.PAGE.電子技術綜合課程設計課程：電子技術綜合課程設計題目：數顯聲響式定時器所屬院(系)物電學院專業班級通信1204姓名蔡小煜學號：1213024106指導教師王婷教師完成地點博園樓C1015數電實驗室2011年09月19日目錄前言11方案論證21.1方案一21.2方案二21.3方案確定22理論設計22.1電源電路的設計32.2信號源的設計42.3減法電路的設計52.4顯示電路的設計62.5控制電路的設計72.6報警電路的設計82.7整體電路圖初稿93仿真調試及實驗裝調93.1仿真調試93.2實驗裝調11小結13附錄1整體電路圖14附圖1.整體電路圖14附錄2元器件清單14附錄3器件管腳與功能說明15..前言電子技術綜合課程設計是針對模擬電子技術，數字邏輯電路及電路分析課程的要求，對我們進展綜合性實踐訓練的實踐學習環節，它包括選擇課程、電子電路設計、組裝。調試和編寫總結報告等實踐容。通過課程設計實現以下四個目標:第一，培養學生團隊合作以及其迎難而上精神。第二，讓學生初步掌握電子線路的試驗、設計方法。即學生根據設計要求和性能參數，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調試等實踐活動，使電路到達性能指標；第三，培養勤于思考的習慣，同時通過設計并制作電子產類品，增強學生這方面的自信心及興趣；第四，課程設計為后續的畢業設計打好根底。畢業設計是系統的工程設計實踐，而課程設計的著眼點是讓學生開場從理論學習的軌道上逐漸引向實際運用，從已學過的定性分析、定量計算的方法，逐步掌握工程設計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法；本課程設計介紹的是數字邏輯電路中以TTL集成電路為根底的數顯，聲響倒計時器，以電路的根本理論為根底，著重介紹電路的設計裝調及性能參數的調試方法.本課程設計應到達如下根本要求：〔1〕綜合運用電子技術課程中所學的理論知識獨立完成一個數顯、聲響倒計時器的設計。〔2〕通過查閱手冊和參考文獻資料，培養尋找、分析和解決實際問題的能力。〔3〕熟悉常用電子元器件的類型和特性，并掌握合理選用的原那么。〔4〕掌握電子電路的安裝和調試技能。〔5〕熟悉的使用各類數字電子儀器。〔6〕學會撰寫課程設計論文。〔7〕培養嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。在整個設計過程中，在教師和同學們的幫助下，順利完成整個設計，同時在這一過程中我更加深切體會到了學以致用以及團隊精神的重要性。1方案論證1.1方案一方案一實現框圖如下：5V電壓源5V電壓源74LS190指示燈和蜂鳴器74LS147〔優先編碼器〕555多諧振蕩器7段顯示數碼管74LS48譯碼器1.2方案二方案二實現框圖如下：5V電壓源5V電壓源74LS192(倒計時局部)JK觸發器(復位開關)指示燈和蜂鳴器555多諧振蕩器7段顯示數碼管74LS48譯碼器1.3方案確定方案的選擇應該是基于電路簡單，器件本錢較少的。第一個方案用到優先編碼器74LS147，所以導致多用一個撥碼開關，用的是74LS190計數器，但是不用JK開關；第二個方案用的是74LS192計數器，然后加了一個JK觸發器。經過大家的討論，由于第一個方案整個電路相比照擬復雜，所以我們選用了第二種方案，第二個方案整個設計也比擬簡單易懂并且節約，同時滿足課設與指導教師所要求的條件。2理論設計總體思路：選用2個加、減十進制計數器74LS192，并且選用555多諧振蕩器，它的作用是產生一個1Hz的方波信號來作為秒脈沖，作為它的CP脈沖。又因為我們要選用2片計數器構成2位計數的狀態，固要采用計數器的級聯的方法，為了加快速度的運行，我們選用的是串行進位的級聯。因為每個模塊以及各種元件均需要一個5V的直流電源來驅動，故我們還需要用一個5V的變壓器，整流橋與一個三端穩壓器7805來設計一個電源。因為我們要的是以秒為單位的計數器，所以我們需要的是1Hz的cp信號，這個可以由555多諧振蕩器來完成。對于555多諧振蕩器，可以通過調節它的電阻和電容來得到不同頻率和不同占空比的脈沖信號。然后還需要兩個74LS48譯碼器與兩個共陰數碼管來對計數器所記得數進展翻譯和顯示。當倒計時顯示進展到03，02，01這三個數字得時候就報警，以蜂鳴器響聲來表示；這個可以用一個四線與門來實現，四線與門的四個輸入分別為十位計數器的進位信號，多諧振蕩器的輸出端，個位的高兩位經過或非輸出端與低兩位經過或門輸出端。然后四線與門的后面接蜂鳴器就可以完成報警功能。系統還能開機復位，包括計數器清零，從而到達課設題目要求。2.1電源電路的設計1〕電路原理圖設計圖2-1電源電路2〕元器件選擇及參數計算元器件：變壓器、整流橋、1000uF電容、4.7uF電容、2.2uF電容、7805穩壓器整體電源設計原理：220V、50HZ→9V變壓器→整流電路→濾波電路→穩壓電路→5V輸出。降壓電路：利用線圈比數，將電網220V交流電壓轉換成適宜的交流電源，再送給整流電路。學校提供的是220V轉成9V的線圈。整流電路：利用單向導電原件，將50HZ的正弦交流電轉成脈動的直流電點，為了使電路更簡便，采用了橋式整流。濾波電路：將整流電路輸出電壓中的交流成分，大局部濾除得到比擬平滑的直流電壓，需要用到C1、C2、C3電容值分別為1000uF、4.7uF、2.2uF的極性電容。穩壓電路：采用了集成7805三端穩壓器型穩壓器進展穩壓，為后面的所有電路提供了穩定的5V電壓。2.2信號源的設計1〕電路原理圖設計圖2-2信號源電路2〕元器件選擇及參數計算元器件：NE555芯片、二極管2個、68kΩ電阻2個、10kΩ電位器、10uF極性電容、103瓷片電容為了得到小于或者等于50%的占空比，所以信號源電路設計成用555定時器組成的占空比可調的多諧振蕩器。電路中接入了二極管和，電容的充電電流和放電電流流經不同的路徑，充電電流只流經，放電電流只流經，因此電容的充電時間為：〔2.2.1〕放電時間為：〔2.2.2〕故電路的振蕩周期為：〔2.2.3〕輸出脈沖的占空比為：〔2.2.4〕由于我們需要的是1Hz的cp信號，所以取、通過分析計算：==72.46kΩ，=10uF因==72.46kΩ，所以取兩只68K電阻與一個10kΩ的電位器串聯，即可得到圖2-2的設計結果。2.3減法電路的設計1〕電路原理圖設計圖2-3減法電路2〕元器件選擇及參數計算元器件：2個74LS192芯片〔管腳圖與功能附于附錄3〕74LS192是同步十進制加、減可逆計數器，具有雙時鐘輸入，并具有去除和預置數功能。異步去除：當MR=1時，無論有無CP，計數器立即清零，Q3～Q0均為0，稱之為異步去除。預置數：當＝0時，Q3＝D3，Q2=D2，Q1＝D1，Q0=D0.稱之為預置數。減法電路中將MR端置0，置1，置1，為上升沿時，那么74LS192執行減法計數功能。根據功能表當=1，MR=0，置1時假設時鐘脈沖加到端，那么計數器在預置數的根底上完成加計數功能；當加計數到9時，端發出下跳脈沖完成進位。假設時鐘信號加到端，且=1，那么計數器在預置數的根底上完成減計數功能。當減計數到0時，端發出借位下跳脈沖。計數器完成并行置數,在端的輸入時鐘作用下，計時器再次進入下一循環減計數。通過對兩片74LS192芯片采用串行連接的級聯方式，將地位借位信號加在高位的CP端，便可實現0～99的置數倒計。2.4顯示電路的設計1〕電路原理圖設計圖2-4顯示電路2〕元器件選擇及參數計算元器件：74LS48譯碼器2片、共陰數碼管2個電路顯示局部主要為數碼管和譯碼器。用74LS48的四個輸入端A、B、C、D分別接減法電路中74LS192的四個輸出，將BCD碼轉換成七段信號；七個輸出端a～g接共陽七段顯示器的對應端，驅動事加上適當大的上拉電阻。2.5控制電路的設計1〕電路原理圖設計圖2-5控制電路2〕元器件選擇及參數計算元器件：1個100nf的電容器、1個74LS107、1個壓按式開關計數器的工作由信號源與手動開關共同控制。方案設計中，控制模塊由JK觸發器74LS107構成,將J端與K端連接具有共同的輸入，形成T觸發器，它的特性方程為。按電路原理圖連接，端為低電平有效，所以一開場JK觸發器初態Q=0，而待電容C3充電完畢后又給一高電平，使其不再有效。其中的開關k是一個脈沖開關，按下開關后就對JK觸發器有一個信號，觸發器可保持這個信號，其輸出端連接計數器74LS192的預置數端，從而控制計數器的預置數功能，由信號源提供計數器的時鐘信號，當J、K連一起接高電平就可翻轉，當開關k閉合時，JK觸發器由初態Q=0翻轉為Q=1。控制電路還有另外一個功能，就是實現指示燈〔發光二極管〕的亮滅。指示燈本應該接在計數器的借位端，當高位發生借位，那么借位端發出低電平有效信號，這時指示燈應接低電平而熄滅，但是因為借位的發生過程太短，不利于觀察。所以就將借位信號與當高位計數器輸出0000狀態時，輸出高電平狀態端口，一同接到連接到74LS00〔與非門〕的輸入端，輸出端再與觸發器的輸出端Q，一同接到74LS08〔與門〕，由輸出端接指示燈。因此，計數器就可開場預置，在正常計數同時保證指示燈的亮滅。2.6報警電路的設計1〕電路原理圖設計圖2-6報警電路2〕元器件選擇及參數計算元器件：74LS02芯片、74LS04芯片、74LS08芯片、74LS21芯片、NPN型三極管、瓷蜂鳴器。根據任務書上面的要求后三秒倒計時有報警功能，那么就將最后三秒的信號取出，即計數器高位輸出0000，低位位輸出0011、0010、0001，由這三種狀態通過列真值表求出表達式，再根據表達式，用門電路表示，如上圖2-6所示，輸入端從上往下順序依次連入的是十位計數器的四個輸出端和個位計數器的高兩位，該六位最終經過或非門與個位計數器的低兩位或后相與。由于報警時，蜂鳴器要響半秒停半秒，所以上面相與之后的輸出端再跟信號源的輸出端相與控制控制蜂鳴器，信號源的高電平就可以驅動蜂鳴器報警。2.7整體電路圖初稿圖2-7整體電路圖初稿3仿真調試及實驗裝調3.1仿真調試為了更準確調試，我們采用單元電路試調法，分別對各個電路模塊進展調試。1〕電源電路的仿真調試在仿真中連接好的電源電路輸出端接一個電壓表，進展仿真，電壓表顯示5.01V，所以該電源電路沒什么大問題。2〕信號源電路的仿真調試在仿真中連接好的信號源電路輸出端接一個示波器，進展仿真，示波器顯示如圖3-2-1所示，其周期大約1.2s明顯誤差相對較大，但是元器件參數都是計算出來的。為了減小誤差，我們根據，在保持電容的值的條件下，不斷減小、的阻值，直到、取值為51K的時候，波形周期才1s左右，如圖3-2-1所示。圖3-2-1信號源示波器顯示〔一〕圖3-2-1信號源示波器顯示〔二〕3〕減法電路與顯示電路的仿真調試在前面兩個電路試調完后，再接上減法電路與顯示電路，接通之后發現數碼管能夠正常顯示倒計時。4〕控制電路與報警的仿真調試在之前的電路上再接上控制電路與報警電路，電路根本功能能實現，但是數碼管在顯示倒計時時，顯示00之后沒有停下來，原來是缺少停頓電路，思量后給電路添加了個與門，又因為兩個計數芯片是通過串行連接的級聯方式，輸出端給低位計數器的減計數脈沖輸入端，即可控制電路停頓。3.2實驗裝調1〕電源電路的實驗裝調由于大一電子電工實習做過直流5V電源，所以這個模塊做起來還是輕車熟路的，按照仿真設計的電路，將元器件插在面包板上連接好。將插頭與變壓器連接，接上200V，50HZ電源，用萬用表打在交流電壓檔測變壓器的輸出是否為9V，萬用表顯示8.97V，說明變壓器沒有問題；然后將變壓器輸出端的中間線接地，其余兩條分別接入整流橋的交流電輸入端；接著將萬用表打在直流電壓檔，測整個電路的輸出是否為直流+5V，萬用表顯示值為4.89V,所以電源電路的實驗裝調沒有問題。2〕信號源電路的實驗裝調之前仿真時候，、阻值取68K時，示波器顯示周期約1.2s，當、取值51K時，示波器顯示1s，不過在與指導教師交流之后，還是選擇使用了68K電阻。按照設計好的信號源電路連接好電路，并確認每個管腳接入準確無誤之后，接通+5V電源。然后在555芯片的輸出端引出一條導線，接在示波器上，調好示波器顯示后，發現周期果然接近1s，但是上下電平不均勻，必然是電位器沒有調好，所以開場調電位器，直到上下電平接近相等。3〕顯示電路的實驗裝調將譯碼器74LS48和數碼管連接好，為了防止數碼燒壞，所以每個數碼管加上了限流電阻，接入電源，再接地后，給譯碼器輸入端置數，看數碼管的顯示，發現數碼管并不能正常顯示，以為是數碼管有問題，跟旁邊的同學借了兩個數碼管試一下，問題還是一樣。在詢問了教師之后，換了兩個新的74LS48芯片，教師說芯片的3、4、5管腳都得接高電平，重新連接之后譯碼器能正常使用，數碼管也能正常顯示，所以這局部做好了。4〕減法電路的實驗裝調有大二下學期數電實驗課的根底，計數器的連接也是相比照擬簡單，為了更便于找出錯誤，我們分別對2個計數器74LS192進展調試。用實驗室里數電實驗箱的信號發生器，給計數器提供脈沖，再給置數端置數，通過數碼管顯示，觀察是否能正常做減數運算。一開場不能正常實現功能，以為線路連錯，檢查了一遍，再測試依舊不行，所以把問題放在了計數器上，換了另一個芯片測試，果然能正常做減數運算。用這樣的方式，找到另外一個功能正常的計數器，然后通過串行連接的級聯方式，再觀察其是否能夠正常兩位數倒計時，結果還是比擬順利。5〕控制電路的實驗裝調原本方案設計中使用的JK觸發器是74LS107芯片，但是領元器件的時候發現只有74LS112芯片，所以將控制電路模塊做了調整，重新設計了整個控制電路，按照新的設計圖連接完實物，然后在觸發器的輸出端接一個發光二極管串一個限流電阻接地，接通電源后，按下開關，能看到二極管亮了，再按一下二極管滅了，所以控制開關電路根本完成。6〕報警電路的實驗裝調報警電路主要有各種門電路組成，在減法電路和顯示電路的根底上，將所用到門電路先插在面包板上，根據方案中的報警電路，用導線將所有端口連接好，順便連好計數器的停頓電路，然后接上蜂鳴器，教師說該電路不用三極管，所以我們便沒接三級管。接完并檢查電路準確無誤之后，接通電源，預置數完畢，按下控制開關，等待蜂鳴器是否在后三秒發出半秒響半秒停的警報，顯然該電路也能正常工作。7〕指示燈與撥碼開關的實驗裝調整體電路根本連接好了，最后按照設計方案，接上了指示燈，與撥碼開關，一切工作完成后，就看整體電路是否能夠正常工作了。接通電源，撥碼開關可以正常置數，按下開關，指示燈亮了，整個電路也正常工作，所以整個實驗裝調算是完成了。整體電路圖見附錄1小結接到這個課題后，我們馬上展開討論，研究方案，然后分工合作。在小組里，我擔任電源電路、控制電路，指示燈電路的設計，由于個人在小組里面屬硬件方面比擬強的，所以還有擔任將所有單元電路連接到一塊的角色，想要將所有單元電路連接到一起，就必須了解所有的電路，說實話這工程不小，我花了一天半的時間將所有單元電路搞清楚后，開場對自己負責的單元電路進展設計。同學們下去后都認真去了解、設計自己負責的模塊，在第一周的第三天大家都完成了設計后，進展整體仿真電路的連接，可能大家下去后都有閱讀了大量的參考資料，所以各個模塊的設計都相當完美，整體仿真也比擬順利，出現的小問題都能很快解決。在仿真驗收完，元器件領取完之后，我們并沒有馬上開場裝調，俗話說"磨刀不誤砍材工〞，我們先將所用到的所有芯片，先在百度是找到他們管腳圖，并仔細了解，然后將每個芯片放在數電實驗箱上一個個測試好壞之后，才開場開工。兩個同學們負責檢測元器件的好壞，我負責電路連接，另一個同學負責電路測量是否導通。電路的連接可沒有像仿真那樣點點就行了，而是每個元器件都必須得仔細的安插，每個芯片管腳和導線都得用萬用表測量是導通，不然要是出現電路障礙時很難查出來的，由于接線可能會有點多，但我們還是認真仔細完成了。裝插電路完畢，并不代表總體都完成了，調試才是最重要的局部，電路出問題的時候，我們小組會換著輪流檢查電路，仔細分析問題所在，所以出現的問題很快都能迎刃而解。本次課程設計，是對之前所學知識的檢驗與延伸，提高同學們的實際操作能力。在做實驗這方面我一直有個很大的缺點，那就是不夠細心，有時候會插錯管腳，只有在同學們的合作配合下，才順利完成整個設計的裝調。通過本次課程設計，我認識到自己在理論知識層面還不夠充足，不得不重新學習數字電子技術的有關知識，當然我也更熟練了對Proteus的掌握，了解更多芯片的工作原理和工作方式。本次課程設計，對我們以后的學習路程做了很好的鋪墊，也為畢業設計打好根底，同學們都更深切認識到了學以致用的重要性。在此要感指導教師對我們的悉心指導與幫助。整個課程設計的過程中，我們小組成員們先通過查閱大量的有關資料，再交流討論，向教師請教，每個同學都學到了不少知識，做實驗總會遇到難題的，但是只要大家一起努力，細心分析，再加上請教教師，很多問題都能夠解決的。在整個設計中，我發現自己的缺乏，更加認識到了團隊精神的重要性，在以后的學習工作中會更加注重，再次感指導教師與小組同學的協力合作。附錄1整體電路圖附圖1.整體電路圖附錄2元器件清單元器件數量變壓器1個整流橋1個穩壓二極管4個1000uf電容〔1〕、10uf電容〔2〕、4.7uf電容(1)、100nf電容(1)、10uf電容〔2〕、2.2uf電容〔1〕、10nf電容〔1〕7805穩壓器1個555定時器1個電阻68k、10K、1K2個/4個/3個按鍵開關1個JK觸發器74LS1121個共陰數碼顯示管1個譯碼器74LS482個計數器74LS1922個撥碼開關DIPSW-81個或非門74LS021個非門74LS041個二輸入與門74LS081個四輸入與門74LS211個與非門74LS001個蜂鳴器1個發光二極管1個附錄3器件管腳與功能說明1.7805引腳排列：圖附3-17805穩壓管引腳圖2.555多諧振蕩器管腳與功能說明：1)管腳圖圖附3-2555多諧振蕩器管腳圖2〕555多諧振蕩器的各個引腳功能如下：1腳(VSS)：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。8腳(VCC)：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的圍是4.5～16V，CMOS型時基電路VCC的圍為3～18V，一般用5V。3腳(Q)：輸出端Vo2腳〔TR〕：低觸發端6腳〔TH〕：TH高觸發端4腳〔R〕：是直接清零端。當端接低電平，那么時基電路不工作，此時不管TH處于何電平，時基電路輸出為"0”5腳〔CI〕：VC為控制電壓端。