数字电子技术实训论文倒计时

1、 数字电子技术(论文)说明书题 目： 系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称：高级工程师 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2010 年 7 月 9 日摘 要本次实训，要求做的是一个6位的“时”，“分”，“秒”的数字显示的倒计时装置。但是由于时间，以及一些其他的原因，原本要做成的6位数码显示的倒计时装置，只做了2位，但是，在仿真系统中，我们也做成了3位的倒计时器，并附有图在论文中。本系统主要由555多谐振荡器、计数器、译码器、数码管，采用74LS系列（双列直插式）中小规模集成芯片组成，文中会介绍各种芯片及电路的原理。本

2、次实训最后做成的电路板实现99秒2位倒计时，还带有1个复位键，当复位键按下时，倒计时器回到99秒重新倒计时。关键词：芯片；74LS192；74LS48；555定时器；数码管；译码；计数；AbstractThis practice is a requirement, the six "time", and "points", "second" digital display the countdown device. But because of the time, and some other reasons, which made

3、the countdown six digital display device, made only two, but, in the simulation system, we also make a counter-down and the attached figure in the thesis. This system mainly consists of 555 more harmonic oscillator, counter, decoder, digital tube, using 74LS series (double row inline) medium scale i

4、ntegration chip will introduce various component, the principle and the circuit chip. The practice of last two seconds realization circuit 99, still contain a countdown to reset when reset button press, counter-down back to 99 seconds to countdown.Key words：chip ；74LS192；74LS48 ；555 timer equipment

5、；digital tube；decode；count；目 录引言 41 电路原理设计51.1 设计思路（小四号黑体）51.2 设计原理图 （小四号黑体）52 各个电路设计分析62.1 多谐振荡电路62.2 设计原理图 72.3 译码电路92.4数码管结构及原理 113 仿真电路124 电路总设计图134.1 计时部分134.2 译码部分及数码管显示部分 144.3 短路总图144.4 PCB电路板155 成品及调试155.1 成品155.2 调试 166 结论167 实训心得体会16谢辞 17参考文献 18附录19引言随着社会科学技术的迅速发展，人们对时间的把握要求越来越高，也有很多地方用到了

6、倒计时的电路。比如篮球比赛的30秒倒计时、交通灯中用到了倒计时、抢答器、用电磁炉定时烧水做菜做饭、纪念日的倒计时、上下班时间的倒计时、还有一些报警的电路等等，都是都用到了倒计时电路。本次实训借助于数字逻辑电路，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。电路简单容易实现，工作稳定，因此得到广泛的应用。数字电子技术时当前发展最快的科学之一，数字逻辑器件已经从60年代的小规模集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集成（VLSI）。相应的，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展，由原来的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计（中、小规模集成

7、器件）、软件逻辑设计（软件组装的LSI和VSI，如未处理器、单片机等）及兼有二者的有点的专用集成电路（ASIC）设计。倒计时器采用了，74LS48，74LS192，NE555集成电路，以及与一些其他的元器件组合设计而成，可以进行99秒倒计时，如果需要更多的倒计时，用次电路来进行改造也相当的方便简单，本电路原理，简单易懂。复位键可以再任意时刻把倒计时清零重新开始倒计时，使用起来也是很方便的。也可以和其他的电路组合在一起构成交通灯，抢答器，等电路，使用很方便，应用很广泛。1电路原理设计要做成一个倒计时器，首先要理解怎么样才是一个倒计时器。倒计时器是有“时”、“分”、“秒”组成，能实现时分秒的6位倒

8、计时器。本系统采用定时器、计数器、译码器、显示器、校时电路组成。由LED七段数码管来显示译码器所输出的信号。采用了74LS系列中小规模集成芯片。总体的设计方案如下。1.1设计思路：倒计时器，要实现倒计时，首先要给设定一个1秒钟的定时器，在这个电路上本组选用了555定期器来实现这个，经过555定时器，做成一个多谐振荡电路做成1秒1次的脉冲以后，从输出端输出一秒一次的脉冲；其次，需要一个计数的芯片，在这方面，本组选用了74LS192，因为这个芯片，在上课的时候学过，并且原理比较熟悉，然后把1秒1次的脉冲接给计数器，实现倒着计数的功能，在置数端置成需要的数；然后，能实现倒着计数功能以后，就要了译码阶

9、段，从计数器的输出端接入译码器的输入端，对应介入，译码器，我们选择74LS48，4线-7段译码器来进行译码；最后通过译码器的7个输出端，对应的接到8位共阴二极管上，使输出有数字显示。这样做可以实现1位数码管显示的倒计时器，要实现多位的倒计时器，例如本次实训我们要求做的是6位倒计时器，但是由于一些原因，只做了2位的倒计时器，但是原理是一样的，要实现2位计数器的功能，则在计数这一步骤的时候，把芯片74LS192的借位输出端接到另一个计数芯片74LS192的脉冲递减计数脉冲端口上，然后在后面的环节还是一样的。1.2设计原理图555定时器个位计数器译码器数码管显示十位计数器译码器数码管显示个位借位输出

10、端连十位CP脉冲段2.各个电路设计分析2.1 多谐振荡电路多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。 一、用555定时器构成的多谐振荡器（1）电路组成： 用555定时器构成的多谐振荡器电路如图6-11（a）所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端

11、（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。（2）工作原理：多谐振荡器的工作波形如图6-11(b)所示：电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T10.7(R1+R2)C；暂稳态的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T20.7R2C。 因此，振荡周期T=T1+T2

12、=0.7(R1+2R2)C 公式1振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。经过公式1设计计算以及与实际有的电阻的阻值的比较分析，得出：R1=15K，R2=68K，C1=10uf，C2=0.1uf 并且如下图A图A2.2 计数电路一、芯片名称：可预置同步可逆BCD码计数器 二、74LS192的引脚图和引脚说明： 个别引脚说明：Cdn-减计数脉冲输入，当作减计数操作时Cup接高电平。 Cup-增计数脉冲输入，当作加计数操作时Cd

13、n接高电平。 BO-借位输出信号，在减计数时出现，低电平有效。CO-进位输出信号，加计数时出现，低点平有效。 LD-加载，即对计数器作置数操作时的控制信号。当LD位某个电平时，计数器可以预置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。三、74LS192的逻辑图：四、74LS192的逻辑符号：接线时， Cup或Cdn接单脉冲或1Hz时钟脉冲信号。输出端QDQCQBQA接数码管，CO和BO接发光二极管。其余的控制信号和输入信号接逻辑开关，LD对低电平有效。五、逻辑功能表：2.3 译码电路74LS48中文资料(引脚图,真值表及内部结构原理图) 74LS48/SN74LS48 引脚功能图工作电压:5V74L

14、S48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。 由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能：（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，见表1中116行。（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

15、，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

16、能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。 图2 7段显示译码器7448（a）逻辑图（b）方框图（c）符号图 图2给出了7448的逻辑图，方框图和符号图。由符号图可以知道，4号管脚端具有输入和输出双重功能。作为输入（BI）低电平时，G21为0，所有字段输出置0，即实现消隐功能。作为输出（RBO），相当于LT，及CT0的与坟系，即LT=1，RBI=0，DCBA=0000时输出低电平，可实现动态灭零功能。3号（LT）端有效低电平时，V20=1，所有字段置1，实现灯测试功能。2.4 数码管结构及原理LED数码管的结构及工作原理 LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发

17、光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波

18、长等。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片 图1 这是一个7段两位带小数点 10引脚的LED数码管 图2 引脚定义每一笔划都是对应一个字母表示 DP是小数点.LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。A、静态显示驱动： 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×840根I/O埠来驱动，要知道

19、一个89S51单片机可用的I/O埠才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。B、动态显示驱动： 数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不

20、会亮。 透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。3 电路仿真三位倒计时仿真电路设计二位倒计时仿真电路设计4总电路设计图4.1计时部分2个74LS192计数器的置数端，置为9，功能始终为计数功能，个位的借位输出端，接到十位的CP脉冲端。从而实现2位倒计时功能。4.2译码部分及数码

21、管显示部分4.3总电路图图为本次实训的设计电路图，是一个2位的99秒倒计时器，并且带有复位键S1，当S1按下的时候，计数器置成9，重新开始倒计时。4.4 PCB电路板图5 成品及调试5.1 成品5.2 调试把6V的电源接到电路板上，打开开关，倒计时器开始工作，从99秒开始倒计时，一直到0秒以后，返回99秒重新开始倒计时。当按下复位键的时候，无论倒计时到多少秒，由于置数的原因，立刻回到99秒，把按键放开以后，又开始倒计时。调试完成，达到设计目的。6 结论本次设计的是可复位的99秒倒计时电路。当电路接通电源的时候，2个数码管立刻显示为“9 9”，并且开始倒计时，当倒计时到“0”的时候，自动回到“9

22、 9”重新开始倒计时。当按下复位开关S1时，计数器也回到“9 9”，放开复位开关后，重新开始倒计时。其实在设计过程中，主要需要理解几点。第一，555定时电路怎么样能定时成1秒钟；第二，计数器是怎么样接法，才是计数功能，并且要进行倒计时；第三，译码器数码管时，必须要先测量好数码管的封装，这样才能保证不接错。最后本次实训，倒计时电路设计很成功，并且能够实现倒计时和复位功能。7 实训心得体会本次试训，可谓是非常的辛苦，从一开始就困难重重。刚刚开始的时候，本组刚刚开始选的是抢答器，并且我担任设计这方面责任。在刚刚开始设计的时候，我们在网上和数上，都查了很多资料，并且对资料进行，分析理解。我们决定把2抢

23、答器的分为2个部分，1部分为抢答部分，另外一部分为计时部分。刚刚开始很顺利的把2个电路设计出来了，可是第一个问题出来了，怎么样把2个电路连接起来，经过问同学和老师，终于把2个电路连接起来了，可是第二个问题又出来了，在画出原理图导入PCB图的时候，线路复杂了，导致跳线很多，而且很乱，后来不得不换了个题目，改成倒计时。有了先前的设计的经验，和一些原理差不多，倒计时电路很快就出来，在仿真中也很顺利的完成了。但是后面问题就出现了，做成第一块板的时候，发现不能显示，后来经过检查，发现时数码管的封装错误，以及一些原理图网络表连接出错导致，然后马上改正错误进行重新做板画图，经过本次实训，画图的技术真的是有所

24、以高，因为画PCB电路图不下20次。最后终于顺利作出板，并且调试成功了。总的来说这次实训还是学到很多的，无论是在设计方面还是动手操作方面，都学到了很多书本上原来没有理解透的东西，受益颇多。不过以后还是要再接再厉。谢  辞本设计是在宾恩均老师、廖晓梅老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多为人处世的道理。本设计从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在

25、此，谨向老师们表示崇高的敬意和衷心的感谢！本设计之所以能够顺利完成，除了要特别感谢宾老师和廖老师的悉心指导之外，也离不开各位同学的帮助，是你们在我一此次迷惑的时候帮助了我。在此，也要感谢辅导员及各位同学这段时间以来对我的关照，这将是我一生中最珍贵的回忆。至此，也要特别感谢我的家人长期以来对我的大力支持与鼓励，你们永远是我坚强的后盾、前进的动力及力量的源泉。参考文献1 江国强.新编数字逻辑电路习题实验与实训.北京邮电大学出版社，2008-092 主编：阎石.数字电子技术基本教程.清华大学出版社，2009-12附 录Protel99SE简介Protel99SE是应用于Windows9X/2000/

26、NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。一、Protel 99 SE的系统组成按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。1、电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能

27、是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（Advanced

28、SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。（2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。（3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。二、Protel 99 SE的功能特性1、开放式集成化的设计管理体系 2、超强功能的、修改与编辑功能 3、强大的