盲人报时器数电课程设计.docx
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盲人报时器数电课程设计
2011-2012学年第二学期
《
课
数字电子技术》程设计报告
1任务书
题
专
班
姓
目:
业:
级:
名:
指导教师:
盲人报时器的设计
电子信息专业
10信息本1
王高登
冯锁
电气工程系
2012年5月24日
课题名称
盲人报时器的设计
指导教师(职称)
冯锁(讲师)
执行时间
2011~2012学年第二学期第14周
学生姓名
学号
承担任务
王高登
1009121059
设计目的
1.熟悉掌握计数器的应用。
2.加深对加减循环计数和显示电路的理解。
设计要求
1.熟悉掌握计数器的应用。
具有时、分、秒计时功能(小时1~12),要求用数码管显示。
2.具有手动校时、校分功能。
3.设有报时、报分开关。
当按报时开关时,能以声响数目告诉盲人。
当按报分开关时,同样能以声响数目告诉目人,但母响一下代表十分钟(报时与报分的声响的频率应不同)。
4.画出电路原理图。
5.进行电路的仿真和调试。
盲人报时器的设计
本次《数字电子技术》课程设计的目的是设计一个盲人报时器。
盲人报时器是由控制电路,声响模块,时间模块,数码管组成。
通过对设计目的和要求的分析,振荡器电路由555定时器构成,提供给数字钟一个频率稳定准确的1kHz的脉冲,可以保证数字钟的准确走时及稳定性。
时间计数器电路用74LS160同步十进制计数器分别构成电路构成秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器以及时个位和时十位计数器电路构成。
译码驱动电路用74LS48来实现这个功能并且可以为数码管正常工作提供足够的工作电流。
数码管采用共阴极LED数码管。
本次设计采用TTL集成电路。
最后通过Multisim仿真软件对设计的盲人报时器进行验证。
关键词:
报时、振荡器、时间计数器
第一章
第二章
2.1
2.2
2.3
绪论
系统设计方案论证及分析原理
工作模块及功能
各单元模块设计和分析..2.3.1多谐振荡器电路
2.3.2计数器
2.3.3校时电路
2.3.4报时电路
2.3.5译码显示电路
工作过程
2.4
2.5总电路图的仿真结束语
参考文献
附录一
附录二
4...55555589..12...13...14
1516
1718
插图清单
图2-1图2-2图2-3图2-4图2-5图2-6图2-7图2-8图2-9图2-10图2-11图2-12
盲人报时器原理框图
555定时器构成多谐振荡器
74LS160管脚排列图
秒、分六十进制计数器
小时十二进制计数器
基本RS触发器
74LS192管脚排列图
报分电路
报时电路
74LS283引脚图
共阴极七段显示数码管..
74LS48引脚图
..5
..5
..6
..7
..8
..9
..9
.10
.11
11
12
12
表格清单
..7
..9
13
表2-174LS160功能表....
表2-274LS192功能表
表2-374LS48功能表....
第一章绪论
进入21世纪以来,人类的科学技术有了新的突破和发展,特别是近几年来,电子技术的飞速发展给人们带来了无限的便利和舒适,人类的传统生活方式也发生着翻天覆地的变化。
随着电子技术的不断发展,传统集成电路技术的缺点和局限性越发明显,其不稳定性、易干扰性等大大限制了该技术的应用,且有阻碍电子技术发展的趋势。
而后来兴起的数字电子电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。
本设计是设计的是盲人报时钟,它是一种简易盲人报时钟电路,主要是采用一些简单的电子元件即可,振荡器电路由555定时器构成,提供给数字钟一个频率稳定准确的1kHz的脉冲,可以保证数字钟的准确走时及稳定性;时间计数器电路用74LS160同步十进
制计数器分别构成电路构成秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器以及时个位和时十位计数器电路构成。
译码驱动电路用74LS48来实现这个功能并且可以为数码管正常工作提供足够的工作电流。
数码管采用共阴极LED数码管。
报时电路,可以通过摁下开关,设定,分别每十分钟,每小时报一次时,由与非门构成双稳态触发器,再做为校时电路。
通过本次设计能使我们对电子工艺的理论有了更进一步的系统了解。
一方面使我充分了解了数字电子在实际中的应用,各元器件的工作原理及过程,让我认识到自己对实践环节知识的缺乏,锻炼了我的实践能力,同时我也深深的感到自己还不能将所学的东西完全理解掌握,在动手方面的能力还有待提高;另一方面我接触到了Multisim仿真软件,它的仿真过程很强大,这也更好的培养了我关于数字电子方面的兴趣。
总而言之,这次课程设计我的收获很大,在今后的学习中我会脚踏实地,更好的将书本上的理论与实践相结合,努力充实和完善自己我们了解到了设计小电子产品的一些常规方法,以及培养了我们团队合作的能力,在讨论设计方案,计算元件,仿真方面都体会到了团队的力量。
第二章系统设计方案论证及分析
2-1所示
图2-1盲人报时器原理框图
2.1.原理
原理框图如图
2.2工作模块及功能
(1)控制模块:
利用晶体振荡电路控制脉冲信号,以保证时钟走时的准确及稳定。
(2)声响模块:
扬声器:
利用脉冲信号控制声响次数告诉盲人时间。
(3)时间模块:
利用脉冲信号控制计数器实现时分秒的调试,开始报时后将信号送给扫描电路。
(4)扫描电路:
扫描电路接受信号,与计数器同步工作。
(5)数码管:
连接数码管显示时间。
2.3各单元模块设计和分析
2.3.1多谐振荡器电路原理
多谐振荡器采用集成电路555定时器与RC组成,设产生振荡频率为fo=1OOOHZ,R3为可调电位器,微调R3可调出1000HZ的脉冲信号,如图2-2
lokn
91
Itn
Lri=i
uso
Jr-1IrO
ss
图2-2555定时器构成多谐振荡器
2.3.2计数器
(1)由74LS160构成秒、分的六十进制计数器的十位和个位
报时钟的—秒IL—信号产生电路都是由六十进制计数器构成,―e信号产生电路为十二进制计数器。
它们都可以用两个―四位二进制同步加法计数器来实现。
利用74LS160芯片的预置数功能,也可以构成不同进制的计数器,如图2-3表2-1实现。
U1
74LS160N
图2-374LS160管脚排列图
管脚图介绍:
时钟CLK和四个数据输入端A,B,C,D;
数据输出端QA~QD
清零~CLR
置数~LOAD
使能ENP,ENT
以及进位输出RCO.(RCO=Q0Q1Q2Q3ENT)
<74LS160功能表>
从74LS160功能表功能表中可以知道,当清零端CLR=-0IJ计数器输出QD、QC、QB、QA立即为全一0,这个时候为异步复位功能。
当CLR=-1且LOAD--0II时,在CLK信号上升沿作用后,74LS161输出端QD、QC、QB、QA的状态分别与并行数据输入端A,B,C,D的状态一样,为同步置数功能。
而只有当CLR-LOAD-ENP-EN--||、CLK
脉冲上升沿作用后,计数器加1o74LS160还有一个进位输出端RCO,其逻辑关系是RCO-Q0Q1Q2Q3ENT。
合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS160可以组成16
进制以下的任意进制分频器。
CLR
CLK
LOAD
ENP
ENT
D
C
B
A
QD
QC
QB
QA
0
①
①
①
①
①
①
①
①
0
0
0
0
1
0
①
①
d
c
b
a
d
c
b
a
1
T
1
0
①
①
①
①
①
QD
QC
QB
QA
1
T
1
①
0
①
①
①
①
QD
QC
QB
QA
1
1
1
1
①
①
①
①
状态码加1
表2-174LS160功能表
⑵秒与分个位计数器
74LS160被接成十进制计数器,其置数输入端A、B、C、D被接成低电平,-LOAD接高电平,ENP、ENT接CLK端控制进位。
计数器的输出端QA~QD接译码电路74LS48的输入端D~A。
当秒脉冲输入时,电路状态按二进制自然序列依次递增1,QA、QB、
QC、QD输出为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001,当输出为1010,也就是10时,QA,QC输出都为1,经过一个与门后一路经反相后送入或非门的一个输入端,输出送往计数器的清零端CLR使秒计数器清零,另一路经反相后作为进位脉冲送入秒十位计数器的脉冲输入端。
分计数器的连接方法与秒计数器的相同,分计数器向时计数器送进位脉冲。
秒、分的六十进制计数器的构成如图2-4所示。
C传送给高位进位脉冲
图2-4秒、分六十进制计数器
⑶由74LS160构成十二进制计数器
十二进制计数器由两个74LS160构成,个位是十进制,要求状态变化在0000-1001
间循环,十位是二进制,状态变化在0000-0010间循环,显示为0-12小时。
原理是由分计数器送来的进位脉冲送入十个位计数器,电路在分进位脉冲的作用下按
二进制自然序列递增1,当计数到12,这时小时个位输出0010(也就是2),小时十位输出0001(也就是1),小时十位计数器只有QC端有输出,小时个位计数器只有QB端由输出,将QB,QC端接入二输入与非门,与非门输出一路先送入十位计数器的清零端然后取反送入或非门的另一个输入端,输出接小时个位计数器的清零端,其每十小时清零并向小时十位计数器送进位脉冲,当十位输出为一,小时个位输出为二时,将整个电路清零。
两个74LS160构成小时的十二进制计数器框图,如图2-5所示
U3A
U4A
给高进位脉冲
接低位进位脉冲
图2-5小时十二进制计数器
2.3.3校时电路
当时钟显示不准确时,需要校准时间,校准时间的方法有很多,常有的有―快速校时
法llo由与非门构成双稳态触发器,可以将1HZ的出数进位信号I送至引数器的CP端II,
其工作过程为:
当接通校时开关时,与非门输出一个低电平和一个高电平。
―计数器进位
信号通过―校时CP端送至—计数器的CP端o是―计数器在—秒信号的控制下―快速计
数,当校时电路打到A时,秒计数器经过与非门,发出一个分计数脉冲,进行一次计数。
当校时电路打到B的分计时器CP时,开始进行校时,以达到准确的时间。
当校时电路打
到C时,开始进行准确的校时,当校时电路打到D时,时计数器可以接收到由分计数器
发出的脉冲信号。
但本设计要求有手动校时,因此要分别设定校分,校时开关,并用基本
的RS触发器设定相应的消抖电路,如图2-6所示。
U2了A
Td-OON
图2-6基本RS触发器
2.3.4报时电路
报时电路要求为人按动报时、报分电路开关时分别用不同的声响报告时间。
当按报时
开关时,能以声响次数告诉盲人;当按报分开关时,同样以声响次数告诉盲人,不同为每
响一次代表十分钟。
由于设计的报时报分具有实时性,所以器件方面选用74LS192的减法功能直接连接
产生的脉冲,用以驱动蜂鸣器,74LS192的逻辑引脚图如图2-7,表2-2所示
74LS192N
图2-7
74LS192为同步十进制可逆计数器,管脚图介绍:
UP为加计数端
DOWN为减计数端
-LOAD为置数端
~CO为非同步进位输出端
-BO为非同步借位输出端
A-D为四个数据输入端
QA-QD为四个数据输出端
CLR为清零端
74LS192管脚排列图
它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,
CLR
-LOAD
UP
DOWN
功能
H
X
X
X
置0
L
L
X
X
置1
表2-2
74LS192功能表
L
H
H
H
保持
L
H
上升沿触发
H
加法计数
L
H
H
上升沿触发
减法计数
H:
高电平
L:
低电平
X:
高低电平皆可
报分,报时电路如图2-8,图2-9所示
13
图2-8报分电路
图2-9报时电路
报时电路由74LS192连接74LS283组成,74LS283引脚如图2-10所示。
U6
74LS283N
图2-1074LS283引脚图
74LS283为4位二进制超前进位全加器,283可进行两个4位二进制数的加法运算,每位有和输出工1~2,进位由第四位得到C4。
其电源电压为7v。
引出端符号
A1-\4运算输入端
B1-B4运算输入端
C0进位输入端
艺1-工和输出端
C4进位输出端
2.3.5译码显示电路
电路由译码器集成电路74LS48,共阴极LED数码管构成。
计数器74LS161及74LS192输出的为四位二进制数,经译码电路译码输出端控制LED管显示十进制数0-9。
译码显示电路选用BCD-7段锁存译码。
七段显示数码管的外部引线排列如图2-11图
表2-3所示。
2-12,
图2-11共阴极七段显示数码管
U7
74LS48D
图2-1274LS48引脚图
表2-374LS48功能表
DECIMAL
OR
FUNCTION
LI
RBI
D
C
B
A
BI/RBO
a
b
c
d
e
g
f
NOT
E
0
H
H
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
1
1
H
X
L
L
L
H
H
L
H
H
L
L
L
L
1
2
H
X
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
3
H
X
L
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
4
H
X
L
H
L
L
H
L
H
H
L
L
H
H
5
H
X
L
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
H
6
H
X
L
H
H
L
H
L
L
H
H
H
H
H
7
H
X
1
H
H
H
H
H
H
H
1
1
1
1
8
H
X
H
1
1
1
H
H
H
H
H
H
H
H
9
H
X
H
L
L
H
H
H
H
H
L
L
H
H
10
H
X
H
1
H
1
H
1
1
1
H
H
1
H
11
H
X
H
1
H
H
H
1
1
H
H
1
1
HH
12
H
X
H
H
1
1
H
1
H
1
1
L
H
H
13
H
X
H
H
1
H
H
H
1
1
H
L
H
H
14
H
X
H
H
H
L
H
L
L
L
H
H
H
H
15
H
X
H
H
H
H
H
1
1
1
1
1
1
1
BI
X
X
X
X
X
X
L
1
1
1
1
L
1
L
2
RBI
H
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
3
LI
L
X
X
X
X
X
H
H
H
H
H
H
H
H
4
2.4工作过程
计数器由74LS160构成秒分的六十进制计数器的十位和个位,74LS160的CLK直接接脉冲发生器,QA~QD接74LS48译码器用来显示二进制自然序列,利用这个芯片的预置数功能构成12,60,60进制的时分秒计数器。
校时电路是由两个与非门构成的双稳态触发器,将1Hz的刊数器的进位信号I送至
引数器的CP端I电路设有四个开关分别进行校时、校分。
报时电路由74LS192的减法功能、74LS283和蜂鸣器直接接收秒脉冲组成,通过改变不同的频率报告不同的时间;译码显示电路由译码器74LS48连接共阴极LED数码管
构成,显示计数器输出的四位二进制数。
2.5总电路图的仿真(见附录二)
结束语
经过一周的努力,我们终于完成了电子课程设计——盲人报时钟。
对盲人报时钟的设计,我们了解了关于盲人报时钟的原理与设计理念。
通过这一周不断的查找资料的过程中让我们接触了许多可以完成一项功能的电路,而在选择中我们体会到了数字电子设计的灵活性与技巧性,它要求我们必须具备熟练的专业知识,同时让我们积累了很多实际操作经验,已初步掌握了数电的应用技术,以及数字电路的知识和有关器件的应用。
在此次的设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
也是我们深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。
经过这次课程设计,我们学到很多东西,如对word、画图等软件有了更进一步的了解,学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图,读电路图,这些都使我们受益匪浅。
我们想这些一定能够为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。
社会的不断发展,电子产品设计实践使我认识到我们现在所学的知识还远远不够,在实际操作应用中有些问题还不能解决,所以我们要在今后的学习中更加努力,学好自己的专业知识以充实自己,来适应日新月异的现代社会
参考文献
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大连理工大学出版社,2004:
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高等教育出版社,1997.
附录
各种元件列表
器件名称
数量
电阻
5
电容
2
四位二进制超前进位全加器74LS283
1
七段显示译码器74LS48
6
二进制加法计数器74LS160
6
十进制加法计数器74LS192
2
与门电路
2
与非门电路
5
七段显示数码管
6
或门电路
2
非门电路
4
555定时器
1
蜂鸣器
2
开关
4
附录二
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仿真的总电路图
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