次设计篮球倒计时时，用了 74LS192 做主要芯片，并用了 555 做了多偕振 荡电路产生的方波信号做时钟，来

2、完成 24 秒倒计时，当用外部开关时会使电路产 生抖动现象，倒计时的数字发生抖动，故用了RS 触发器来防止电路抖动，来保证计时的精确性，该计时器设计了外部开关， LED 显示，非常实用，此计时器也可 作为其他球类比赛的计时器，用途广泛。关键词 ：减计数 多谐振荡器电路 防抖动武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书篮球 24 秒倒计器1、设计的目的及任务（ 1 ）具备显示 24 秒记时功能（ 2 ）计时器为递减工作，间隔为1S（ 3 ）递减到 0 时发声光报警信号（ 4）设置外部开关，控制计时器的清0 ，启动及暂停2、方案的比较及认证2.1 方案一：武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书方案一电

3、路图原理：此电路用 555 作为方波信号源，用借位端 BO2 及控制暂停启 动的开关和 555 的输出即 1HZ 的脉冲来共同控制最右边 （输出为个位） 的 74LS192 的 CPD1 端，开始时先对电路清零 （开关 J2） ，之后进行置数为 24（即开关 J3），当武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书CPD1 为上跳沿是数字开始从 24 递减，若此时把暂停启动开关（即 J3 的右边为暂 停）按下，此时暂停计数，之后再把开关拨回（即 J3 的右边）由于有 RS 触发器 作用不会发生数字抖动的现象，使七段数码管的数字显示还是依次递减，不会使 数字发生抖动，显示趋于稳定，当个位减为 0 时，发

4、生借位，右边的借位端由 0 变为 1（即上跳时） ，又因为右边的 BO1 和左边的 CPD2 相连，所以 CPD2 遇上跳 沿，数字由 2 递减为 1，以此类推，直到数字变为00 是，由于 BO2 端发生借位，输出为 0，后经过非门，输出高电平，报警灯亮，又因BO2 又与 74LS10 （三输入与非门）相连，在经过 74LS04 （非门），所以 CPD1 一直为 0，没有上跳沿，数字 不变，一直保持 00 不变。2.2 方案二 ：方案二原理图说明：此电路用信号发生器来产生 1HZ 的方波信号，相对于方案一 来说此信号非常精确，和方案一相同，此电路也是用借位端 BO2 及控制暂停启动 的开关和

5、555 的输出即 1HZ 的脉冲来共同控制最右边（输出为个位）的 74LS192 的 CPD1 端，开始时先对电路清零 （开关 J2） ，之后进行置数为 24（即开关 J3），当 CPD1 为上跳沿是数字开始从 24 递减，但是此电路并没有安装 RS 触发器，若此时 把暂停启动开关（即 J3 的右边为暂停）按下，此时暂停计数，之后再把开关拨回 会产生非常大的抖动现象，极大的影响的计数的精确性，之后和方案一原理相同， 直到数字变为 00 是，由于 BO2 端发生借位，输出为 0，后经过非门，输出高电平， 报警灯亮，又因 BO2 又与 74LS10（三输入与非门）相连，在经过74LS04（非门）

6、，所以 CPD1 一直为 0，没有上跳沿，数字不变，一直保持00 不变。2.3 方案之间的比较 ：方案一用 555 多谐振荡器电路做 CP，而方案二则用信号发生器做CP，相比较而言方案二的精确度较高，但是有悖于原件简单，成本低的基本准则， 555 产生的方波 精确度差，但是容易实现，在现有阶段我们应以可行性为主 ;方案一中用了 RS 触 发器来防止因机械开关而引起的抖动，比方案二要好的多，使 24 秒计时的准确度 提高，因为在仿真时并不容易发现此问题，而在实际操作过程中抖动明显，所以 应该用方案一来做最终方案。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书6武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书3 系

7、统框图，原理说明图 1 系统框图24 秒减法计数器的工作原理： 外部操作信号即开控制连续暂停的开关对控制电路进行控制，控制电路包括555 多谐振荡电路和24 秒技术器的的 CPD，他们共24 秒的显示，当显示为 00同控制数字的暂停及继续，之后经过译码显示电路完成 时则报警电路响应，报警灯亮。说明：在做仿真时七段数码管中包括了译码电路，所以没加 74LS48 。）4 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明1.555 多谐振荡电路555 定时器由 R 和 C 组成充放电电路，电路没有稳态，只有两个暂稳态，也不 需要外加触发信号，利用电源VCC通过 R1 和 R2 向电容 C充电，使 UC逐渐升

8、高，升到三分之二 VCC时， UO跳变到低电平，放电端导通，这时，电容器C 通过电阻武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书R2和 D端放电，使 UC下降，降到三分之一VCC时， UO跳变到高电平， D端截止，电源 VCC又通过 R1 和 R2 向电容 C 充电。如此循环，振荡不停，电容器C 在三分之一 VCC和三分之二 VCC之间充电图 2 555 多谐振荡器2.74LS192图 3 74LS192 引脚74LS192 的逻辑功能表如下：8武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书图 4 74LS192 功能表74LS192 中， D、C、B、A 依次是并行输入端的从高到低位，QA 、QB、QC、

9、QD 依次是并行输出端的从高到低位， 从功能表中可以看出当 MR=1 时对电路进行 清零，然后 MR=0,PD=0 时对电路进行置数（即 24），先对电路进行当 PD=1 时， MR=0 ， CPD=1 时，如果有时钟脉冲加到 CPU 端，则计数器在预置数的基础上进 行加法计数， 当计数到 9（ 1001），CO 端输出进位上跳沿； 当 LD=1 ，CR=0 ，CPU=1 时，如果有时钟脉冲加到 CPD 端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当 计数到 0（ 0000）时， BO 端输出借位上跳沿。3.7 段 LED 显示器序列号名称型号备注序列号名称型号备注1G174LS049R110K

10、1/8 W9武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书2G274LS1010R210K1/8 W3G374LS0011R310K1/8 W4G474LS0012R410K1/8 W5N574LS19213R51001/8 W6N674LS19214S1开关7LEDD1红色15S2开关855516S3开关单刀双掷图 5 七段数码管功能表4. 非门 74LS0410武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书5. 三输入与非 74LS10图 7 74LS10 引脚图对三个输入先求与在求非6 电阻（ 10 千欧和 20 千欧各两个）限制电流，以及完成电路的充放电7 开关（单刀单掷和单刀双掷开关）置数，清零及完

11、成连续暂停的功能11武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书8 电容完成充放电以及抗干扰9.RS 触发器RS触发器功能表：SRQ00不定01置110清011保持图 8 RS 触发器功能表图 9 RS 触发器内部电路S =0 ， R=l ， 可 得 出 Q=l ， Q 非 =0 。 当 按 压 按 键 时 ， S=l ， R=0 ， 可 得 出 Q=0 ， Q非=1，改 变了输出信号 Q的状态。若 由于机械开关的接触抖动，则 R的状态会在 0和 1之间变化多次，若 R=l ，由于 A=0，因此 G2门仍然是“有低出高不会影响输出的状态。同理，当松开按键时， S 端出现的接触抖动亦不会影 响 输 出

12、 的 状 态 。因 此 ，图 1 所 示 的 电 路 ，开 关 每 按 压 一 次 ， A 点 的 输 出 信 号 仅 发生一次变化。说明：（ 以下在实验室用到，仿真中显示管包括译码器）9. 译码器 74LS4812武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书图 10 译码器 74LS48 引脚图图 11 译码器 74LS48 功能表 完成译码，接七段数码管10. 七段数码管13武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书图 12 七段数码管引脚图5 电路仿真5.1 计时预备阶段：图 13 七段数码管内部电路14武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书5.2 计时阶段：5.3 报警阶段：15武汉理工大学电工

13、电子技术课程设计说明书6 调试记录及结果分析第一步，检查导线，检查面包板，在检查面包板时发现非常多短路的地方，想肯 定是我们的测量方法发生错误，后来把插上去的芯片取下来后知道，是因为芯片 的内部问题使面包板不该导通的地方导通。第二步， 接 555 ，使电路产生 1HZ的方波信号， 在接此电路是曾把 555 的引脚弄错， 以至于每次在检测时（用发光二极管检测是不是不停闪烁，并且时间大约1S）只能亮一下，后来16武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书第三步，接 74LS192, 在接此电路是导线很多，连得电路管脚多，是连接任务变得 复杂，容易连错。第四步，安开关，发光二极管，与非门、非门等器件 第

14、四步，接 74LS48 译码器 第五步，把译码器与七段数码管连接，因为买来的器件在百度上并不能查到对应 的引脚图，所以要自己测出首先找到两个阴极，之后把阴极接地，用电源串电阻 （虽七段管内部有电阻，但是接 5V 电源产生的电流还是很大，为保险起见，还是 接了一个电阻）依次用电源触碰各个引脚测出a、b、c、d、e、f 、g 和一个小数点。第六步，接通电源，发现清零是并不能显示出00，并且它以乱码的形式跳动，逐个先查发现之译码器接错，之后对置数功能进行检测，发现置数功能不能实现， 开始检查 192的A、 B、C、D对应的 0或 1是不是接错，发现并没有出错，而是有 一根地线连错了位置，之后便可以置

15、数，并从 24 跳到 0，并且在跳到 0 是报警灯 亮。第七步，检查暂停连续的功能，在检查时因为没接RS 触发器的缘故（器件有限）所以在再次拨到连续时出现抖动。结果分析：篮球 24 秒计时器的清零、置数、连续暂停都能正常工作，用 555 多谐 振荡的方波也在 1HZ 左右，但在连续暂停时发生抖动，应该装上防抖电路，并且 在接线时导线很容易出现接触不良的情况，导致七段数码管不能正常显示数字。7 对成果的评价及改进方法经过多次的重新接线，以及对每个模块的检查和对面包板的检查我们设计出了篮球 24 秒倒计时，并且分工合作，当看见数字从 24 递减时非常激动但是美中不足 的是：1. 我们并没有 RS

16、触发器，其电路在暂停后又继续是出现抖动，应把其接上。2. 面包板和导线的接触很不稳定，应防止多次移动。3. 数码管能承受的电压很小，电压一但过大就容易被烧坏，所以最好多 串电阻，17武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书或者保持电压一直小于 5V。4. 连接电路是管脚和导线都很多，很容易接错，以后应用学会挑选颜色，比如接 电源的用红线，接地的用黑线，以示区别，方便出错时的检查。8 总结8.1 设计电路图因为此电路图要求具备显示 24 秒记时功能，计时器为递减工作，间隔为1S，递减到 0 时发声光报警信号，设置外部开关，控制计时器的清0 ，启动及暂停，此电路用 555 作为方波信号源，并且要有控

17、制电路对 CPD 进行控制，用借位端 BO2 及控 制暂停启动的开关和 555 的输出即 1HZ 的脉冲来共同控制 CPD1 ，用两个开关分 别用于清零和置数，当 CPD1 为上跳沿是数字开始从 24 递减，若此时把暂停启动 开关按下，此时暂停计数，之后再把开关拨回以实现连续计数，由于RS 触发器有防抖功能，所以在控制暂停连续的开关上加上 RS 触发器，当个位减为 0 时，发生 借位，右边的借位端由 0 变为 1（即上跳时） ，所以右边的 BO1 和左边的 CPD2 相 连， CPD2 遇上跳沿，数字由 2 递减为 1，以此类推，直到数字变为00 是，由于BO2 端发生借位，输出为 0，后经过

18、非门，输出高电平，报警灯亮，又因BO2 又与 74LS10 （三输入与非门）相连，在经过74LS04 （非门） ，所以 CPD1 一直为 0，即完成设计。8.2 进行仿真在仿真时发现数并不会发生 1 秒中数字出现依次递减的情况，检查 555 是否接错， 用信号发生器代替 555 可以进行倒计时，说明问题出在 555 那里，之后进行检查， 改正了错误，电路可以正常工作，18武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书8.3 进行实物连接在进行实物连接时，连接了好几遍电路，但是出错的原因很多比如电线短路，面 包板短路，线路错误等，为方便实验，我们组去了实验室进行电路的连接及检测， 大家在这里分工合作，体

19、现了团队精神首先我们检查导线，检查面包板，接555 ，使电路产生 1HZ 的方波信号，在接此电路是曾把 555 的引脚弄错，以至于每次在 检测时只能闪一下，重接电路后又把检测用的发光二极管极性搞混，改正错误可 产生 1HZ 方波。接 74LS192, 在接此电路是导线很多，连得电路管脚多，是连接任 务变得复杂，容易连错。接74LS48 译码器，接着把译码器与七段数码管连接，因为买来的器件在百度上并不能查到对应的引脚图，所以要自己测出首先找到两个 阴极，之后把阴极接地，用电源串电阻（虽七段管内部有电阻，但是接5V 电源产生的电流还是很大，为保险起见，还是接了一个电阻）依次用电源触碰各个引脚 测出 a、b、c、d、e、f 、g 和一个小数点。接通电源，发现清零是并不能显示出 00，并且它以乱码的形式跳动，逐个先查发现之译码器接错，之后对置数功能进 行检测，发现置数功能不能实现，开始检查192的 A、 B、 C、 D对应的 0或 1是不是接错，发现并没有出错，而是有一根地线连错了位置，之后便可以置数，并从 24 跳到 0，并且在跳到 0 是报警灯亮。检查暂停连续的功能，在检查时因为没接 RS 触发器的缘故（器件有限）所以在再次拨到连续时出现抖动。 （因为仿真时并没 有抖动现象产生