畢業(yè)設(shè)計論文：考試天數(shù)倒計時器的設(shè)計.doc

遼寧工程技術(shù)大學電子技術(shù)課程設(shè)計目 錄綜述11 電路原理設(shè)計22 各個電路設(shè)計分析32.1 多諧振蕩電路32.2 計數(shù)電路 42.3 譯碼電路62.4數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理 93 仿真電路124 電路總設(shè)計圖134.1 計時部分134.2 譯碼部分及數(shù)碼管顯示部分 134.3 總電路圖144.4 PCB電路板155 安裝與調(diào)試165.1 排除邏輯故障165.2 排除元器件失效165.3 排除電源故障166 實驗數(shù)據(jù)及處理177 實物圖188 結(jié)論19參考文獻 20綜述本系統(tǒng)采用定時器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路組成。由LED七段數(shù)碼管來顯示譯碼器所輸出的信號。采用了74LS系列中小規(guī)模集成芯片。先通過555定時器來實現(xiàn)定時功能，并一個做成一個多諧振蕩電路從而輸出一秒一次的脈沖；再通過74LS192芯片來實現(xiàn)倒著計數(shù)的功能，在置數(shù)端置成需要的數(shù)；然后，選擇74LS48，4線-7段譯碼器來進行譯碼；最后通過譯碼器使輸出有數(shù)字顯示。之后，通過對用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器、計數(shù)電路等各個電路的分析來確定具體詳細的電路設(shè)計計劃。確定電路設(shè)計后通過Multisim電路仿真畫出畫電路原理圖。然后便是具體地安裝、調(diào)試電路來進行試驗，并在其過程中完成對元器件失效、邏輯故障等錯誤的排除工作，以加強學生的動手能力和對理論知識在實際運用時的理解。1電路原理設(shè)計本系統(tǒng)采用定時器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路組成。由LED七段數(shù)碼管來顯示譯碼器所輸出的信號。采用了74LS系列中小規(guī)模集成芯片?？傮w的設(shè)計方案如下。一、設(shè)計思路：倒計時器，要實現(xiàn)倒計時，首先要給設(shè)定一個1秒鐘的定時器，在這個電路上本組選用了555定時器來實現(xiàn)這個目的，經(jīng)過555定時器，做成一個多諧振蕩電路，做成1秒1次的脈沖以后，從輸出端輸出一秒一次的脈沖；其次，需要一個計數(shù)的芯片，在這方面，本組選用了74LS192，因為這個芯片，在上課的時候?qū)W過，并且原理比較熟悉，然后把1秒1次的脈沖接給計數(shù)器，實現(xiàn)倒著計數(shù)的功能，在置數(shù)端置成需要的數(shù)；然后，能實現(xiàn)倒著計數(shù)功能以后，就需要譯碼階段，從計數(shù)器的輸出端接入譯碼器的輸入端，對應(yīng)接入譯碼器，我們選擇74LS48，4線-7段譯碼器來進行譯碼；最后通過譯碼器的7個輸出端，對應(yīng)的接到8位共陰二極管上，使輸出有數(shù)字顯示。這樣做可以實現(xiàn)1位數(shù)碼管顯示的倒計時器，要實現(xiàn)多位的倒計時器，例如本次實訓我們要求做的是6位倒計時器，但是由于一些原因，只做了2位的倒計時器，但是原理是一樣的，要實現(xiàn)2位計數(shù)器的功能，則在計數(shù)這一步驟的時候，把芯片74LS192的借位輸出端接到另一個計數(shù)芯片74LS192的脈沖遞減計數(shù)脈沖端口上，然后在后面的環(huán)節(jié)還是一樣的。二、 設(shè)計原理圖555定時器個位計數(shù)器譯碼器數(shù)碼管顯示十位計數(shù)器譯碼器數(shù)碼管顯示個位借位輸出端連十位CP脈沖段圖1-1設(shè)計原理圖2.各個電路設(shè)計分析2.1 多諧振蕩電路多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器。“多諧”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。 一、用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器（1）電路組成： 圖2-1多諧振蕩器的電路形式用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖2-1所示：圖中電容C、電阻R1和R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負脈沖的寬度。定時器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連處，用以控制電容C的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過0.01uF電容接地。（2）工作原理：圖2-2多諧振蕩器的工作波形多諧振蕩器的工作波形如圖2-2所示：電路接通電源的瞬間，由于電容C來不及充電，Vc=0v，所以555定時器狀態(tài)為1，輸出Vo為高電平。同時，集電極輸出端（7腳）對地斷開，電源Vcc對電容C充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)I，此后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩(wěn)態(tài)的維持時間取決于RC充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，即輸出Vo的正向脈沖寬度T10.7(R1+R2)C；暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，即輸出Vo的負向脈沖寬度T20.7R2C。 因此，振蕩周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C 2-1振蕩頻率f=1/T。正向脈沖寬度T1與振蕩周期T之比稱矩形波的占空比，由上述條件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2R1，則D1/2，即輸出信號的正負向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。經(jīng)過公式1設(shè)計計算以及與實際有的電阻的阻值的比較分析，得出：R1=15K，R2=68K，C1=10uf，C2=0.1uf 并且如下圖圖2-32.2 計數(shù)電路一、芯片名稱：十進制可預(yù)置同步可逆BCD碼計數(shù)器 二、74LS192的引腳圖和引腳說明：圖2-4 74LS192的引腳圖和引腳說明 個別引腳說明：Cdn-減計數(shù)脈沖輸入，當作減計數(shù)操作時Cup接高電平。 Cup-增計數(shù)脈沖輸入，當作加計數(shù)操作時Cdn接高電平。 BO-借位輸出信號，在減計數(shù)時出現(xiàn)，低電平有效。CO-進位輸出信號，加計數(shù)時出現(xiàn)，低點平有效。 LD-加載，即對計數(shù)器作置數(shù)操作時的控制信號。當LD位某個電平時，計數(shù)器可以預(yù)置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。三、74LS192的邏輯圖：圖2-5 74LS192的邏輯圖四、74LS192的邏輯符號：圖2-6 74LS192的邏輯符號接線時， Cup或Cdn接單脈沖或1Hz時鐘脈沖信號。輸出端QDQCQBQA接數(shù)碼管，CO和BO接發(fā)光二極管。其余的控制信號和輸入信號接邏輯開關(guān)，LD對低電平有效。五、邏輯功能表：表2-1邏輯功能表2.3 譯碼電路74LS48中文資料(引腳圖,真值表及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖) 圖2-7 74LS48/SN74LS48 引腳功能圖工作電壓:5V74LS48除了有實現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：圖2-2 7448真值表（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。（3）燈測試功能（LT = 0）此時BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號時，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。（4）動態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號，RBI 端輸入低電平信號，若此時DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。 圖2-8段顯示譯碼器7448（a）邏輯圖（b）方框圖（c）符號圖圖2-8給出了7448的邏輯圖，方框圖和符號圖。由符號圖可以知道，4號管腳端具有輸入和輸出雙重功能。作為輸入（BI）低電平時，G21為0，所有字段輸出置0，即實現(xiàn)消隱功能。作為輸出（RBO），相當于LT，及CT0的與墳系，即LT=1，RBI=0，DCBA=0000時輸出低電平，可實現(xiàn)動態(tài)滅零功能。3號（LT）端有效低電平時，V20=1，所有字段置1，實現(xiàn)燈測試功能。2.4 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及工作原理LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。LED數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片 圖2-9這是一個7段兩位帶小數(shù)點 10引腳的LED數(shù)碼管 圖2-10 引腳定義每一筆劃都是對應(yīng)一個字母表示 DP是小數(shù)點.LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。A、靜態(tài)顯示驅(qū)動： 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O埠進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進位*器*進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O埠多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O埠來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O埠才32個呢。故實際應(yīng)用時必須增加*驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電路的復(fù)雜性。B、動態(tài)顯示驅(qū)動： 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O埠，而且功耗更低。3 電路仿真圖3-1二位倒計時仿真電路設(shè)計4總電路設(shè)計圖4.1計時部分2個74LS192計數(shù)器的置數(shù)端，置為9，功能始終為計數(shù)功能，個位的借位輸出端，接到十位的CP脈沖端。從而實現(xiàn)2位倒計時功能。 圖4-1 計時部分電路設(shè)計圖4.2譯碼部分及數(shù)碼管顯示部分圖4-2譯碼部分及數(shù)碼管顯示部分電路設(shè)計圖4.3總電路圖圖4-3總電路圖圖為本次設(shè)計電路圖，是一個2位的99-0倒計時器，并且?guī)в袕?fù)位鍵S1，當S1按下的時候，計數(shù)器置成9，重新開始倒計時。4.4 PCB電路板圖圖4-4PCB電路板圖5 安裝與調(diào)試5.1 排除邏輯故障這類故障往往由于設(shè)計和加工制板過程中工藝性錯誤所造成的。主要包括錯線、開路、短路。排除的方法是首先將加工的印制板認真對照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯誤，并重點檢查芯片是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。必要時利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。5.2 排除元器件失效 造成這類錯誤的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了；另一個是由于安裝錯誤，造成器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯誤。5.3 排除電源故障 在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V4.8V之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機仿真器調(diào)試時，將會損壞仿真器等，有時會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。6 實驗數(shù)據(jù)及處理（1）首先個位的74LS190中的RC非 、LD非 接Vcc+5V ，把CP接到1HZ的始終上，D0-D3接地，Q0-Q3接入74LS48譯碼器上 然后把個位的74LS190中CO/BO同過非門（74LS04）接入十位的74LS190中的CT非 中，CO/BO接1，其他的引腳不變，跟個位的74LS190接的線一樣，通過74LS48就會在LED數(shù)碼管顯示出99-0的倒計時。（2）實現(xiàn)置數(shù)功能：在（1）的基礎(chǔ)上，把個位十位的LD非 接入輸入控制端來實現(xiàn)置數(shù)。把個位十位D0-D3 都接入輸入控制端，分別用F11-14，F(xiàn)21-24來稱呼。例如要設(shè)置有55開始倒計時，就把個位十位的D0-D3按成0101。但要想它置數(shù)，必須要在LD非 在0時，因為LD 非 在低調(diào)平時有效。（3）置數(shù)并在09-00時喇叭響：在（2）的基礎(chǔ)上，通過二輸入四或門（74LS32）把十位的74LS190中的Q0+Q1+Q2+Q3或起來再用非門（7