数显声响倒计时电路设计报告

电子技术综合课程

设 计

     课    程：     电子技术综合课程设计    

     题    目：     数显 声响式倒计时电路     

     所属院(系)  物电学院 专业班级  电子1102班  

     姓    名     王轶超   学  号：**********

     指导老师          何  伟                

     完成地点        501实验室楼            

 2013年 09 月17 日

附录3 元器件清单…………………………………………………………………….… 20

前言

   在大三第一学期——2013年的九月份，迎来了我大学以来的第一次课程设计。

本次课程设计是针对数字逻辑电路、模拟电子技术及电路分析课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、组装。调试和编写总结报告等实践内容。

本次课程设计的目的旨在提高我们的动手实践能力，以及对所学知识的实际应用能力。

感谢校方给了我们这次宝贵的动手实践机会，通过这次课程设计，使我们对以前学过的知识有了更深层面上的理解。实践是检验真理的唯一标准，也是因为有了实践，才能体现得出我们所学知识的价值。这次设计主要锻炼了我们的实践动手能力以及解决简单电路问题的能力。希望学校今后还能多进行类似于课程设计的课程，这样有助于提高学生对所学知识的应用能力。

本次课程设计，我们小组的主要任务是设计并制作一个数显、声响式倒计时电路。

其主要要求如下：

1.电路具有10—99秒可预置定时功能。

2．有两个数码管显示计时时间，用一只LED指示计时开始与结束。按预置（开始）按钮，数码管显示定时时间，LED灯不亮；再按预置（开始）按钮，LED亮，倒计时开始。

3．倒计时结束时，计数器停止计数，LED灯不亮。

4．电路具有开机预置数功能。

5．电路具有最后三秒报时功能，要求响半秒停半秒，共三次。用压控陶瓷蜂鸣器作为电声元件。

6．自制本电路所用得直流电源和一秒信号源。

在整个课程设计过程中，遇到了很多的困难与疑惑，不过其间得到了老师的精心指导与同学的热情帮助，这些困难也随之迎刃而解。在这一过程中我深深体会到了学以致用的重要性以及同学之间团队精神的必要性。

1方案论证

1.1方案一

方案一实现框图如下：

图1 方案一框图

由555定时器产生频率为1HZ，周期1s，占空比50%的信号，由两个74LS192构成 10进制减法计数器，由JK触发器控制74LS192和发光二极管的工作状态，JK触发器具有置数和复位功能。两个74LS48译码器与两个共阴数码管来对计数器所记得数进行翻译和显示，其中数字的置数可以通过拨码开关来控制。由与非门电路连接的蜂鸣器构成声响模块。

1.2方案二

方案二实现框图如下图

图2 方案二框图

由555定时器产生频率为1HZ，占空比1/2的信号，由一个74LS190芯片构成 10进制计数器，由JK触发器控制190和发光二极管的工作状态，三态门控制停止电路和声控电路。

1.3方案确定

我们小组设计的是数显声响倒计时电路，这两种方案均能达到题目要求，都能实现二位十进制减法计数功能。但经查阅相关资料，经过小组组员的商榷，并联系我们学习过的数字电子技术基础的知识，由于方案一简单且节约器件，且74LS48、74LS192、74LS76等主要芯片应用较为广泛，具有充分的技术支持资料可供参考。74LS190芯片不具备清除功能，再加上方案一模块化较为清晰，届时实物连接的时候，方便查询系统漏洞，所以小组便选择了方案一为最终方案。

2理论设计

2.1数显、声响倒计时电路的设计思路

选用2个74LS192芯片，它是十进制加、减法计数器。并且在电路选用了555多谐振荡器，它的作用是产生一个1Hz的方波信号来作为秒脉冲，作为它的cp脉冲。选用2片计数器采用并行进位级联的方法构成2位计数状态。因为每个片子以及各种元件均需要一个5V的直流电源来驱动，故我们还需要用一个5V的变压器，整流桥与一个三端稳压器来设计一个电源。因为我们要的是以秒为单位的计数器，所以我们需要的是1Hz的cp信号，这个可以由555多谐振荡器来完成。555多谐振荡器的功能就是你可以调节它的电阻和电容来得到不同频率和不同占空比的脉冲信号。然后还需要两个74LS48译码器与两个共阴数码管来对计数器所记得数进行翻译和显示。当倒计时显示进行到03，02，01这三个数字得时候就报警，以蜂鸣器响声来表示；这个可以用一个四线与门来实现，四线与门的四个输入分别为十位计数器的进位信号，多谐振荡器的输出端，个位的高两位经过或非输出端与低两位经过或门输出端。然后四线与门的后面接蜂鸣器就可以完成报警功能。系统还能开机复位，包括计数器清零，从而达到课设题目要求。

2.2 电源电路的设计

电源电路原理图：

图4 5V电压源原理

整体电源设计原理为：220V、50HZ       电源变压器       整流电路 滤波电路         稳压电路          输出U0=5V

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，并联一个电容即得到电容滤波电路。              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。                                                                      电源电路如下图：

图5 电源电路

2.3信号源设计

利用555集成定时器，构成多谐振荡器用来产生1Hz、占空比50%的cp信号。

（1）555定时器引脚排列图：

    管脚功能如下；

    1号管脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2号管脚：低触发端。

3号管脚：输出端Vo

4号管脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5号管脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6号管脚：TH高触发端。

7号管脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8号管脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V

（2） 信号源模块电路图：

图6 555多谐振荡电路（右下角为输出方波信号）

（3）555定时器功能表：

（4）参数计算：

输出脉冲的占空比为q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2).为了得到占空比为50%的脉冲，可采用占空比可调的可调电路。电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只经过R1，放电电流只经过R2，因此电容充电时间变为T1=R1CLn2 而放电时间变为T2=R2CLn2，故输出脉冲占空比为q=R1/（R1+R2）取R1=R2则可得到占空比为50%的信号源。

实验参数：R1=68KΩ，R2＝68KΩ，C1= 10nF，C2=10uf,Vcc＝5.0 V。

振荡频率为：f=1/T=1/【(R1+2R2)CLn2】

改变振荡频率的方法：通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。

2.4复位电路设计

计数器的工作是由信号源与手动开关共同控制的。控制模块是由74LS76J—K触发器构成的 T触发器，它的特性方程是Q*=TQ’+ T’Q，它具有比较强的逻辑功能，具有置1、置0、计数和保持功能。通常在时钟后沿发生翻转。

（1）74LS76管脚图见附录。

（2）JK触发器功能如下：

图7 开机复位电路

2.5显示电路

显示电路图如下图所示：

图8 显示模块电路

（1）显示电路由两个共阴极数码管、两个74LS48译码器，以及拨码器所构成。电信号通过译码器的译码，传送至两个数码管，显示数字，而拨码器的作用就是一开始的指数功能。

（2）利用译码器将二——十进制（BCD）码转换成七段信号，在驱动器的作用下驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，推动发光数码管（LED）进行显示。

LED数码管电路图如下：

图8 七段显示数码管

    （3）显示部分所用译码器为74LS48，它是一个BCD七段译码启动器。 

利用译码器将二——十进制（BCD）码转换成七段信号，在驱动器的作用下驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，推动发光数码管（LED）进行显示。如图2-4-2 七段显示数码管。

74LS48译码器管脚图见附录。

74LS48的QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG为信号输入端,A,B,C,D为输出端。3,4,5管脚为公共端，芯片工作时需接高电平。

设计初期，由于本人疏忽，忽略了拨码器的使用，误将置数功能的实现以为成连不同的线来实现，后经老师悉心指导，改正了错误。从而完成了0到99任意数字的置数。

2.6减法电路

利用两片74LS192实现十进制计数功能。74LS192具有双时钟输入并具有清除和预置数功能。

（1）通过对两片192的级联便可实现0-99的置数倒计.接好芯片,加好电源,地,等.在输入端我们设置好初始值,再令置数端有效即可预设初值.两片芯片采用串行连接方式连接,将低位借位信号加在高位CP端即可. 

74LS92的管脚及功能如下(具体功能见附录)：74LS192的引脚排列及逻辑符号

（a）引脚排列               (b) 逻辑符号

（2）Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端其功能表如下：

图9 减法电路设计图

2.7 声响发生模块

据任务书要求，电路具有最后3秒报时功能。要求响半秒，停半秒共三下；这一功能的实现思路为：最后三秒响，那么就将最后三秒的信号取出；其半秒信号的报时可由信号源控制，因为信号源是一个占空比为50%的1HZ信号源，其波形中1秒的周期内有50%T即半秒的时间是高电平，那么高电平就可以驱动蜂鸣器报警；所以报警电路是由如上图所示的或门、非门、与门构成，依据上图所示,按从上往下的顺序依次连入输入端的是个位计数器的四个输出端口和74LS192减法计数器的借位输出和Q端（占空比为50%的1HZ信号源）,该六位最终经过或非门74LS192当其高位片为0。B0为借位信号会产生一高电平。而Q0-Q3均为底位片当03，02，01秒到来时，就会依课程要求最后3秒响半秒停半秒。

声响电路如下：

图10 声音发生模块电路

2.8整体电路图初稿

设计电路最简便快捷的方法就是把整体电路分为不同的小模块，一开始便以模块为单位进行调试，当每个模块都确保无误之后，再将每个模块连接在同一电路中，再进行调试，直至达到预期效果。本次课程设计，不论是仿真还是面包板的插接，均采用这种思想。

下图是将诸多模块拼接而成的初始电路图，基本功能均已实现，但未进行进一步修改，美观程度上欠佳，最终修缮完成的电路图请见附录1：

3 仿真调试及实验装调

3.1仿真调试

先进行各个模块电路图的连接，完成一个电路后先进行调试，调试完毕后再进行下一模块的安装与调试，这样连接比直接连整体电路调试容易得多。

装调步骤如下：

1、电源的制作与调试。

2、1秒信号源的连接与调试。

3、开机复位模块电路调试

4、译码显示模块的连接和调试。

5、报警电路的连接和调试。

在确保每个模块正确无误后再另外创建一个文件，将各个模块电路进行连接。再进行整体电路的调试。

3.2实验装调

（1）电源模块连接调试：

因为之前电子电工实习做过5V电源，但是因为时间较长，以前的电源恐不能正常工作，所以小组讨论最终决定，按照电路重新制作一电源，因为之前只做过类似电源，所以电源模块的制作还是相对顺利的。

（2）信号源模块连接调试：

按照设计好的信号源电路连接好电路，经过公式计算，两个电阻的组织应该在68ΩK左右，之后听从老师建议，选用了电位器来进行连接，在实际电路中，将型号为104的电位器阻值100K的电阻一分为二，然后在将两个电容并联，一个大小为10uf，另一个为3,3uf。由于4端口没有使用，为了排除干扰，接一个0,01uf电容用来排除干扰。电路中的两个二极管的作用就是在电路充放电过程中，为了减少干扰，使波形更加准确。

555定时器电路在本作品中起关键作用，定时器无法正常工作，减法器没有检测到输入的脉冲信号，显示的数字就无法变化。为了能够直观的观察定时器是否正常工作，在定时器的输出端连接一个发光二极管。当发光二极管一闪一灭的时候，就代表定时器正常工作能产生脉冲信号了。

（3）开机复位模块电路连接调试：

开机复位模块依旧是按照电路图进行连接，然后与其他模块进行连接，才能体现出其功能。

在连接复位模块的过程中，发现一个比较普遍的问题，按键开关有时会失效。经过分析，这可能和按键开关的接触是否正常有关系，而且还和按键开关的质量好坏有一定的关系。

（4）译码显示模块连接与调试：

数码管公共端接高电平，然后用电源的正极分别测试各个管脚。确定每个数码管都正常。加限流电阻，发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！发光二极管的工作电流选取在10-20ma，在将译码器和数显管连接好，给译码器输入端置数，看数码管的显示是否正确。注意：接线时电源线及地线颜色要区分开。

在两个74LS192芯片周围，导线数量非常多，所以在连接过程中，一定要耐心和细心，谨防出现错误。出现了错误也不必慌张，一定要耐心的检查错误，一条一条线路检查，避免疏漏。

（5）报警电路连接与调试：

报警电路可谓是我认为此课题中颇感困难的一个模块，在仿真图中，就是一个个门电路组成的报警模块，但是到了实际连线过程中，一个个门电路变成了一个个芯片，要完成对这些芯片的连接，必须要要对每个芯片的管脚以及内部结构有充分的认识，而且连接过程中一定要细致，稍有不慎，变回酿成大错。

在连接此模块电路的过程中，我们将打印好的管脚图放在一旁，变连接边对照管脚图，同时保证每个芯片的VCC接高电平，GND接低电平，秉承认真细心的原则，我们这个模块一次性的连接成功。

    最终，各个模块链接完成后，还是按照仿真的思想进行实物连接。插接面包板的过程中，又出现了各式各样的问题，诸多问题反映出了我们插接过程中布局的不可合理性，还好我们及时发现，并做出了相应措施，使得出现的问题更加容易查找，提高了我们小组完成作品的速率。

小结

    这次课程设计过后，感觉收获良多，自己对之前学过的数字电路、模拟电路的相关知识有了更深层次上的理解。而且之前知识对书本上的知识有所理解，而到了实际实用软件仿真的时候，显得有些不知所措，因为之前我们之间有很多人的确没有接触过仿真类的软件，或者是接触的比较少。面对陌生的软件，陌生的界面，我们小组内部共同协作，互帮互助，共同讨论，不同小组之间共享有关软件的资料，一起解决问题。在这个过程中，我们提升了许多，知道了许多。使用软件进行仿真没过多久，组员便对软件的常用功能和器件有所了解，推动了课程设计的进度。

    在插接面包板的过程中，更是感触颇深。看着简洁的仿真电路，再连接实际电路，发现那并没有那么容易。连接电路过程中深深地感受到仿真和实际竟然相差如此遥远。可以说，连接面包板的过程，是一段极其痛苦的过程，稍有不慎，便会错接电路而导致严重的后果。通过这次课设，不但锻炼了自己对专业软件的使用能力，也提高了在面包板插接电路的能力。

    说实话，本人自身很不擅长连接面包板，但是就因为不擅长，自己才会更加努力的去做，不擅长连接电路，并不会成为我退缩的理由！

    总之，不管学会的还是学不会的，的确觉得困难比较多，万事开头难，开始确实不知如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导与帮助。在设计过程中，我通过查阅有关资料，与同学交流经验和自学等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。感谢我的小伙伴们！在整个电路的设计中我懂得了许多东西，既培养了我工作的能力，也让我懂得了团队之间合作的重要性，一个人的力量再大，他也需要合作展现自己的价值，而与他人合作可以取其长补其短，在为了同一个目标共同努力的过程是最可贵的，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

希望今后制作东西的过程中，也能传承这次课设的精神，充分发挥此次课设的价值，认真提炼课设带给我们的精神，使得我们在电子这条路上，继续坚定不移的走下去！

附录1 总体电路图

附录2作品实物图：

附录3元器件清单

555定时器的引脚排列

555定时器的各个引脚功能如下：

1脚(VSS)：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚(VCC)：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。

3脚(Q)：输出端Vo

2脚（TR）：低触发端

6脚（TH）：TH高触发端

4脚（R）： 是直接清零端。当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚（CI）：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚（D）：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

74LS76管脚图

74LS192管脚图

附、74LS192各个引脚功能如下：

1 15、1、10、9管脚（P0-P3）：并行数据输入端

2 13管脚（TCD）′：借位输出端（低电平有效）

3 12管脚（TCu）′：进位输出端（低电平有效）

4 4管脚 CPD：减法计数时钟输入端（上升沿有效）

5 5管脚 CPU：加法计数时钟输入端（上升沿有效）

6 14管脚 MR：异步清零端

7 11管脚：(PL) ′:异步并行置入控制端（低电平有效）

8 3、2、6、7管脚（Q0-Q3）：输出端

异步清除：当MR=1时，无论有无CP，计数器立即清零，Q3~Q0均为0，称之为异步清除。

预置数：当PL’＝0时，Q3＝D3，Q2=D2，Q1＝D1，Q0=D0. 称之为预置数。本电路中需将MR端置0，PL’置1，CPU置1，CPD为上升沿时，则192执行减法计数功能。

74LS48管脚图

 CD4002管脚图：

74LS32管脚图：

74LS08管脚图：

参考文献：

    《数字电子技术基础》五版

《数字电子技术实验任务书》实验四及实验六

《电子技术基础》课程设计资料

何碧华.数字电子技术实验指导书.电工电子实验指导中心