脉冲按键显示器设计课程设计说明书

1、课程设计说明书题目：脉冲按键显示器专业：电气工程与自动化一年级：2010级学生：一学号：一指导教师：完成日期：2012年06月24日脉冲按键显示器摘要：脉冲按键显示器要紧由4000系列芯片（40174锁存器,4508译码器）和74HC147编码器组成。该脉冲按键显示器除具有准确显示和反映按键数字功能外，还具有清零、按时熄灭和逐位显示功能。当用户输入号码时，显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字；从头按键时，可用清零按钮清除显示；在挂机2分钟或按下熄灭按钮后，显示器熄灭。系统通过Proteus仿真软件验证了其理论设计的正确性。关键词：脉冲，显示器，4000系列芯片,ProteusAbstr

2、act:TelephonePulsebuttonmonitorconsistsof4000serieschip(a40174latch,decoder4508)and74HC147encoder.Thetelephonepulsebuttonmonitorhasaccuratedisplayandreflectthekeydigitalfunction,alsohastheresettimingout,andbitbybitdisplayfunction.Whentheuserinputnumber,fromlowtohighdisplayforward,bitbybitdisplaykeyf

3、igures;whenthekeyisavailableagain,aresetbuttoncleardisplay;in2minutesorpressouttheon-hookbutton,displayout.SimulationsoftwarebyProteusverifythecorrectnessoftheirtheoreticaldesign.Keywords：Pulse,Monitor,4000serieschip,Proteus目录1前言1设计背景1设计概述12整体方案设计3方案比较3方案论证4方案选择43单元模块设计5按键脉冲电路5按时消隐功能电路7电路参数的计算及元器件的选

4、择8特殊器件介绍94软件简介135系统调试14仿真电路总图14系统仿真参数设置14功能调试14调试结果分析186系统功能指标参数20系统实现的功能20系统指标参数测试20系统功能及指标参数分析207结论21设计的收成体会22对设计的进一步完善提出意见或建议2210参考文献24附录：系统仿真总图251前言设计背景随着科技的进展,愈来愈普及。与此同时设计按键脉冲显示器操作简单，不但本钱低，体积小，而且操作简单，因此成为小规模知识竞赛之首选。对与咱们学生来讲脉冲按键显示器也是比较适合初学者设计的一个课题。设计概述基于脉冲按键显示器自身的一些优势如原理简单，设计的器件大多为较为常见的器件等。本文的目的

5、是利用比较经常使用的器件设计可实现逐位显示按键数字的显示器。本次课题要紧目的是培育咱们自主动手设计能力和解决问题的能力，增强咱们对数字信号、模拟信号的熟悉和运用，让咱们对电子设计有必然的熟悉。1.2.1设计目标用数字和模拟集成电路芯片和配套的分立电子元件来设计脉冲按键显示器电路，该电路能够实现：大体功能：1、能准确显示和反映按键数字（共计12位按键）。2、显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位为当前输入位；3、从头按键时，能第一清除显示。发挥部份：1、在挂机2分钟或按下熄灭按钮后，显示器熄灭。2、熄灭的同时清零技术线路要实现该设计，就应把整个电路分为几大模块。别离是按键脉冲模块，

6、锁存模块，译码显示模块，按时熄灭模块。先通过对各个模块进行设计、调试以后再将其组合起来进行整机调试。1.2.3实施打算第一确实是要理清实现设计的框图，在整体框图的指导下，作出具体的电路图，III要设计实现的功能，计算出各个电路元件的值，并一一对各个元件进行选择。最后用仿真软件对设计进行仿真操作，调试软件，并对照出的设计有误的地址进行必要的修正，确保设计的正确。L2.4必备条件要实现该电路的设计，首要的确实是要制定出设计的实现框图，并在教师的指导和参照资料的条件下作出具体电路图，选定实现实现该设计的各类元器件。另外，还应由必要的软件帮忙设计完成。2整体方案设计对同一种目的的实现，能够用不同的方案

7、，下面就着重介绍以下两种方案对同一目的的实现方式。并比较两种方案的好坏。方案比较2.1.1方案一系统框图如下图。图方案一的系统框图工作原理简述：接通电源后，用户输入一个数字，给移位寄放器和译码器一个脉冲，使其选通，数码管显示所输数字；当新按键脉冲来后，通过移位寄放器串联延时实现逐位显示按键数字；需要从头按键时能够用清零按钮实现清零；通过555集成按时器和计数器按时120秒实现灭灯功能，并同步清零。2.1.2方案二系统框图如下图。工作原理简述：接通电源后，用户每输入一个数字，给锁存器和译码器一个脉冲，使数码管显示所输数字；当新按键脉冲来后，通过锁存器串联延时实现逐位显示按键数字；需要从头按键时能

8、够用清零按钮实现清零；通过555集成按时器和计数器按时120秒实现灭灯功能，在120秒内用户再拿起话筒时，按时电路无效并清零。方案论证方案可行性分析：关于方案一不可行，因为数码管显示熄灭后不能再次显示数字，而且不能实现同步清零，即会保留上次所输入号码。而且移位寄放器管脚比锁存器更复杂，且需要两片级联才能实现12位数字显示。关于方案二可行，是在方案一的基础之上进行修改和完善的。采纳的是当用户挂机时计数，拿起话筒计数器清零。且用锁存器实现数字逐位显示，思路清楚且可不能碰到移位寄放器级联延迟的问题。方案选择比较方案一和方案二能够看出，方案二例如案一加倍靠得住，而且利用到的元器件也都是咱们所经常使用到

9、的一些元件比如:555,74HC147.4508、40174、74LS161和开关、电容、电阻、门电路等一些咱们所学过，用过的大体器件；从操作行和可行性上说方案二思路清楚，成品的利用方便，芯片功能端能综合利用等优势；从自身的势力上来讲，方案二略显复杂一些，但由于本次设计是第一次将数字电子电和模拟电子运用于实际的电路设计中，咱们尚未完全的把握这2门知识，而且不能将理论知识熟练应用到实际电路中，因此对电路还不能达到最优化的设计，因此综合方方面面的因数，我选择了方案二做为本次课题的要紧研究对象，本文也将注重介绍方案二的设计方式。3单元模块设计本节要紧介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、

10、和各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、和核心器件进行必要说明。按键脉冲电路该部份电路要完成两个功能：通过按键脉冲的输入准确显示数字；给锁存器和译码器一个脉冲，选通并实现移位显示数字。3.1.1数字按钮如下图该电路由开关09所组成的数字键和清零、消隐按键共十二位按键组成，按钮开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合，输入信号；当松开开关时，开关自动弹出。消隐犍7清零(74LSO4口JH)174aJ:1H口J31J:7。图按键输入按钮3.1.2编码电路如下图数字输入电路由非门，按钮和编码器组成。在输入数字信号前，编码器输入端无效，输出为高电平，接非门后连接下一

11、级。当有效数字脉冲输入后，编码器相应端输入低电平，开始编码；假设需输入数字0,那么不通过编码器直接输入一个脉冲。图按键输入按钮3.1.3锁存译码显示电路锁存译码显示电路要紧由锁存器40174、译码器4508及数码管组成，其电路图如下图。通过编码器74HC147编成的二进制代码送至第一个锁存器锁存，锁存后的BCD码再送至4508译码器译码到数码管显示相应的数字。当1到9按键都没有按下时，由于编码器输出端都是高电平，通过40174后使4508的输出全为低电平，因此数码管全数显示为零。为了解决不能显示数字零的问题，在74HC147的前面接有一个按钮直接操纵译码器选通。当有按键脉冲输入后，编码器的数据

12、送到40174的输入端，同时通过有一个或门将高电平送到40174的脉冲输入端，现在数据就能够通过输入端进入锁存器40174送出；当高电平降到低电平常，40174输出段维持输出，同时再将此输出信号送到下一片40174的输入端，进而实现了数据的移位和锁存输出。脉冲产生的同时也使4508的STB段产生了一个高电平，使4508进行选通功能，从而使40174的输出端的数据送到4508的输入端，再进行译码显示。图锁存译码、显示电路按时消隐功能电路该部份要紧完成两个功能：1、在挂机2分钟或按下熄灭按钮后，显示器熄灭。2、熄灭的同时清零按时电路部份要紧由555按时器、十六进制同步加计数器74LS161减法计数

13、电路、40174锁存器及相关电路组成。具体电路如下图。555按时器提供每秒一次的脉冲输入，两块74LS161实现加法计数，通过开关SW1模拟话筒的挂机与拿起，当开关选通时，脉冲输入并开始计数，计数M9次加上延时即约120秒后经与非门输出低电平，由锁存器锁存输出至4508消隐端，实现数码管熄灭。当开关断开时，脉冲无法输入，同时计数器清零端为低电平有效，便于在下一次挂机时开始计数。熄灭按钮与按时电路部份输出通过或门相连，都能使数码管熄灭的功能。C 1U3MO1图消隐功能电路电路参数的计算及元器件的选择按键脉冲电路选用了10个按钮作为0到9数字信号的输入按键和一个清零按钮，编码器74HC147,十二

14、个锁存器40174和4508译码器，一个11相输入或门，十二个数码管作为数字显示。消隐功能电路按时电路用了两个计数器74LS161,两个BCD码译码器4508,一个555和两个电阻RIO、R1一、两个电容C、C2组成的多谐振荡器，为计数器提供时钟信号。多谢震荡的频率于0 =1.43(2*/?ll + 7?10)C2=1%,而取 C2 = 10uf,R 10 = 43Kd Rll = 50KC特殊器件介绍编码器74HC147如下图，该图为74HC147的引脚图。编码器74HC147是9线输入4线输出的二进制编码器，其输出为反码。当儿个输入信号同时显现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。其中卜优

15、先权最高，h的优先权最低。当b=0时，不管其它输入端有无输入信号（表中以X表示），输出端只给出卜的编码，即DCBA=0110。当卜=1、18=0时，不管其余输入端有无信号，只对Is编码，输出DCBAHH11。其余的输入状态依次类推。编码后输出通常要接反相器使其输出正码，如L的编码，即DCBA=1001,再接下一级。74HC147图74HC147的引脚图锁存器40174如下图，该图为锁存器40174的引脚图。锁存器是最简单的数据存储部件，大体锁存器由两个交义耦合的门电路组成。其中D0D5为数据输入端，Q0Q5为数据输出端，CLK为输入数据锁存端，MR为清零端。当锁存器CLK输入端为低电平常，可将

16、输入数据DOD5临时寄存在锁存器内部，一旦当CLK端有脉冲输入，暂存数据才反映到输出数据端Q0-Q5H±o若是将MR端接低电平，那么40174输出直接为低电平。DOD1D2D3D4D5QOQ1Q2Q3Q4Q52FWJ2 75+>CLK-k：MR40174图40174引脚图BCD译码器4508如以下图所示，该图为BCD码译码器。其中DOD5为BCD码输入端，Q0Q5为译码输出端，当STB为高电平常数据正常通过，低电平常锁存数据；OE为高电平常数码管熄灭，OE端为低电平常正常译码；MR为清零端，为高电平常有效，直接清零。计数器74LS161如下图所示，该图为十六进制计数器。741s

17、l61的MR端具有异步清零作用。当清除端（MR）为低电平常，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。161的预置数是同步的，需要时钟脉冲CP触发CLK,输出端（Q0Q3）才可预置成与数据输入端（P0P3）相一致的状态。其中ENT,ENP为高电平常正常工作，为低电平常维持计数。5 7 9 1-0 12 3Q Q Q Q0 12 3TB-IE1R38 D D D D s-o M 伽 4 6 8102 3 14-5 6 7 w-2 -4 3 2 154 4 : - 4 i 4H0 12 3 0Q Q Q QR0 12 3NPNTLKOA1R D D D D E E c u M图 45

18、08引脚图图74LS161引脚图555时钟芯片如图，555电路由电阻分压器、电压比较器、大体RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部份组成。它的各个引脚功能如下：1脚：GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一样情形下接地。8脚：VCC（或VDD）外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是16V,CMOS型时基电路VCC的范围为318V。一样用5V。I3脚：OUT（或Vo）输出端。2脚：TR低触发端。6脚：TH高触发端。4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，那么时基电路不工作，现在不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不历时应接高电平。5脚：CO（或VC）为操纵电压端。假设此端

19、外接电压，那么可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不历时，应将该端串入一只UF电容接地，以防引入干扰。7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做按时器时电容的放电。电阻分压器由三个5kQ的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器Cl、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc,加在同相输入端，比较器C2的参考电压为l/3Vcc,加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放Cl、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为大体RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为大体RS触发器S

20、端的输入信号。大体RS触发器的输出状态受比较器Cl、C2的输出端操纵。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器Cl、C2基准电压别离为2/3Vcc,l/3Vcc.00R8>DC-CVQTR§TH-T555图555引脚图4软件简介Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。具有4大功能模块革命性的特点：（1）互动的电路仿真。用户乃至能够实时采纳诸如RAM,ROM,键盘，马达，LED,LCD,AD/DA,部份SPI器件，部份HC器件

21、。（2）仿真处置器及其外围电路。能够仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等经常使用主流单片机。还能够直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的成效。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues成立了完备的电子设计开发环境。具有4大功能模块 智能原理图设计（ISIS）丰硕的器件库 超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰;可输出高质量图纸。 ProSPICE混合仿真：基于工业

22、标准SPICE3F5,实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：能够通过内部原型或利用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。 独特的单片机协同仿真功能 支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33>HC1K等。 有效的PCB设计平台 先进的自动布局/布线功能；支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；完整的PCB设计功能；可以输出多种格式文件。5系统调试仿真电

23、路总图见附录所示。系统仿真参数设置在系统调试之前，咱们需要对系统进行参数设置，如表所示。序号编号参数序号编号参数序号编号参数1R110K17C210uF33U1645083R310K19U24017435U1845084R410K20U34017436U1945085R510K21U44017437U2045086R610K22U54017438U2145087R710K23U64017439U2245088R810K24U74017440U2345089R910K25U84017441U24450810R1013K26U94017442U25450811R1150K27U104017443U

24、2655512R121028U114017444U2774LS16113R1310K29U124017445U2874LS16114R141K30U134017446U2974HC14715R010K31U1445084716C110uF32U15450848功能调试表元件参数表通过这几天的的理论设计，为了验证对理论应用的正确性，选用Proteus软件进行仿真，验证所设计的电路可否实现准确显示和反映按键数字，可否实现数字从低位向高位逐位显示及清零，当定不时刻到可否消隐，在消隐后可否再次正常工作。5. 3.1锁存译码显示电路85立巴s?s85S8OU5CM3UVO12isg?i12:二七S8S6

25、0D5S3:86SS3三5S3J65SS匕B588S图按键脉冲电路5.3.1.1调试目的测试译码显示电路是不是具有能准确显示和反映按键数字，而且数字从低位向高位逐位显示，最低位为当前输入位;当从头按键时，能第一清零的功能。5.3.1.2调试电路调试电路如下图。5.3.1.3调试结果1、假设用户按下数字5时，编码器对5进行编码，其显示结果为如下图。2、假设用户接着依次按下数字按钮023时，其显示结果为如下图。3、当调试移位成功后，按下清零按键时，结果如图图数字按键5输入|nEEBnCDC图数字显示图清零显示5.3.2按时消隐电路5.3.2.1调试目的调试按时电路可否实现120秒后或直接按键消隐,

26、。调试电路按时电路如下图。调试结果1、假设已输入数字88,其显示结果如下图。2、打开开关120秒时，其显示结果如下图。3、闭合开关后，其显示结果如下图图预先输入数为88图打开开关120秒图闭合开关"IT3 三«ioooo 3 2-0，工二厂8528械 8288289FFF卜卜线 828828 §seeeeg7 5 ro9 F 仔二 6828898co8828§882§3 2 1kk 3卜卜2fr88988899调试结果分析图定时消隐电路5.4.1调试电路已实现的功能通过先分步伐试后整体调试的方式，本设计已实现了逐位显示按键数字，通过清零按钮一键

27、清零和120秒后自动消隐清零的功能。5.4.2调试中碰到的问题和此电路的不足在调试的进程中碰到了许多的问题，要紧在于如何实现从低位到高位逐位显示数字及如何用按键脉冲选通锁存器、译码器，如经比较译码器4511和4508的详细功能后，选择4508有利于减少连线和实现消隐同步清零；而且按时部份用74LS161计数器计数120秒实现熄灭后，碰到了只能消隐1秒的问题，经反复调试和对161电路的分析明白，需要加入一个锁存器和由两个开关组合而成的同步开关连接到计数器清零端，实现反复计数消隐功能。此电路的不足在于利用元器件较多，结构连线复杂，耗能较大。6系统功能指标参数系统实现的功能该系统能够准确显示和反映按

28、键数字，并将显示从低位向高位前移，逐位显示，其中最低位为当前输入位；当按下清零键时，能清除显示；在挂机2分钟或按下熄灭按钮后，能自动使显示器熄灭并同时清零。系统指标参数测试关于本设计系统的参数测试，先分部份解决所需功能，并将咱们电路的各部份分开进行仿真。对此部份仿真可用到仿真软件Proteus。在对每一个部份仿真达到正确结果后，然后将各个模块连接起来进行整体测试。通过仿真证明我设计的脉冲按键显示器电路工作正常，能实现所需功能。系统功能及指标参数分析通过前面的参数计算和仿真的如系统各元件的参数表如表所示。表元件参数表15Resistors29Integratedcircuitsquantityr

29、eferencevaluequantityreferencevalue11R0-R9zR1310k13U1-U13401741RIO43K12U14-U2545081Rll50K1U265551R12102U27,U2874LS1611R13IK1U2974HC1742Capacitorsquantityreferencevalue2Cl,C2lOuf7结论该设计用仿真软件proteus的验证了理论分析结果的正确性。这次课程设计通过为期2周的不懈尽力，目前大体达到了预期的要求，通过对整个系统的调试，可取得如下结论：能准确显示和反映按键数字，显示器显示能从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位

30、为当前输入位；当从头按键时，能第一清除显示；在挂机2分钟或按下熄灭按钮后，能自动使显示器熄灭并同时清零。学会了通过40174锁存器和4508译码器实现数字移位功能，尤其是明白得了40174的上升沿触发和4508的高电平选通功能，实现了按键脉冲输入数字信号并逐位显示的功能。同时也加倍的明白得了555按时器组成的多谐触发器和74LS161计数器能够组成时刻操纵电路，和74HC147编码器的利用方式。只是，那个设计仍是有它的不足的地方。第一确实是电路设计有些复杂，元器件种类和数量有点多，它们会花费掉必然的电力。第二布局还需要必然优化，减少占用空间。8设计总结设计的收成体会在动手设计之前，参考了许多相

31、关的资料。在设计中乂参考了以前学过的按键脉冲输入的原理，有了大体思路。但着手设计时，乂显现了许多未预料到的问题，例如元件的选择：在选择实现移位功能的器件时，是用移位寄放器仍是用锁存器，通过慎重试探,最终选择了锁存器40174。因为需要显示输入的数字，因此选择了数码显示管，相应的选择了译码器4508,用它将输出的二进制代码译成相对应的高、低信号，用其作为数码显示管的驱动信号。在按时电路中，依照设计需要选择了555按时器组成的多谐振荡器来产生脉冲，并用74LS161计数器来设定数码管消隐时刻。在一些设计原理上也碰到了许多新问题。如发觉当数字消隐后，不能再次亮起，经同窗和教师的帮忙，发觉适当的改变开关的型号和位置，能解决问题。在设计进程中，其实最大的收成确实是不断的调试、优化电路，增加有利的利用功能，如通过5输入或门减少了一个555按时器脉冲输入来操纵芯片导通：利用4508的清零端，使清零消隐同步发生，幸免了对下一次号码输入的干扰。总之，这次实验进