数显、声响式定时器设计电子技术综合课程设计

1、 电子技术综合课程设 计 课 程： 电子技术综合课程设计 题 目： 数显声响定时器 所属院(系) 电气工程学院 专业班级 电气1303 姓 名 王晟华 学号 1309014023 指导老师 张志伟 2015年 6月 23日目录1. 任务书.12前言.23总体设计方案选择与论证.34单元电路与总电路设计4.1 5v电源.54.2 1hz信号源.6 4.3 倒计时与显示部分.74.4 复位电路.84.5 最后三秒声响部分.94.6 停止电路.114.7 总体电路.115.实验装调5.1软件介绍.135.2故障及其处理.19附1、总体电路图.20附2、元器件清单.21参考资料.241.任务书数显声响

2、定时器一、任务和要求设计并制作一个数显声响定时器，要求如下。1、 用压控陶瓷蜂鸣器作为电声元件，电路具有15秒定时功能。2、 用一个数码管即一个发光二极管表示时间计时，格式如下：初始时led及数码管均不亮，按开关键后数码管显示5同时二极管亮，然后开始倒计时计数。3、 具有最后三秒报时功能，要求响半秒、停半秒共三下。4、 电路应具有开关复位或手动复位功能。5、 自制一秒信号源及制作本电路所用的直流稳压电源，用ac220v供电。二、 提示和参考文献：数字电子技术实验任务书实验四数字电子技术实验任务书实验六直流电源参见参考资料p232前言 在我们的生活当中时常会见到这样一种电子设备他不但会倒计时，而

3、且还会发出声响来提醒你，其实这当中的重要部分就是数显、声响式定时器。在许多场合中都会见到它的身影，现在各种各样的倒计时牌随处可见，这些设备虽然在外形上各有特色，但究其功能都是实现倒计时以及在计时快停止时对人们的提示，所以对这些设备的研究与了解对我们来说还是非常有必要的，再加上它里面所涉及的内容绝大多数都和我们所学习的数字电路基础技术这门专业基础课有关，因此此次倒计时计数器设计对于我们来说是一个锻炼实际应用能力以及将理论与实践相结合的绝好机会。此次的课程设计主要针对我们在学习数字电子技术之后，如何将理论与实际应用结合起来进行综合设计以培养我们独立分析、思考与解决实际问题的能力以及如何将所学的课程

4、运用于实践中。3总体设计方案选择与论证3.1、 方案一如图3.1所示，信号直接由 555定时器产生（频率 1hz，占空比 0.5），由74ls192主控倒计数，jk触发器控制led和74ls192的复位，三态门控制计数停止。3.2、 方案二如图3.2所示，信号先由555定时器产生频率为10hz的矩形脉冲，再经过十分频，输出频率为1hz，占空比为0.5的矩形脉冲，由74ls192主控倒计数，jk触发器控制led和74ls192的复位，与门控制计数停止。3.3 对比选择 从准确角度来说方案二要优于方信号经过十分频，误差更小、占空比更准确，但单就任务书而言，方案一就足够了，并且案一，因为方案二时钟方

5、案一所使用的芯片少，简单、实用，因此我们选择方案一。4单元电路与总电路设计4.1 5v电源 任何电路都离不开电源部分，我们做的定时器也不例外，电源的好坏直接影响着电路能否正常工作。220v交流电经过变压器变为9v，在经过整流桥整流成直流电，然后采用三端稳压芯片7805稳压 ，右边两个电容是5伏电源的滤波电容。图4.1 5v电源工作原理图图4.2 5v直流电压源图4.3 5v直流电压源仿真结果4.2 1hz信号源 由于蜂鸣器在后三秒要响半秒停半秒，所以要由555产生周期为1秒、占空比为0.5的矩形脉冲，经计算此震荡电路占空比为0.5（波形），于是在电路中加入二极管，这样电容充、放电所经过的电阻一

6、样大，以达到充、放电的时间相同的效果，从而达到占空比为0.5的效果。555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，用它能方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活方便，所以它在波形的变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域得到广泛的应用。 cb555功能表如下：表4.1 cb555功能表图4.4 1hz信号源电路 1hz信号源方针波形图4.3 倒计时与显示部分 使用74ls192进行减法计数，清零端接低电平，置数端接复位信号，加法计数时钟接高电平，借位端接jk触发器的clk端。jk触发器的j、k、r端接高电平，当jk为高电平时，每当有时钟信号输入时，触发器的状态就

7、会发生翻转，当9到0发生借位时，jk触发器clk端得到一个下降沿，使当前状态翻转一次，即显示从5到0再从9到0，5到0时发光二极管亮，9到0时发光二极管灭。图4.6 倒计时与显示部分4.4 复位电路 选择带置数清零端的jk触发器进行复位，jk触发器的j、k、s端接高电平，当jk为高电平时，每当有时钟信号输入时，触发器的状态就会发生翻转，打开电源开关瞬间，jk触发器的rd端接低电平有效清零，待电容c1充电完成之后rd端变为高电平，清零无效，故保持原状态，上电复位完成；开关闭合一次， clk端得到一个下降沿，当前状态反转一次，使可以达到复位/计时效果。图4.7 复位信号电路4.5 最后三秒声响部分

8、 最后三秒信号对应的输出应为0011、0010、0001以及led灭，用或门、非门电路选出最后三秒信号，再与上占空比为1/2的时钟信号即可实现最后三秒响半秒、停半秒的报时功能。图4.8 最后三秒声响部分4.6 停止电路 使用或门加三态门电路实现计数的自动停止功能。当计时状态为：发光二极管灭且7段显示数码管显示为0时，通过或门，三态门控制端为低电平，三态门变为高阻态，74ls192的时钟信号停止，所以计数停止。图4.9停止电路4.7 整体电路如图所示，把所有的单元电路按照逻辑关联方式联系在一起，电路便可以从15开始倒计时，并且后三秒半秒响、半秒停，开机或开关可复位。192的借位端控制发光二极管在

9、192从5到0时发光，所以借位端接 jk触发器的clk端，使其每一次从0到9变化时，都有一次反转来控制二极管；蜂鸣器要求在后三秒半响半停，使用与门电路即可实现。 图4.10 整体电路5 .实验装调5.1软件介绍 ： multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与ni ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。是入选伯克利加大spice项目中为数不多的几款软件之一。multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及spice模拟。工程师们可以使用multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。multisim提炼了spice仿真的复杂内容，这样

10、工程师无需懂得深入的spice技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过multisim和虚拟仪器技术，pcb设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。eda（就是“electronicdesignautomation”的缩写）技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、pcb版图、单片机程序、机内结构、fpga的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到pcb钻孔图、自动贴片、

11、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。eda技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。eda已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国ni公司（美国国家仪器公司）的multisim9软件就是这方面很好的一个工具。而且multisim9计算机仿真与虚拟仪器技术（labew8）（也是美国ni公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的

12、仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。nimultisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的eda工具软件。作为windows下运行的个人桌面电子设计工具，nimultisim是一个完整的集成化设计环境。nimultisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。nimultisim软件绝

13、对是电子学教学的首选软件工具。简介通过直观的电路图捕捉环境，轻松设计电路通过交互式spice仿真，迅速了解电路行为借助高级电路分析，理解基本设计特征通过一个工具链，无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程，减少建模错误并缩短上市时间直观的捕捉和功能强大的仿真nimultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借nimultisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准spice模拟器模仿电路行为。借助专业的高级spice分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与nilabew和

14、signalexpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。一、multisim的主窗口界面。启动multisim2001后，将出现如图1所示的界面。界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。二、菜单栏菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对multisim的所有功能进行操作。三、工具栏multisim2001提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过view菜单中的选项方便地将

15、顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。顶层的工具栏有：standard工具栏、design工具栏、zoom工具栏，simulation工具栏。standard工具栏包含了常见的文件操作和编辑操作，如下图所示：design工具栏作为设计工具栏是multisim的核心工具栏，通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作，其中的按钮可以直接开关下层的工具栏：component中的multisimmaster工具栏，instrument工具栏。作为元器件（component）工具栏中的一项，可以在de

16、sign工具栏中通过按钮来开关multisimmaster工具栏。该工具栏有14个按钮，每个每一个按钮都对应一类元器件，其分类方式和multisim元器件数据库中的分类相对应，通过按钮上图标就可大致清楚该类元器件的类型。具体的内容可以从multisim的在线文档中获取。这个工具栏作为元器件的顶层工具栏，每一个按钮又可以开关下层的工具栏，下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。以第一个按钮为例。通过这个按钮可以开关电源和信号源类的sources工具栏如下图所示：instruments工具栏集中了multisim为用户提供的所有虚拟仪器仪表，用户可以通过按钮选择自己需要的仪器对电路进行观测。用

17、户可以通过zoom工具栏方便地调整所编辑电路的视图大小。simulation工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。不难看出菜单中有一些与大多数windows平台上的应用软件一致的功能选项，如file，edit，view，options，help。此外，还有一些eda软件专用的选项，如place，simulation，transfer以及tool等。第二节 multisim对元器件的管理eda软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该eda软件的质量和易用性。multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。multi

18、sim以库的形式管理元器件，通过菜单tools/databasemanagement打开databasemanagement（数据库管理）窗口（如下图所示），对元器件库进行管理。在databasemanagement窗口中的daltabase列表中有两个数据库：multisimmaster和user。其中multisimmaster库中存放的是软件为用户提供的元器件，user是为用户自建元器件准备的数据库。用户对multisimmaster数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中multisimmaster时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色，如下图所示。但用户可以通过这个对话窗口中

19、的buttonintoolbar显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。据此用户可以通过选择user数据库，进而对自建元器件进行编辑管理。在multisimmaster中有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到ultiboard中进行pcb的设计。另一种器件的参数值是该类器件的典型值，不与实际器件对应，用户可以根据需要改变器件模型的参数值，只能用于仿真，这类器件称为虚拟器件。它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。在元器件工具栏中

20、，虽然代表虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同，但虚拟器件的按钮有底色，而实际器件没有，如下图所示。从图中可以看到，相同类型的实际元器件和虚拟元器件的按钮并排排列，并非所有的是元器件都设有虚拟类的器件。在元器件类型列标中，虚拟元器件类的后缀标有virtual，如下图所示：第三节 输入并编辑电路输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来，为分析和仿真做准备。一、设置multisim的通用环境变量为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单option/preferences打开preferences对话窗口，如下图所示。通过该窗口的6

21、个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。以标签workspace为例，当选中该标签时，preferences对话框如下图所示：在这个对话窗口中有3个分项：show：可以设置是否显示网格，页边界以及标题框。sheetsize：设置电路图页面大小。zoomlevel：设置缩放比例。其余的标签选项在此不再详述。二、取用元器件取用元器件的方法有两种：从工具栏取用或从菜单取用。下面将以74ls00为例说明两种方法。从工具栏取用：design工具栏multisimmaster工具栏ttl工具栏74ls按钮从ttl工具栏中选择74ls按钮打开这类器件的comp

22、onentbrowser窗口，如下图所示。其中包含的字段有databasename（元器件数据库），componentfamily（元器件类型列表），componentnamelist（元器件名细表），manufacturenames（生产厂家），modellevel-id（模型层次）等内容。从菜单取用：通过place/placecomponent命令打开componentbrowser窗口。该窗口与上图一样。选中相应的元器件在componentfamilyname中选择74ls系列，在componentnamelist中选择74ls00。单击ok按钮就可以选中74ls00，出现如下备选窗口。

23、7400是四/二输入与非门，在窗口种的sectiona/b/c/d分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中，如左图所示。器件在电路图中显示的图形符号，用户可以在上面的componentbrowser中的symbol选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口中后，用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了，在此不再详述。三、将元器件连接成电路在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在multisim中连线的起点和终点不能悬空。235.2故障及其处理 在仿真软件中出了很多的问题，我用的软件是multisim,把所有的电路都连接好了,但是仿真不出来,我们不