电子技术课程设计说明书

1、目 录1 绪论.11.1 目的与意义.11.2 本课题研究内容.12 设计目标与总体方案.22 2.1 1 设计目标.23 软件设计与仿真.23.1 电路设计.23.2 电路仿真.104 硬件设计及实现.124.1 电路布局.134.2 焊接电路.134.3 电路调试.144.4 实物实现.145 设计创新及关键技术.15总结 .15致 谢词 .16参考文献 .17附录 .17附录 1 系统电路图.17一分钟秒表倒计时的设计一分钟秒表倒计时的设计摘摘 要：要：本设计的一分钟倒计时系统采用 555 为中心器件，利用 74LS192 可预置的十进制同步加/减计数器（双时钟）原理，结合秒脉冲发生器、

2、计数器显示电路、数码管以及外部控制电路来设计秒表。本设计将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现 7 段数码管的动态显示。硬件仿真系统利用 EWB 来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。本次设计的秒表倒计时拥有自动清零功能，具有一定的研究价值。关键词：关键词：秒脉冲发生器；74LS192；倒计时；计数器1 1 绪论绪论1.11.1 目的与意义目的与意义本次设计中，主要对 74LS192、555、等芯片加深了解，和巩固了对他们的使用，以及对于数字电路的综合运用有更深一步的了解，为以后的电路分析和设计奠定一定的基础。提高实践动手能力。大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少

3、参与到试验中去，课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用于实践，从设计、仿真、每一步的进行，都会带来受益匪浅的实际操作训练，许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才会从中体会出设计成果的喜悦。理论知识总是要用于实践才得以升华，我们应该更多的参与实践，以增强我们对电子专业的兴趣。同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。1.2 本课题研究内容本设计是基于 555 秒脉冲发生器，主要以 74LS192 为核心，利用其十进制同步加/减计数器（双时钟）原理结合显示电路、电源电路、LED 数码管以及按键电路来设计秒表,本设计将

4、软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现秒表倒计时功能、暂停开始等功能。其中软件系统利用仿真图 EWB 进行调试，硬件则进行电路制作，最终实现实物硬件作品1。2 2 设计目标与总体方案设计目标与总体方案2.1 设计目标通过仿真实验，进行电路设置，最终实现一分钟倒计时的设计。2.2总体方案 2.2.1 显示电路方案对于数字显示电路，通常采用液晶显示或数码管显示。对于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性差，不适合远距离观看；数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。由于本设计需要采用两位数码管显示时间，如果动态显示则占用的口线多，硬件电路复杂。所以采用静态显示

5、。2.2.2 系统主控制电路基于数字电路。传统的秒表以最为基本的数字电路来实现的。设计复杂，运行稳定。体现了现代计算机工具的方便、简捷、准确性， 综上各方案所述，对本设计的方案选定:采用 555 为秒脉冲发生器；74LS192 提供进制转换； 2.2.1 秒表功能本次设计的秒表具有的功能如下：A. 显示范围在 60-00 秒；B. 通过按键控制秒表开始/暂停，清零，等功能；C. 具有倒计时功能，可以设置倒计时的时间，最高可以倒数 60 秒；D. 倒计时完时可以报警提示；3 3 软件设计与仿真软件设计与仿真3.1 电路设计根据设计方案，硬件电路由脉冲发生器，显示电路，按键电路，74LS192 进

6、制转换电路组成，其中单片机最小系统电路包括单片机，晶振电路，复位电路以及电源电路。图 3-1 为系统硬件系统设计框图3.11 555 脉冲生成器555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。NE555 为 8 脚时基集成电路，各脚主要功能 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 电压 Vcc用 555 定时器构成多谐振荡器：用 555 定时器构

7、成多谐振荡器电路如图(a)所示。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 VCCCC通过 R1 1和 R2 2向电容器 C 充电,使 uC C逐渐升高,升到2VCC/3 时,uO O跳变到低电平,放电端 D 导通,这时,电容通过电阻 R2 2和 D 端放电,使 uC C下降,降到 VCC/3 时,uO O跳变到高电平,D 端截止,电源 VCC又通过 R1 1和 R2 2向电容器 C 充电。如此循环,振荡不停, 电容器 C 在 VCC/3 和 2VCC/3 之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图(b)所示。 b a3.12 74LS19274LS192 为可预置的十进

8、制同步加/减计数器（双时钟） ，其清除端是异步的。其引出端功能如下：引出端符号 TCD 错位输出端（低电平有效）TCU 进位输出端（低电平有效） DN 减计数时钟输入端（上升沿有效） UP 加计数时钟输入端（上升沿有效） MR 异步清除端 D0D3 并行数据输入端 PL 异步并行置入控制端（低电平有效） Q0Q3 输出端当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（DN、UP）状态如何，即可完成清除功能；预置是异步的，当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（D0D3）相一致的状态；计数是同步的，靠DN、UP同时加在4个触发器上而实现。在DN、

9、UP上升沿作用下Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用DN或UP，此时另一个时钟应为高电平。 当计数上溢出时，进位输出端（TCU）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPU低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（TCD）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPD低电平部分的低电平脉冲。 当把TCD和TCU分别连接后一级的DN、UP，即可进行级联。因为要求中提到要求电路要实现倒数计时，所以74LS192的加计数器信号输入端应该加上无用性号（高电平） 。计数电路的核心是置数部分。本设计中的30秒只需将两计数器的输入端分别置为0011和0000即可，采

10、用同步置数的方式来实现30置数。 计数器电路图如下图所示3.13 与非门1A-4A 输入端1B-4B 输入端1Y-4Y 输出端逻辑图：3.14 按键电路在按键电路中，我们可以在 I/O 口上直接接按键，或者通过 I/O 口设计一个键盘，然后通过键盘扫描程序判断是否有键按下等。此按钮键可以保证清零，开始，预置。 图 3-7 按键电路图315 信号灯清零时，信号灯闪烁，表示警报，倒计时结束。点击 space 倒计时准备开始，再点击一次，一分钟倒计时电路正式启动。3.16EWB电子工作平台 Electronics Workbench (EWB)(现称为 MultiSim) 软件是加拿大 Intera

11、ctive 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）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。（2）EWB 软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。（3）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。（4）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。EWB 操作界面图 3.15 仿真界面显示图 3.16 界面显示EWB 软件具体操作方法很细，就

12、常用仪器举例（1）波特图仪波特图仪类似于实验室的扫频仪，可以用来测量和显示电路的幅度频率特性和相位频率特性。波特图仪的图标和面板如下图所示。波特图仪有 IN 和 OUT 两对端口，分别接电路的输入端和输出端。每对端口从左到右分别为+V 端和-V 端，其中 IN 端口的+V 端和-V 端分别接电路输入端的正端和负端，OUT 端口的+V 端和-V 端分别接电路输出端的正端和负端。此外在使用波特图仪时，必须在电路的输入端接入 AC（交流）信号源，但对其信号频率的设定并无特殊要求，频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。3.2 电路仿真图 3.2 仿真图表一仿真测试内容图 3.21 电路测试1电路测试

13、打开仿真电路图，加载程序，点击开始运行无任何错误提示仿真电路正常2倒计时检测进入倒计时模式，通过按键组合来测试可以倒计时，倒计时时间完有报警等提示实现倒计时功能图 3.22 警报显示表 1 元件清单4 4 硬件设计及实现硬件设计及实现在软件设计中，采用模块化的程序设计方法，它具有明显的优点。把一个多功能的复杂的程序划分为若干个简单的、功能单一的程序模块，有利于程序的设计和调试，优化和分工，提高了程序的阅读性和可靠性，使程序的结构层次一目了然。序号名称型号/规格数量备注01二极管3MM 黄色9 个02电阻1K1 个03电阻100K2 个04按键普通按键1 个 05 06芯片计数器74LS02 芯

14、片74LS192 芯片1 个2 个应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序组成。各程序模块都要完成一个明确的任务，实现某个具体的功能，如：暂停 警报灯显示等等。本系统程序主要模块按键处理程序和显示处理程序组成。其中主程序是整个程序的主体。可以对各个子程序进行调用。协调各个子程序之间的联系。4.1 电路布局系统（上电）复位后，倒计时开始，当清零时，信号灯闪烁。主程序组织结构图如图 4-1 所示。图 4-1 主程序组织结构图4.2 焊接电路1) 元器件的挑选，选择合适的元器件并利用万用表进行检测。2) 元件的布局，元件布局时应考虑走线问题，为了使实物更为美观，尽量使连接线走在焊接层，如果需

15、要走正面，则需要保证导线横平竖直。3) 元件焊接，在焊接之前，需对元器件的位置进行调整，便于布线，然后进行焊接。4) 焊接连接导线，根据前面的构思对元件管脚进行连接并焊接。4.3 电路调试电路焊接时。每焊接一个电路都要进行万用表甄别，务必使每条线路能过导通，不至于在接完电路后，却没有什么显示，导致虚焊，更不知道那地方有错误等等，在调试过程中，需对引脚图、功能图有一定的了解，比如倒计时线路，就需要两个74lS192 进行连接，当清除端为高电平时，不论脉冲端状态如何，即可完成清零功能；当用外用表是，若出现短接，说明在焊电路板时一定是哪两个端碰到了一起，计数是同步的，当计数器下溢出时，就需要用错位端

16、 BO输出低电平脉冲。所以就务必熟悉他的功能等，对开关也要进行调试，以免开关不工作。焊接电路板后，首先要检查加工质量，并确保没有任何方面的错误，如短路和断路，尤其要避免电源短路；元器件在安装前要逐一检查，用万用表测其数值，看是否与所用相同；完成焊接后，应先空载上电（芯片座上不插芯片） ，并检查各引脚的电位是否正确。若一切正常，方可在断电的情况下将芯片插入，再次检查各引脚的电位及其逻辑关系。将万用表的探针放到单片机接电源的引脚上检测一下，看是否符合要求。4.4 实物实现 显示程序采用动态显示，由二极管的位数不同，分别显示出倒计时电路。当到00 时，自动报警并闪警报灯。图 4-45 设计创新及关键

17、技术在本次设计 60 秒倒计时中，运用了两个 74LS192 芯片当作减计数器，用 74LS02完成与非门，02 与非门两个输入 1A，1B,一个输出 1Y, 输入端接在个位进制的清零端和错位输出端，输出端接在前一个 BO错位端，由于是减计数所以使错位输出端BO输出低电平脉冲，利用 down 接高电平。把 BO,CO与后一级 DOWN,UP 连接形成级联时，则只需要把两计数器用输入端 ABCD 分别改为 0110 和 0000，这样采用同步置数方式实现 60 秒置数。输入输出CLRLOADDOWNUPDCBAQDQCQBQA1000000dcbadcba011加计数011减计数总结总结总结总结

18、此次电子课程设计是理论与实践相结合的最好形式。在课题的完成过程中要求我们要有坚实的理论基础和很强的动手能力和团队合作能力。在设计过程中，通过自主查找数据和其他资料，接触到了很多新鲜的东西。经过这次课程设计，才明白自己要做一个电子产品是多么的不容易。里面的过程要求我们要非常细心、考虑问题周全。要想设计并制作一个完美实用的数字电路，确实是一件不轻松的工作，不仅要有较强的动手能力，还要有灵活应用芯片理论的功底，为此需要阅读大量关于这方面的书籍。在这次课程设计过程中，查阅了不少芯片手册，也阅读了不少有关数字电路设计的资料，同时还了解到一些芯片的性能。这些都是制作电路必须的理论准备，可以为你的设计添砖铺

19、瓦，并减少很多盲目的查找本次的课程设计从设计到完成都是我们我学知识的检验。通过亲身体验说明有些在仿真软件电路设计的可行性。所以在设计时就要考虑方案的可行性，最好是要准备好备用的方案。在经过各种比较后，选出最佳方案再进行制作。整个过程中，调试也是相当重要的一部分。当电路不能得到正确的结果时，要知道怎样进行排错和调试，以得到正确的结果。一般情况下，应该先检查电路是否连对，芯片管脚是否对错；并加以改正错误的电路。做完本次课题后，发现本设计中所用电路比较简单，所用元器件也比较常用，工作原理易懂，操作简单，也很适合一般的手工制作。设计、调试程序时，需先根据要求划分模块，优化结构；再根据各模块特点确定何为

20、主程序，何为子程序，相互间如何调用；再根据各模块性质和功能将各模块细化，设计出程序流程图； 通过本次毕业设计的学习，让我了解了设计电路的程序，以及电子秒表的原理与设计。发现了以往在学习中忽视的东西，明白了在实际的设计工作中只有书面知识是不足的，只有在自己的实践中才能发现问题并解决问题，从而不再犯眼高手低的错误。在此次的设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。在设计电路中，是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的。总的来说，通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。而且在此次设计中，我了解到了理论与实践相结合的重要性，对以后步入社会积累了很好的经验。致致 谢谢词词致谢致谢本设计在选题及研究过程中得到杨全丽老师的悉心指导。杨老师多次询问设计进度，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。杨老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以