数字电子技术课程设计报告-数字显示计时报警器.docx

数字电子技术课程设计报告 题目：数字显示计时报警器 班 级： 姓 名： 指导老师： 组 号： 第六组 目录一、课程设计的目的1二、设计要求1三、方案设计与论证-1四、设计原理与原理框图 4.1设计原理-24.2原理框图-2五、数字显示计时报警器结构5.1 外部10s脉冲CP电路-25.2 D触发器构成的10秒显示灯35.3计时电路数码管显示-45.4改变报警时间电路-5六、电路板焊接-5七、实验遇到的问题及解决方案-5八、设计结果-6九、最后总结-6十、主要参考资料-6十一、附录 11. 1电路仿真图-611.2电路ADSCHDoc画图-7 11.3电路PCBDoc画图8 11.4实物图-9十二、操作步骤-10十三、元件清单-11一、课程设计的目的（1） 掌握数字计时显示的原理。（2） 掌握基本的逻辑门电路、译码器、触发器、计数器、555脉冲产生电路常用数字电路的综合设计方法。（3） 熟悉使用仿真软件Protues进行数字电路仿真设计的方法。二、设计要求（1） 演讲的时间可以设定（在6分钟以内包括6分钟）；（2） 在演讲的时间到达时刻有报警提示；（3） 用数码管显示演讲所用的时间；（4） 用LED灯模拟显示秒数（每过10秒亮一个灯）；（5） 可以时间清零，重复计时使用。三、方案设计与论证本设计为实现计数报警功能，首先可以用脉冲开关实现计数脉冲的产生；其次可以用74LS192计数器和74LS138译码器实现计数和数字的显示，最后用蜂鸣器实现报警，为了让LED灯持续亮10秒，可以用555定时器实现；总的来说电路有两部分组成，一部分是计数译码部分，另一部分是报警部分。使用 74LS192 多进制计数器，用 555 定时器自建时钟模块，使用 USB 供电，使用 PCB 制板。使电路驱动能力强，不必考虑输入脚悬空的问题，充分利用了模电、数电的知识，外观漂亮，供电方便。 我们设计的计时报警器，严格按照设计要求，具有整点报时，显示等功能；特别是，我们的调时开关，都加上了消抖电路，使用了模拟电路消抖，省去了一些数字芯片，这些都是我们组，区别于其他组的地方。四、设计原理与原理框图 4.1设计原理数字显示计时报警器基本工作原理：数字显示计时报警器实际上是一种根据频率进行计数的计数电路。（1） 有555芯片产生1HZ的脉冲。（2） 每10秒钟亮一个LED灯 是有74LS74芯片的D触发器构成的同步时序电路。（3） 数码管显示的部分由74LS192计数器根据信号计数并通过译码器CD4511连接数码管显示时间（分钟）。（4） 报警电路有数据选择器74LS138、蜂鸣器以及多个开关构成。图 Error! Main Document Only. 原理框图 4.2原理框图五、数字显示计时报警器结构 5.1外部10s脉冲CP电路此电路部分利用555芯片产生1HZ的时钟脉冲（方波），它是利用了电容的充放电特性以及555芯片的部分功能并且T=0.7（R2+2R1）C，所以可以产生较为准确的1HZ方波。产生方波之后利用74LS161芯片的分频特性，使用时，输入信号接CP脚，上升沿有效，清零端CR、两个使能端EP和ET、置数端PE(也称LD)都接高电平（电源），四个数据输入端和进位端TC全部空置；Q0Q3为分频输出。将Q0与Q3连接到与门的输入端利用与门的“有0出0，全1出1”的特性，将1HZ的时钟脉冲（方波）改变为周期为10秒的脉冲信号。电路图如下图所示：图 2 外部时钟脉冲控制器 5.2 D触发器构成的10秒显示灯用6个D触发器构成同步的时序电路，在每个D触发器的输出Q端接一个LED灯显示状态，接通电源后，改变开关状态，利用D触发器的置数端和清零端使6个触发器预置状态改变为100000。之后接入上一部分电路产生的周期为10秒的脉冲信号，这样每隔10s便只会亮一个LED灯，每来到一个脉冲就会点亮下一个LED灯。如此循环点亮LED灯便产生了循环周期为60s的时钟信号。状态转移图，如下图显示：图 Error! Main Document Only. 状态转移图电路图如下图所示： 图 4 秒表指示灯 5.3计时电路数码管显示由上一部分的电路产生循环周期为60s的时钟信号，当Q6再次由高电平变为低电平时，经过二输入的与非门构成的非门后给74LS192的DOWN计数端一个计数脉冲，计数器设计为从零开始计时。同时将74LS192的输出Q1Q4接到CD4511译码器的输入端，使数码管显示电路记录的分钟。并且接入数据选择器74LS138，使电路开始计数时LED灯8亮，提醒：此时电路已经开始计时。 电路图如下图所示：图 5 计时显示电路 5.4改变报警时间电路利用74LS138数据选择的电路信号分配的功能，通过改变开关的闭合状态来改变计时器报警的时间。电路图如下图所示：图 6 改变报警时间电路六、电路板焊接在焊接之前将电路板的整体在脑海中有个大概地排布，保证电路的整体布局完整，不会有元器件的漏焊；在排布元器件时尽量做到整齐，容易走线，跳线方便好看。尤其要注意每个芯片与电源的连接，不要在电路中出现虚焊或漏焊等现象。在焊接之前根据电路的功能将电路划分区域，方便检查问题。由于电路的元器件较多，若焊接完成后出现问题，便寻找是那一部分电路没有工作或工作不正常。由于焊接是在电路板的后面，所以对于管脚的焊接要仔细，不要让焊锡丝连带到其它的线路上，出现短路现象。七、 实验遇到的问题及解决方案问题1：在画电路的仿真图时，电路的时钟脉冲已经给了，但是电路一直停留在灰色电压上，不发生变化解决方法：电路的触发器一个画完再画另一个，不能一蹴而就。问题2：在AD中画图时几个芯片之间的连接太过于交替复杂，导致有些不该连接在一起的管脚连接在一起解决方法：使用标注的方法连接管脚，但是要注意标注时要仔细，不能弄混淆，分清什么应该接在一起，什么不能接在一起；问题3：在AD中画元器件封装时将管脚的铜片设置成了椭圆行，且铜孔较小，导致打孔是不方便，元件的封装大小与实际的相差较大，导致芯片无法正常连接解决方法：在网上查询需要画的元器件封装数据（元件为直插式），再根据所查的数值画元器件的封装，然后从新修改原理图；问题4：在焊接电路时由于电烙铁的的温度没有熟练的把握将电路中连线较密的地方连带焊锡，导致电路无法正常工作解决方法：用万用表检查电路，将电路中不正常的连线修正问题5：元器件芯片的好坏没有事先检查，盲目相信元器件一定是好的，导致电路没有正常工作，连带导致其他芯片的损坏解决方法：依次检查电路中芯片的好或坏，将损坏的芯片替换八、设计结果这次的电路总体来说是成功的，虽然在设计电路以及检查电路的过程中出现一些问题，但是好在通过反复的检查，测试，发现问题，并及时的解决电路中出现的问题，现在的电路出去CP脉冲波形的不稳定这个缺陷以外，最后这个数字显示计时报警器基本上已经成功完成。九、最后总结通过这次实验我对于数电知识有了更加深刻的理解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也在朝着目标一步步前进。在试验中，我也遇到了很多的挫折，但是我都咬着牙自己一步步的检查，解决问题，不放弃，心中想着：自己学习了这么久的数电知识，如果连这个电路都解决不了，想着依靠别人，那么以后遇到同样的问题又该怎么办呢？我不能一味的想着依靠别人的力量去完成电路。虽然在电路中我遇到了一些从没遇到过的问题，但是最后都一一得到解决。在此次的实验中，我总结了以下几点心得：1. 在准备设计电路之前要将芯片的功能了解清楚，使用的要求要注意，否则在后期的电路上改进会很困难。2. 电路大致模块确定了之后，便开始仿真设计，设计时多考虑已学的知识，要整体考虑，不能看一步，做一步。3. 在设计某些模块的时候要先保证小模块的功能可以实现，然后再将每个部分连接在一起，这样可以极大可能的确保电路的可行性。4. 在整个电路设计中都需要有较好的理论基础，因为在设计过程中使用了许多理论课上的内容。 在本次的实验中我将理论知识有重新巩固了一遍，并将其运用到了实践中，使自己的动手能力更加熟练了，理论知识也更加牢固了。十、参考文献1 华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编，邹寿彬，秦臻副主编. 数字电子技术基础. 第五版. 高等教育出版社，20052 武俊鹏，刘书勇，付小晶. 数字电路实验与实践教程. 清华大学出版社十一、附录 11.1 Protues仿真原理图 如下图所示图 7仿真电路图11.2 Altium Designer原理图如下图所示图 8原理图11.3 PCB文件图 9图 1011.4实物图12、 操作步骤1.打开开关，按下cp脉冲键，然后清零2. 有5个键可以选择，你想要定时的时间，即1，2,3,4,5分钟可供选择3. 每个led灯会亮10秒，以提示演讲人员，6个灯逐个亮之后，表示过了一分钟，数码管显示加14. 到达指定时间后，蜂鸣器会报