沈陽航天大學(xué)課程規(guī)劃(說明)倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)班級(jí)級(jí)別學(xué)校編號(hào)學(xué)生的名字指講師沈陽航天大學(xué)課程表和作業(yè)課程名稱：數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)主題倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求：一、設(shè)計(jì)說明和技術(shù)指標(biāo)需要設(shè)計(jì)一個(gè)倒計(jì)時(shí)電路，倒計(jì)時(shí)時(shí)間可以在0到099s之間任意設(shè)置，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到零時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。技術(shù)指標(biāo)如下：(1)設(shè)置外部操作開關(guān)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、直接復(fù)位、暫停、繼續(xù)等功能；(2)用數(shù)碼管顯示初始時(shí)間和剩余時(shí)間；(3)在直接復(fù)位時(shí)，要求數(shù)碼管關(guān)燈；(4)當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到零時(shí)，數(shù)碼管不能關(guān)燈，同時(shí)發(fā)出5秒的聲光報(bào)警指示信號(hào)；設(shè)計(jì)第二脈沖發(fā)生電路。二、設(shè)計(jì)要求1.選擇設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮成本。2.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元件參數(shù)。3.繪制電路原理圖(標(biāo)準(zhǔn)化元件、標(biāo)準(zhǔn)化電路圖)。三。實(shí)驗(yàn)要求1.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；設(shè)計(jì)的電路經(jīng)過軟件驗(yàn)證和仿真。2.處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。四.推薦參考材料1.閻石主編。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。M北京：高等教育出版社，20062.趙，主編。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)。M北京：清華大學(xué)出版社，20063.楊志忠主編。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)。M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008五、按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告績效評(píng)估表：序列號(hào)評(píng)估項(xiàng)目得分1設(shè)計(jì)方案正確、可行、創(chuàng)新(15分)2設(shè)計(jì)結(jié)果可信(如系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果)(15分)3態(tài)度嚴(yán)肅，遵守紀(jì)律(15分)4設(shè)計(jì)報(bào)告和充分參考的標(biāo)準(zhǔn)化(不少于5篇)(25分)5回復(fù)(30分)總分最終評(píng)估結(jié)果(優(yōu)秀、良好、中等、通過和失敗)講師簽名：2016年7月3日目錄一.概述11.1理解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義和組成11.2掌握時(shí)鐘電路1的功能和基本組成二。方案演示22.1電路組成22.2設(shè)計(jì)理念22.3設(shè)計(jì)方案2三。電路設(shè)計(jì)43.1多諧波振蕩器產(chǎn)生第二脈沖信號(hào)電路43.3解碼和數(shù)字顯示電路63.4報(bào)警電路73.5控制電路8四.性能測(cè)試104.1多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)電路104.3整體電路性能測(cè)試12(1)設(shè)置倒計(jì)時(shí)功能在12(2)直接復(fù)位和燈關(guān)閉功能12(3)倒計(jì)時(shí)功能13(4)暫停和恢復(fù)功能13(5)報(bào)警功能14五.結(jié)論15參考文獻(xiàn)15附錄一總電路圖16附錄二組件列表17一.概述1.1理解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義和組成數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時(shí)鐘電路、電源等。輸入電路的主要功能是將受控信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，包括各種輸入接口電路。例如，在數(shù)字頻率計(jì)中，輸入電路對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以獲得數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號(hào)。在處理之前，模擬信號(hào)需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，必須首先了解輸入信號(hào)的性質(zhì)和接口條件，以便設(shè)計(jì)合適的輸入接口電路。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的日新月異，數(shù)字電子信息技術(shù)已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是集成芯片，推動(dòng)了現(xiàn)代電子產(chǎn)品向小體積、多功能方向發(fā)展。這不僅節(jié)省了原材料，降低了產(chǎn)品成本，而且還減少了大量的勞動(dòng)力，所以有必要學(xué)好這門課程。1.2掌握時(shí)鐘電路的功能和基本組成時(shí)鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)的靈魂。它屬于一種控制電路。整個(gè)系統(tǒng)在它的控制下按照一定的規(guī)則工作。時(shí)鐘電路包括主時(shí)鐘振蕩電路和分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖的電路。例如，數(shù)字頻率計(jì)中的555多諧振蕩器電路和基準(zhǔn)時(shí)間形成電路都屬于時(shí)鐘電路。在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)系統(tǒng)要求確定主時(shí)鐘的頻率，并結(jié)合其他控制信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時(shí)鐘脈沖。通過數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可以系統(tǒng)全面地掌握基本設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟、熟悉和控制電路參數(shù)的計(jì)算、電路元件的選擇和應(yīng)用，學(xué)習(xí)數(shù)字電路原理圖設(shè)計(jì)、調(diào)試、測(cè)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)試和提高電路性能。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，學(xué)會(huì)積極查閱和理解相關(guān)技術(shù)文件，能夠?qū)Ψ桨高M(jìn)行論證和比較，并具體實(shí)施。使學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)有更深的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。二。方案論證2.1電路組成任何0-99秒倒計(jì)時(shí)定時(shí)器的整體參考方案框圖如圖2-1所示。它由五個(gè)模塊組成，即第二脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、解碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助定時(shí)控制電路(以下簡稱控制電路)。計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成0-99秒的任何倒計(jì)時(shí)，而控制電路完成啟動(dòng)、復(fù)位、暫停、繼續(xù)計(jì)時(shí)、顯示和關(guān)閉解碼顯示電路的燈、計(jì)時(shí)報(bào)警等功能。脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器解碼顯示控制電路告警電路圖2-10-99秒任意倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖第二個(gè)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，所以電路可以采用由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。2.2設(shè)計(jì)理念倒計(jì)時(shí)電路主要由振蕩器和計(jì)數(shù)器組成。該電路的設(shè)計(jì)思想如下：1.設(shè)計(jì)第二個(gè)脈沖發(fā)生器。這里使用555定時(shí)器來產(chǎn)生這個(gè)定時(shí)脈沖。2.設(shè)計(jì)一個(gè)0-99秒的任意倒計(jì)時(shí)電路。第二脈沖發(fā)生器控制其計(jì)數(shù)。每1秒，計(jì)數(shù)器遞減1。3.設(shè)計(jì)解碼顯示電路。顯示器可以顯示計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)值和初始設(shè)定值。4.設(shè)計(jì)報(bào)警電路，當(dāng)計(jì)數(shù)器減為零時(shí)，發(fā)出5S報(bào)警信號(hào)(即計(jì)時(shí)開始時(shí)，顯示器上顯示00)。5.設(shè)計(jì)一個(gè)外部操作開關(guān)來控制倒計(jì)時(shí)定時(shí)器的啟動(dòng)、復(fù)位、暫停和繼續(xù)計(jì)時(shí)。2.3設(shè)計(jì)方案分析和設(shè)計(jì)任務(wù)、倒計(jì)時(shí)器和控制電路是系統(tǒng)的主要組成部分。計(jì)數(shù)器可以隨意倒計(jì)時(shí)0-99秒，而控制電路具有直接控制啟動(dòng)、復(fù)位、暫停、繼續(xù)計(jì)數(shù)、解碼顯示電路的顯示和關(guān)燈的功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各種信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。操作復(fù)位開關(guān)時(shí)，計(jì)數(shù)器應(yīng)復(fù)位，數(shù)字顯示應(yīng)關(guān)閉。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)阻斷時(shí)鐘信號(hào)CP，同時(shí)計(jì)數(shù)器應(yīng)完成計(jì)數(shù)功能，并對(duì)顯示電路上顯示的設(shè)定數(shù)字的字進(jìn)行解碼。當(dāng)暫停和恢復(fù)開關(guān)設(shè)置在暫停位置時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停和恢復(fù)開關(guān)設(shè)置為連續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。第三，電路設(shè)計(jì)3.1多諧振蕩器產(chǎn)生第二脈沖信號(hào)的電路選擇555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器。其引腳功能如下：1個(gè)接地GND、2個(gè)觸發(fā)器、3個(gè)輸出、4個(gè)復(fù)位、5個(gè)控制電壓、6個(gè)閾值(threshold)、7個(gè)放電和8個(gè)電源電壓Vcc。引腳圖如圖3-1所示。圖3-1 LM555引腳圖振蕩周期T=tw1 tw2=0.7(R1 2R2)癈，振蕩頻率f=1/t=1/(0.7 (r1 2r2)癈) 1.43/(r1 r2)癈)LM555秒脈沖發(fā)生器。這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要的時(shí)間是1秒，相對(duì)穩(wěn)定的電阻表1 555定時(shí)器菜單投入輸出THR技術(shù)報(bào)告說明書RSTUOT晶體管t狀態(tài)XX00陶同2/3VCC1/3VCC10陶同2/3VCC1/3VCC11定點(diǎn)2/3VCC1/3VCC1不變不變圖3-2脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路圖3.2計(jì)數(shù)器在本實(shí)驗(yàn)中，計(jì)數(shù)器是用中規(guī)模集成電路74LS192設(shè)計(jì)的，它是一個(gè)十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器。采用8421BCD碼二進(jìn)制十進(jìn)制編碼，其功能表如表2所示。表2 74LS192菜單投入輸出CLR負(fù)荷起來向下DCBAQ3Q2雌三醇環(huán)戊醚Q01000000dcbadcba011共計(jì)011倒讀數(shù)該方案采用十進(jìn)制雙時(shí)鐘升降可逆計(jì)數(shù)器74LS192芯片實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。其邏輯符號(hào)如圖3-3所示。在圖中，LOAD是數(shù)字設(shè)置端，CLR是清零端，UP是遞增端，DOWN是遞減端，CO是異步進(jìn)位輸出端，BO是異步借用輸出端，A、B、C和D是計(jì)數(shù)器輸入端，QA、QB、QC和QD是數(shù)據(jù)輸出端。圖3-3 74LS192邏輯符號(hào)圖使用兩個(gè)串聯(lián)的74LS192芯片可以在0到99秒的任何時(shí)間倒計(jì)時(shí)。第一芯片的脈沖輸入由第二芯片的借用輸出控制。第二個(gè)芯片的脈沖輸入由555個(gè)定時(shí)器組成的多諧振蕩器直接產(chǎn)生。由于實(shí)驗(yàn)在0-99s內(nèi)實(shí)現(xiàn)任何倒計(jì)時(shí)，所以兩個(gè)74LS192N芯片的UP應(yīng)連接到高電位以實(shí)現(xiàn)還原功能。等級(jí)設(shè)置不需要清零功能，因此CLR清零端子應(yīng)連接到低電位。兩個(gè)芯片的輸入由四位開關(guān)控制，四位開關(guān)的輸入端分別連接到高電平，輸出端分別連接到74LS192N芯片的a、b、c和d。為計(jì)數(shù)器設(shè)置的數(shù)字可以通過一個(gè)四位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)四位開關(guān)輸入計(jì)數(shù)器的數(shù)字時(shí)(計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制模式輸入)，開關(guān)S3切換到復(fù)位位置，LOAD切換到低電位，計(jì)時(shí)器復(fù)位，設(shè)置的計(jì)數(shù)器顯示在顯示器上，然后它切換到開始位置，LOAD切換到高電位，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到數(shù)字管上出現(xiàn)“00”完成計(jì)數(shù)。即，設(shè)定時(shí)間的倒計(jì)時(shí)完成。3.3解碼和數(shù)字顯示電路如圖3-4所示，該裝置的輸入信號(hào)為BCD碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g，共七條線路，有三條控制線LT、RBI、BI/RBO。樂端是測(cè)試端。在B1端子連接到高電平的情況下，當(dāng)LT=0時(shí)，無論輸入端子a、b、c和d的值是多少，ag的輸出都是高電平，因此7段顯示器顯示“8”形。該功能用于測(cè)試設(shè)備。RBI端子是消零輸入端子。在LT=1和BI=1的條件下，當(dāng)輸入A、B、C和D=0000時(shí)，輸出A至G都處于低電平，這可以關(guān)閉公共陰極發(fā)光二極管顯示器。然而，當(dāng)輸入A、B、C和D都不為零時(shí)，輸出仍能正常解碼，但顯示正常。BI是消隱輸入。輸入端具有最高級(jí)別的控制。當(dāng)端子為低電平時(shí)，無論其它輸入值如何，輸出端子A至G都為低電平，這可以關(guān)閉公共陰極顯示器。此外，該端子還具有第二功能命令信號(hào)輸出端子，表示為RBO。當(dāng)位A、B、C、D=0000且RBI=0時(shí)，RBO此時(shí)輸出低電平。如果輸入A、B、C和D不等于零，RBO輸出高電平。如果RBO和RBI一起使用，在顯示多位數(shù)時(shí)很容易實(shí)現(xiàn)零輸出控制。圖3-4 74LS48N邏輯符號(hào)圖74LS48可直接驅(qū)動(dòng)普通陰極發(fā)光二極管數(shù)碼管，無需外部限流電阻。解碼和數(shù)字顯示電路直觀、清晰地反映了數(shù)字時(shí)鐘和計(jì)時(shí)狀態(tài)，被人們的視覺器官所接受。如圖3-5所示，顯示裝置選用發(fā)光二極管七段數(shù)碼管。由解碼顯示電路的輸出驅(qū)動(dòng)，顯示清晰直觀的數(shù)字符號(hào)。在該設(shè)計(jì)中，選擇使用由發(fā)光二極管(發(fā)光二極管)組成的字形來顯示數(shù)字的半導(dǎo)體數(shù)字管，并且將七個(gè)條形發(fā)光二極管排列成七段組合字形來形成半導(dǎo)體數(shù)字管。有兩種類型的半導(dǎo)體數(shù)碼管：公共陽極和公共陰極。公共陽極數(shù)碼管的七個(gè)發(fā)光二極管的陽極連接在一起，而七個(gè)陰極是獨(dú)立的。公共陰極數(shù)碼管與公共陽極數(shù)碼管相對(duì)，七個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起，陽極相互獨(dú)立。當(dāng)普通陽極數(shù)碼管的陰極連接到低電平時(shí)，相應(yīng)的二極管發(fā)光，某些部分的二極管可以根據(jù)字符的形狀發(fā)光，所以普通陽極數(shù)碼管需要輸出低電平效果的解碼器來驅(qū)動(dòng)。普通陰極數(shù)碼管需要輸出一個(gè)高電平有效的解碼器來驅(qū)動(dòng)。圖3-5普通陰極發(fā)光二極管數(shù)碼管3.4報(bào)警電路本課要求當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到零時(shí)，應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警指示信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中，用發(fā)光二極管代替聲光報(bào)警器。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到零時(shí)，74LS192N芯片的BO端將同時(shí)輸入低電位。如果它沒有達(dá)到零，高電平芯片將一直輸出高電位，并且低電平芯片將在高和低點(diǎn)之間輸出點(diǎn)跳躍。此時(shí)，兩個(gè)74LS192N芯片的BO端子將向與非門輸出信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)同時(shí)處于低電位時(shí)，與非門的輸出端將輸出高電位，然后該信號(hào)將被輸入到由555個(gè)定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端，即三端。由于由555定時(shí)器組成的三態(tài)觸發(fā)TRI端子之前一直輸出低電平，所以輸出端子處于高電平。因?yàn)橹挥挟?dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到零時(shí)才需要觸發(fā)警報(bào)，所以輸入信號(hào)連接到非門，因此不會(huì)觸發(fā)警報(bào)。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到零時(shí)，輸出高電位信號(hào)觸發(fā)由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電位。因?yàn)樾盘?hào)通過非門，所以它變成高電位信號(hào)。該信號(hào)與由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入信號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)5s延時(shí)報(bào)警。圖3-6報(bào)警電路連接圖報(bào)警電路的連接如圖3-6所示。輸入信號(hào)是通過與非門從兩個(gè)74LS192N芯片的BO端子輸出的信號(hào)。3.5控制電路在標(biāo)題中，需要設(shè)置外部操作開關(guān)來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、直接復(fù)位、暫停和繼續(xù)等功能。經(jīng)過仔細(xì)分析和數(shù)據(jù)審查，這些功能是通過控制輸