1 計數(shù)報警器 數(shù)字電子技術(shù)工程設(shè)計書 1. 設(shè)計背景 字電路系統(tǒng) 的定義及組成 數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號 轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字頻率計中，通過輸入電路對微弱信號進行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號。模擬信號則 需要 通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再進行處理。在設(shè)計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計合適的輸入接口電路。 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會的日新月異，數(shù)字電子信息技 術(shù)這門科學(xué)在各行各業(yè)越來越得到廣泛的應(yīng)用，特別是集成芯片的應(yīng)運，促使現(xiàn)代電子產(chǎn)品向小體積多功能發(fā)展。這不僅節(jié)省了原材料，降低了產(chǎn)品成本，還減少了很多勞動力，所以很有必要學(xué)習(xí)好這門課程。 時鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時鐘電路包括主時鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計中的基準時間形成電路等都屬于時鐘電路。設(shè)計時鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時 鐘的頻率，并注意與其他控制信號結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時鐘脈沖。 通過數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計，使學(xué)生較系統(tǒng)地、全面地掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的基本設(shè)計方法，設(shè)計步驟， 熟悉和掌 電路參數(shù)的計算，電路元器件的選擇與應(yīng)用， 學(xué)習(xí)數(shù)字電路 原理圖設(shè)計、 設(shè)計和 實物 電路系統(tǒng)的 制作 、安裝、 調(diào)試 、 測試 、 故障查找和排除的方法 和 技巧 ，并在此基礎(chǔ)上，逐步調(diào)試改進、完善電路的性能。學(xué)會積極地按照設(shè)計任務(wù)的要求，查閱并理解相關(guān)技術(shù)文獻，能進行方案的論證比較，方案的具體實施。使學(xué)生較深入地了解與課程設(shè)計有關(guān)的知識，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際的問題。 2. 設(shè)計方案 2 1、課題分析與研究 了解上述設(shè)計要求后，明確設(shè)計系統(tǒng)的全部功能，要求及計數(shù)指標，熟悉處理信號與控制對象的各種參數(shù)，關(guān)系和特點。 2、總體方案確定 根據(jù)系統(tǒng)的邏輯關(guān)系將系統(tǒng)分解，畫出系統(tǒng)的原理框圖，確定框圖間各種信號的邏輯關(guān)系與時序關(guān)系。 3、單元電路繪制與仿真 選擇合適的數(shù)字器件，用 應(yīng)用 4、分析電路 充分分析單元電路，尤其對控制信號要從邏輯關(guān)系，正反極性，時序幾個方面進行深入考慮，確保不發(fā)生沖突，在深入分析的基礎(chǔ)上通過對 原設(shè)計電路的不斷修改，最后獲得最佳的設(shè)計方案。 （ 1） 555 定時器 的連接 555 定時器是一種功能強大的模擬數(shù)字混合集成電路， 如圖 1 所示， 有二個比較器 一個 發(fā)器， R 和 S 高電平有效。三極管 清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管 放電管，將對外電路的元件提供放電通路。比較器的 輸入端有一個由三個 5此可以獲得 和 兩個分壓值，一般稱為閾值。555定時器的 1腳是接 地端 2 腳是低觸發(fā)端 3 腳是輸出端 4 腳是清除端 5 腳是電壓控制端 6 腳是高觸發(fā)端 7 腳是放電端 8 腳是電源端 555 定時器的輸出端電流可以達到 200此可以直接驅(qū)動與這個電流數(shù)值相當?shù)呢撦d，如揚聲器、發(fā)光二極 管 等 。 3 圖 1 555 定時器 （ 2）發(fā)光二極管的連接 共陰極電路，還有共陽極電路。本次設(shè)計采用共陽極電路。如圖所示 : 圖 2發(fā)光二極管 （ 3） 7444步十進制計數(shù)器 這個計數(shù)器是十進制的，在設(shè)計時電路比較簡單，我們在學(xué)習(xí)進制設(shè)計時已經(jīng)使用過，基本了解它的各項功能。對 于六進制的設(shè)計不是很大的問題，同時由于 零， LD的保持功能可以很方便的實現(xiàn)清零開始 ,暫停繼續(xù)這兩個功能。因此我選用這種方案。 74七段譯碼器。 1、 燈測試輸入端 / / 時，發(fā)光數(shù)碼管各發(fā)光段全亮，顯示 8 字，用以檢查數(shù)碼管各發(fā)光段是否良好。當 /時，譯碼器按輸入 2、 滅燈輸入端 / / 時，其輸出端均為高電平，顯示器各段都不亮。當 / 時，顯示器各段 4 才根據(jù)輸入譯碼輸出。 3、 滅零輸入端 / / 時，若輸入 000，則輸出不顯示 0，若輸入為其他代碼，則照常顯示。此輸入端可以用來熄滅譯碼器輸出中多余的 0，如果輸出 02。 10時，只需在對應(yīng)位使 /。 4、 滅零輸出端 /端同 /共用一個引腳，它既是滅燈輸入端用來接收信號，又是滅零輸出端輸出信號，為相鄰位提供滅零輸入信號。 3. 方案實施 選擇 74片、 74片、 74片、數(shù)碼管兩枚、電阻若干、電容若干、開關(guān)一個。首先根據(jù) 74兩片 74輸出的數(shù)字為從 1到 99，然后清零。用相應(yīng)電阻和電容以及 555組成單諧振蕩器，和74連，根據(jù) 74功能，分別將兩片 74接到兩片 74相應(yīng)端，然后將共陽極數(shù)碼管兩枚分別于兩片 74連，中間加 100歐電阻，先在草稿紙上繪制實現(xiàn)功能的草圖，經(jīng)過反復(fù)的修改論證，以期達到最理想的狀態(tài)。然后用 制 各單元的 相應(yīng) 邏輯電路圖 ，進行仿真。 用 制 各單元的 相應(yīng) 邏輯電路圖 后，進行仿真，期間可能會出現(xiàn)不能正常實現(xiàn)原先所設(shè)定的功能，但經(jīng)過思考與修改，以及在老師的幫助下發(fā)現(xiàn)自己的錯誤與不足，并接受老師給予的意見和建議，設(shè)計出能正常實現(xiàn)所要求的功能的電路圖，用 出所要的結(jié)果。 在各單元電路 設(shè)計 的基礎(chǔ)上，用 各單元電路連接起來， 繪制出 符合軟件要求的 系統(tǒng)整體 邏輯電路圖。 系統(tǒng) 整體電路設(shè)計完 成 后，對 系統(tǒng) 整 體 進行仿真，驗證設(shè)計 的正確性。仿真圖如圖 3所示。 首先建立 元件選擇正確封裝，利用網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入元件 ，然后進行布線， 5 先要進行一系列的參數(shù)設(shè)置，并要移動元件的位置盡量得到最佳布局，我們采用的是手動布線的方法。 裝與調(diào)試 首先建立 元件選擇正確封裝，利用網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入元件，然后進行布線，先要進行一系列的參數(shù)設(shè)置，并要移動元件的位置盡量得到最佳布局，我們采用的是手動布線的方法。 然后，在老師的幫助下制出電路板，我明白了電路板制作的過程，并沒有想像中的困難。最后進行焊接 于設(shè)備問題，電路板印制的不是十分理想，需先對其短線進行焊接，然后進行安裝。 在安裝過程中也出現(xiàn)了一些易犯的錯誤，如芯片 裝反，引腳沒焊接好等錯誤，都是圖 3 6 以后應(yīng)該注意的。 在調(diào)試過程中，也發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計錯誤，這也是應(yīng)該注意的。 4. 結(jié)果與結(jié)論 由于設(shè)計的原因，結(jié)果并不十分理想。其元件布局不是十分合理，導(dǎo)致外接導(dǎo)線多，功能基本可以實現(xiàn)。由于在設(shè)計過程中，眾多因素考慮的不夠周全，使實驗的誤差很大，以致最后設(shè)計出的電路不能夠?qū)崿F(xiàn)，導(dǎo)致前功盡棄，以后要注意加強動手動腦的能力，不能夠再犯想當然的錯誤了。 通過設(shè)計，我認識到了自己對數(shù)電這門課的理解程度以及熟練和掌握程 度，了解了自己的不足，和以前學(xué)習(xí)過程中的方法的選擇的不適當，有助于我們更好地學(xué)好數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，并為我們今后的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。得出的結(jié)論是：計數(shù)報警器的設(shè)計是一項非常好的設(shè)計課程，非常適合初學(xué)者。 這次設(shè)計使我認識到了自己身上的不少缺點和不足，并且對它不夠重視，缺乏耐心恒心和毅力，以前養(yǎng)成了眼高手低的壞毛病，在今后學(xué)習(xí)和工作過程中，盡最大努力克服這些缺點和不足。一些實際問題，通過邏輯電路可以實現(xiàn)。有一個良好的學(xué)習(xí)及鉆研的習(xí)慣，認真踏實的態(tài)度，才能作好每一件事。 5. 收獲與致謝 在這次課程設(shè)計中， 我學(xué)到了許多書本上不可能學(xué)到的東西，同時對數(shù)電這門課有了更深的了解，鍛煉了我們的動手操作能力，以及把所學(xué)知識運用到實際的生活當中去的能力。例如本次課程設(shè)計的計數(shù)報警器，只有通過組合書本上的零碎知識，并運用才能很好的制作。通過此次課程設(shè)計，我學(xué)會了運用 作仿真圖，運用 圖，布線，了解了制作電路板的全過程及原理，讓我受益匪淺，我也認識到我所學(xué)的知識并不是空的理論，而是能用到生活和工作每一方面的。切實增加了我的學(xué)習(xí)積極性，只有我們動手做，才可以學(xué)到書本上學(xué)不到的東西。感謝系里給我這次學(xué)習(xí)的機 會，特別感謝張?zhí)禊i老師、翟亞芳老師、楊欣老師的耐心輔導(dǎo)以及在設(shè)計中給出的寶貴建議和意見，在此，我表示深深的感謝！ 6. 參考文獻 7 1童詩白 M等教育出版社， 2005. 2臧春華 M高等教育出版社 ,2005. 3邱關(guān)源 羅先覺 五版） M等教育出版社， 2006. 4閻 石 五版） M等教育出版社， 2005. 5張陽天 韓異凡 路設(shè)計 M等教 育出版社， 2005. 7. 附件 路原理圖 8 器件清單 器件 數(shù)量和規(guī)格 74片 74片 74片 電阻 100歐 15個， 1個， 100k 歐 1個 電容 100， 10發(fā)光二極管 1個 揚聲器 1個 導(dǎo)線 若干 55