数字电路课程设计报告书范例

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1、课题名称课题名称 3030 秒倒计时器秒倒计时器姓姓 名名学学 号号系系 部部专专 业业指导教师指导教师20112011 年年 7 7 月月 8 8 日日 1一、设计任务及要求：一、设计任务及要求：设计任务：设计任务：设计一个 30S 倒计时的计时器要要 求：求：（1）电路具有显示 30 秒倒计时功能（2）电路具有显示 30 秒倒计时功能（3）采用两个数码管显示倒计时时间，使用 LED 指示倒计时开始与结束。按开始按钮，数码管显示 30s 定时时间，再按开始按钮，倒计时开始。计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯。（4）电路具有最后三秒报时功能指导教师签名： 20 年 月 0 日 二、指导教

2、师评语：二、指导教师评语：指导教师签名： 20 年 月 日 三、成绩三、成绩20 年 月 日 23030 秒倒计时器课程设计秒倒计时器课程设计摘摘 要要本次数字电子技术基础课程设计选题是 30 秒倒计时器的设计。主要原理是由晶体管振荡 器电路产生多谐震荡，经过分频器分频后输出稳定的秒脉冲，作为时间基准。倒计时器从 30 秒开始倒计时，并实现了零秒报警功能。倒计时器的输出经译码器送到显示器，可在相 应位置正确显示时间。计时出现误差或者调整时间时可以用校时电路进行时、分的调整。关键字： 74LS192、HD74LS48P、HD74LS08 芯片， NE555 芯片，共阴数码管 目录目录1 前言.4

3、2 设计目的53 设计思路53.1 方案论证 63.2 电路设计 73.2.1 脉冲发生电路83.2.2 显示电路93.2.3 控制电路与报警电路103.2.4 直流电源电路113.3 电路板的制作123.3.1 PCB 的制作133.3.2 PCB 电路图的打印、印板、泡板、孔打133.33 电路板的焊接134 系统调试与结果13.35 设计总结145.15.1 实验中遇到的问题及解决方法实验中遇到的问题及解决方法145.25.2 设计体会设计体会附录151 电路仿真图152 元件列表15参考文献164引言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节

4、，是真正锻炼学生能力的一个环节。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。本设计主要能完成：显示 30 秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0” ；计时器为 30 秒递减计时其计时间隔为 1 秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。 整个电路的设计借助于 Multisim 10.0.1 仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在 Multi

5、sim 10.0.1 下设计和进行仿真，得到了预期的结果。51 设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解 30S 倒计时计数器电路的组成及工作原理。（5）熟悉 30S 倒计时计数器的设计与制作。2 设计思路2.1（1）设计 30S 倒计时计数器电路。 （2）设计 3 秒报警电路。 （3）设计时序控制电路。 （4）直流电源电路。 2.2 数字抢答器总体方框图如图 2-1 所示其工作原理为：我们可以用 555 时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为 1Hz 的脉冲，即输出周期为 1 秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数

6、器 74LS192 的 CP 减计数脉冲端,再通过译码器 74LS48 把输入的 8421BCD 码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置6开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与 3S 报警等功能。3 设计过程 3.1 方案论证计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。按照课程设计任务书要求，需要计时 30s，因此该设计中需要用到两个十进制的减法计数器。我们可以用两片 74LS192 来实现这两个

7、计数器。针对计数电路提出了两种方案：（1） 方案一：采用整体置零法：如下图 1.1图 1.1（2） 方案二：采用整体置数法如下图 1.27图 1.2方案一采用的整体置零法可靠性差，而方案二则避免了方案一的缺点，故本设计采用方案二。74LS192 管脚图74LS192 具有下述功能： 异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。 （此功能可实现计数器的清零）异步置数：MR=0， =0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0 。PL8保持： MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态PL加计数：CR=0, =1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数PL减计数

8、：CR=0, =1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计PL3.2 电路设计电路设计3.2.1 脉冲发生电路脉冲发生电路用用 555 定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器用 555 定时器构成多谐振荡器电路如图 2.3(a)所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源 VCC通过 R1和 R2向电容器 C 充电,使 uC逐渐升高,升到 2VCC/3 时,uO跳变到低电平,放电端 D 导通,这时,电容器 C通过电阻 R2和 D 端放电,使 uC下降,降到 VCC/3 时,uO跳变到高电平,D 端截止,电源 VCC又通过 R1和 R2向电容器 C 充电

9、。如此循环,振荡不停, 电容器 C 在VCC/3 和 2VCC/3 之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图 2.3(b)所示。图 1.4 555 构成的振荡电路及即波形输出信号 uO的脉宽 tW1、tW2、周期 T 的计算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2CTtW1tW20.7(R12R2)CR1R2ucC+VCCuo0.01Ftuo0tw2tw1tuc0CCV32CCV31T（a ） 5555 555（b ）9为了能够得到实验所需要的 1Hz 脉冲信号，所以可以让 555 输出周期为 1KHz 的脉冲 信号，再经由分频器三分频，就可以得到 1Hz 脉冲信号。 如下图

10、所示，为由555构成的多谐振荡器电路，根据实验的要求需要获得KHZ的 时间信号，则令f=1kHZ，由上面的公式推算出：R1=2k， R2=5.1K，C1=100nF，RP 为10K微调电阻。就能得到KHZ的秒脉冲信号。 实验时其 3 管脚输出脉冲为 1KHz。图示 555 构成多谐振荡器 3.2.2 显示电路显示电路 由由 74LS48 芯片和七段数码管组成芯片和七段数码管组成。本次设计中我们用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称 LED 数码管或 LED 七段显示器。因为计算机输出的是 BCD 码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把

11、BCD 码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的 BCD 码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的 74LS48。七段显示译码器输出高电平有效，10用以驱动共阴极显示器。电路原理图如下图图 2.13.2.3 控制电路控制电路暂停、置数、清零控制电路暂停、置数、清零控制电路暂停：控制秒脉冲的输入来实现。 置数： 清零： 控制电路原理图如下：图 2.2 报警电路 任务要求在计时器倒计时到 3 秒时发出警报，因次我们可以将 192 的输出端按 照下图连接，当 192 的高位到低位输出 0000 0011 到

12、 0000 0000 时（即倒计时11到 3 秒时）用两个或非门和一个与门把倒计时到 30 输出端进行合理变化，发 光二极管即可发出报警。电路原理图如下：图 2.33.2.43.2.4 直流电源电路直流电源电路根据变压原理：我们要求将电压降为 12 伏电压，只要原副线圈比为44:220/12 即可实现变压。降压电路：交流电源输入 220V 的交流电压，一般情况下需要对交流电压进行处理，而降压电路往往采用变压器直接变压，输出 5V 交流电。整流电路：整流电路一般分为半波整流和全波整流。半波整流具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到相当广泛的应用，其中桥式整流最为常用，单相桥式整流

13、电路将变压器副边电压从交流变为直流电压。鉴于以上优点，本设计采用了桥式整流。滤波电路：在整流滤波电路的输出端（即负载电阻两端），并联一个电容即得到电容滤波电路。滤波电容容量较大，利用其充放电作用，使输出电压趋于平滑。其中 C3 起滤波作用，C5 的作用是改善电源的动态特性（即载负载电流突变时，可由 C5 提供较大的瞬时电流）采用大容量的铝解电容器。这种电容器的电感效应较大，对高次谐波的滤波效果较差，通常需要并联高频滤波电容器，其容量在 0.01 微法到 0.1 微法之间即可。稳压电路：我们采用了集成 7805 稳压器型稳压电路进行稳压，为后面的一切电路提供了稳定的电压。整体电源设计原理为：22

14、0V、50HZ 电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 输出 U0。电源部分电路图如下图 6-1 所示:12D1MDA25011243C1 1mFC2 4.7uFU1 LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEV1220 Vrms 50 Hz 0 C3 100uFT2NLT_PQ_4_1023456170图 2.43.33.3 电路板的制作电路板的制作电路总原理图电路总原理图当仿真正确了，就可以进行 PCB 板的制作了 3.313.31 PCBPCB 板的布局板的布局13PCB 板的布局关系到以后真正实物的美观与实用，所以其布线和元件摆放的位置就显得相当 的重要。为了减少布线的条数，及避免跳线，应尽量摆好元件的位置，使其与电路原理图中 各元件的相对位置一致。 3.323.32 PCBPCB 电路图的打印、印板、泡板、孔打。电路图的打印、印板、泡板、孔打。 PCB 板布好线之后就可以去专门的地方打印出电路图，再经过专门的机器把电路图印在铜板 上。印好板就可以把铜板浸泡在稀盐酸中，让其腐蚀出需要的电路。腐蚀好就可以在打孔机上 进行打孔。这里要特别小心，孔不能打歪了，不然以后放置元件会很麻烦。 3.333.33 电