60秒计时器课程设计.周海祥

可编辑版/目录摘要······························································2引言······························································2设计目的·····················································2设计任务·····················································2电路原理设计·················································23-1计时器的设计原理··········································23-2计时器的基本逻辑功能······································33-3主干电路设计··············································33-3-1震荡电路设计··········································33-3-2计数器的设计··········································33-3-3译码器的设计··········································3四．电路仿真······················································4五．系统分析······················································55-1基础元件介绍··············································55-1-1计数器················································55-1-2译码器与显示管········································65-1-3振荡器················································85-1-4与非门················································8六．电路的焊接···················································9七．调试·························································9八．总结·························································10参考文献·························································10致谢·····························································10附录·····························································1174LS160构成的60秒计时器摘要60秒计时器是采用数字电路实现的数字显示计时装置。本系统由振荡器,计数器,译码器,LED显示器组成。采用74LS系列中小规模集成芯片。引言计时器是用数字集成电路做成的现代计时器,与传统的机械钟相比,它具有走时准确、显示直观<有荧光七段数码显示器>、无机械传动装置等优点。而且钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便。一.设计目的在学完了《数字电子技术》课程的基本理论后,能够综合运用所学知识设计和制作实际需要的简单电子电路,系统地进行电子电路的工程实践训练,锻炼动手能力,培养工程师的基本技能,提高分析问题解决问题的能力。二.设计任务完成由74LS160构成的60秒计时器计时器的组成:60秒计时器一般由振荡器,计时器,译码器,LED显示器组成,这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路。三.电路原理设计3-1计时器的设计原理：先构成一个555定时器和分频器产生震荡周期为一秒的标准"秒"脉冲信号,由74LS160采用清零法分别组成六十进制的"秒"计数器。清零法适用于有异步置零输入端的集成计数器。原理是不管输出处于哪种状态,只要在清零输入端加一个有效电平电压,输出会立即从那个状态回到"0000"状态。。使用74LS48为驱动器,共阴极七段数码管作为显示器。设计图见附录一3-2计时器的基本逻辑功能：显示器显示器振荡器计数器译码器振荡器计数器译码器3-3主干电路设计3-3-1震荡电路设计主要用来产生时间的标准信号,精确程度就取决于时间的标准信号的频率及稳定性。秒"信号产生器是整个系统的时基信号,在此用555定时器来实现。将555定时器与电阻、电容按照555定时器构成振荡器,组成一个输出1Hz的脉冲信号,将该标准"秒"信号送入"秒"计数器。"秒"计数器采用60进制计数法,其是由2片74LS160采用反馈置数法串联而成连接如下图：3-3-2计数器的设计由秒个位和秒十位计数器构成,秒"计数器为60进制计数器。60进制可通过十进制和六进制串联而成,从而完成数码显示。因为同步加法计数器74LS160可构成10进制以下的计数器,所以此电路中秒的计时采用74LS160来进行设计。3-3-3译码器的设计译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为七段数码管的正常工作提供足够的工作电流。译码电路的功能是将"秒"计数器的输出代码进行编译,变成相应的数字。用于驱动LED七段数码显示常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器,其输出是OC门输出且高电平有效,专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。由74LS48和LED七段共阴极数码管组成一位数码显示电路。若将"秒"计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端,便可进行不同数字显示。在译码器输出与数码管之间串联的R为限流电阻。当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下,就应将其状态显示成清晰的数字符号,需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。选用的计数器全部是二—十进制集成片,"秒"的个位和十位的状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态反映。每组输出的计数状态都按BCD代码以高低电平来表现。因此,需要经过译码电路将计数器输出的BCD代码变成能驱动七段数码显示器的工作信号。将计数器和译码显示器连在一起。四．电路仿真在调试过程初期,电路的功能没有实现。着手检查电路的连接,通过示波器进行检测,可以确认电路的连接没有问题。通过老师的指导,知道了仿真软件中在译码器和数码管的连接之间需要加上排阻保护数码管。下图是电路的部分连接图:〔修改前在左,修改后在右下图3.5是秒脉冲的波形图：五．系统分析5-1基础元件的介绍5-1-1计数器〔74LS160的介绍电路的设计中我采用的器件是74LS160的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能。下图是4LS160构成六进制计数器的结构图,根据74LS160的结构把输出端的0101〔十进制为5用一个与非门74LS20引到Load端便可置0,这样就实现了六进制计数。在分和秒的进位时,用秒计数器的Load端接分计数器的CLK控制时钟脉冲,脉冲在下降沿来时计数器开始计数。5-1-2译码器与显示管〔74LS48和LED显示管的介绍译码显示器电路由共阴极译码器74LS48和七段数码管LED组成。其真值表如下图：74LS48BCD七段译码驱动器真值表74LS48引脚功能七段译码驱动器真值表十进制数输入BT/RB0输出LTRBIABCDabcdefg0H/0000H11111111H/0001H01100002H/0010H11011013H/0011H11110014H/0100H01100115H/0101H10110116H/0110H00111117H/0111H11100008H/1000H11111119H/1001H1110011译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的工作是把给定的代码进行"翻译",变成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途,不仅用于代码的转换、终端的数字显示,还用于数字分配,存储器寻址和组合控制信号等。译码器可以分为通用译码器和显示译码器两大类。在电路中用的译码器是共阴极译码器74LS48,用74LS48把输入的8421BCD码ABCD译成七段输出a-g,再由七段数码管显示相应的数。七段显示器,它由a~g七个光段,从0~9十个数码将有其中不同的光段组合而成。半导体七段显示器的每个光段都是一个发光二极管。发光二极管和普通二极管一样,具有单向导电性,当外加反向电压时,处于截止状态；当外加正向电压而且足够大时,才处于导通状态,而当正向电流足够大时才能发光。如下图所示：发光二极管发光二极管的驱动电路,其中门电路均为集电极开路门〔OC.当门处于导通状态〔即输出为低电平时,发光二极管因正向电压太低而不可能发光；当门处于截止状态时〔即输出电平为高电平时,只要电阻R取值得当,发光二极管就会有足够大的正向电流而发光,可见该电路为高电平驱动当门电路处于导通状态〔即输处为低电平时,只要电阻R取值得当,发光二极管就会有足够的正向电流,因而发光；当处于截止状态〔即输处为高电平时,发光二极管正向电压过小不足以使其导通,因而不会发光。则该电平为低电平驱动。在管脚图中,管脚LT、RBI、BI/RBO都是低电平是起作用,作用分别为：LT为灯测检查,用LT可检查七段显示器个字段是否能正常被点燃。BI是灭灯输入,可以使显示灯熄灭。RBI是灭零输入,可以按照需要将显示的零予以熄灭。BI/RBO是共用输出端,RBO称为灭零输出端,可以配合灭零输出端RBI,在多位十进制数表示时,把多余零位熄灭掉,以提高视图的清晰度。计数器和译码管的连接如图：在此电路图中所用的显示器是共阴极形式,阴极必须接地。SM421050N的管脚功能图如图17aabfcgdeDPY[LEDgn]1234567abcdefgDPY_7-SEG5-1-3NE555内部结构图1<接地>-地线<或共同接地>,通常被连接到电路共同接地。Pin2<触发点>-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3VCC,下缘须低于1/3VCC。3<输出>-当时间周期开始555的输出输出脚位,移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA。4<重置>-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。5<控制>-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。6<重置锁定>-Pin6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。7<放电>-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力,当输出为ON时为LOW,对地为低阻抗,当输出为OFF时为HIGH,对地为高阻抗。8<V+>-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特<最小值>至+16伏特<最大值>。管脚如下图：5-1-4输入与非门74LS20,四个输入端有一个为0,则输出为1,只有全部输入为1,输出才为0.管脚如图:112456&A74LS20六．电路的焊接先用万用表检测元件参数是否符合要求,然后按照原理图进行元件装配,装配完成后焊接该硬件。焊接时,以45度靠紧焊接面进行预热,然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘,一起接触被焊处,当焊锡丝融化,向焊接处推入焊锡丝,使焊锡润湿焊盘和组件脚,当焊点上的焊锡成圆锥形时既抽离焊锡丝。在焊锡完全融化后,移去烙铁头。如果焊点有连焊,应将焊锡线与烙铁头一起接触在连焊的焊点之间,待焊锡丝与助焊剂一起溶化后,移去焊锡丝,再将烙铁头侧放着向下移走,吸去多余的焊锡。焊点的标准是：焊点成锥形,焊锡要适量,表面有光泽,光滑,清洁等。七．调试由于实际电路连接与仿真电路之间存在误差,产生的秒信号并不是很精确,产生了误差,通过分析电路,调节秒脉冲部分的电阻值来改变,从而使得结果相对的精确。八．总结通过本次课程设计,我明白了一个道理:无论做什么事情,都必需养成严谨,认真,善思的工作作风.我这毕业设计由于我采用的是数字电路来实现的,所以电路较复杂,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多种设计方法.这次课程设计,我掌握了操作仿真软件的一系列步骤,在一个月时间里,我把本设计的整个电路图画好了,并且完成仿真。通过了解元器件的用途以及它们的参数、性能,产生了浓厚的兴趣。这次设计提高了我理论和实践相结合的能力,增加了把理论用于实践的兴趣,同时也提高了我分析问题和解决问题的能力。没有最好,只有更好。我相信通过这一次的毕业设计之后,我以后会更加努力,用严谨的科学态度去面对一切。克服困难,战胜自我,超越自我。致谢课程设计完成了,在这个过程中我学到了很多东西。首先我要感谢我的指导老师,老师在我完成作品的过程中,给予了我很