基于中小规模集成芯片的声响数显倒计时电路设计

1、目 录摘 要1ABSTRACT1第一章 绪 论21.1研究背景21.2整体设计思路21.3整体设计方案3第二章 单元电路设计及原理32.1电源模块电路设计32.1.1直流稳压电源设计思路32.1.2直流稳压电源的设计原32.1.3电源部分电路图42.2脉冲信号源模块电路设计42.2.1 555功能表42.2.2 555定时器构成多谐振荡器的原理42.2.3 脉冲信号源部分电路图52.3倒计时模块电路设计52.3.1 74LS192功能表52.3.2两片74LS192级联构成减法计数原理62.3.3倒计时部分电路图62.4外部时序脉冲控制模块电路设计62.4.1 控制电路实现原理72.4.2 外

2、部时序脉冲控制部分电路图72.5显示电路模块设计82.5.1 74LS148功能表82.5.2 数字显示电路原理82.5.3 数字显示部分电路图92.6最后三秒报警模块电路设计102.6.1 最后三秒报警电路原理102.6.2 最后三秒报警部分电路图10第三章 安装与调测103.1电源模块电路的调测103.2 1秒脉冲信号源模块电路调测113.3倒计时模块电路的调测113.4译码显示模块电路的调测113.5最后三秒报警模块电路的调测11第四章 整体电路设计图及功能介绍114.1整体设计电路图114.2倒计时系统的功能介绍12附 录12结 论13致 谢14参考文献14基于中小规模集成芯片的声响数

3、显倒计时电路设计刘晓江计算机学院 通信工程专业 2008级 指导教师：赵兴强摘 要：本文介绍了一种利用拨码开关预置时间，利用74LS系列和555集成电路组成的倒计时计时器，该电路简单不需要编程，成本低廉，可用于一些需要分，秒倒计时的场合。关键词：74LS系列和555集成电路；拨码开关；倒计时电路Voice digital display countdown circuit design based on small scale integrated chipliuxiaojiangDepartment of Computer, Communication Engineering, Grade

4、2008. Instructor: ZhaoxingqiangAbstract: This paper describes the use of a dial switch the preset time, the use of 74LS series and the 555 integrated circuit consisting of a countdown timer, the circuit is simple and requires no programming, low cost, and can be used for some minutes, seconds countd

5、own occasion.Key words: 74LS series and the 555 integrated circuit; Dial switch; The countdown circuit第一章 绪 论1.1 研究背景随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域占有不可或缺的核心地位。在我国现代化建设的发展进程中，数字电子技术在国民经济和科学研究各个领域的应用也越来越广泛。而计时器恰恰是数字电子技术的一个重要组成部分，计时器是一个用来实现计数功能的时序部件，它不仅可以用来计脉冲个数，还常用来做数字系统的定时、分频，执行数字运算，以及其他特定的逻

6、辑功能等等。 计时器的种类很多。按构成计时器的各触发器是否使用同一个时钟脉冲源来分，可以分为同步计时器和异步计时器。根据计时制的不同，可以分为二进制、十进制和任意进制计时器。根据计时器的增减趋势，又可以分为加法、减法和可逆计时器。还有可预置数和可编程序功能计时器等等。目前，无论是TTL还是CMOS集成电路，多有品种较齐全的中规模集成计时器，使用者只要借助于期间手册提供的功能表和工作波形图及管脚图排列，就能正确地使用这些器件。1.2 整体设计思路 选用74LS192集成芯片，它是加、减十进制可逆计数器。通过两片74LS192的级联可实现0099的倒计时。选用555多谐振荡器，它的作用是产生一个1

7、Hz的方波信号来作为秒脉冲，从而为74LS192提供CP脉冲。整个系统需要一个5V的直流电源来驱动，故还需要用一个5V的变压器，整流桥与一个三端稳压器7805来设计一个电源。实现数显功能还需要两个74LS48译码器与两个共阴数码管来对计数器所记得数进行译码和显示。当倒计时显示进行到030201这三个数字的时候就开始蜂鸣。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。除此之外还可以用一个LED来指示倒计时的开始和结束。按预置数按钮，数码管显示预置时间，

8、此时LED灯不亮；再按预置按钮，此时LED开始亮，倒计时开始。倒计时结束时，计数器停止计数，LED灯熄灭。由于选用的计数芯片74LS192的置数端为低电平时开始置数,为高电平再加上CP脉冲时便可实现计数功能,因此可将全零信号求反后和置数端相与便可实现所需的功能.1.3 整体设计方案 5V电压源倒计时数字显示外部时序脉冲控制电路74LS192计数（倒计时）最后三秒蜂鸣报警1S脉冲信号源预置数拨码开关第二章 单元电路设计及原理2.1 电源模块电路设计由于整个数字电路系统必须工作在5V直流稳压的电源下，因此需要将220V的交流电压通过变压，整流，滤波，稳压变成5V的直流稳压电源从而驱动系统正常工作。

9、2.1.1 直流稳压电源设计思路1) 电网供电电压交流220V，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。2) 降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大。3) 幅度变化大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，幅度变化小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。4) 滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。2.1.2 直流稳压电源的设计原理220V、50HZ 电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 输出电压2.1.3 电源部分电路图直流稳压电路图如图2.1.3所示图2.1.3 直流稳压电

10、路图2.2 脉冲信号源模块电路设计利用555定时器构成多谐振荡器来产生脉冲为1Hz,其占空比为50%的CP信号.2.2.1 555功能表555真值功能表如表2.2.1表 2.2.1 555真值功能表0XX导通1>>导通1<2>不变不变1<2<截止2.2.2 555定时器构成多谐振荡器的原理555定时器组成的多谐振荡器，其中R1、R2和电容C为外接元件。设电容的初始电压时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容充电

11、，逐渐升高。当上升到时，输出由翻转为，这时，触发顺保持状态不变。所以0<t<期间，定时器输出为高电平。时刻，上升到，比较器的输出由变为，这时，触发器复0，定时器输出。期间，放电三极管导通，电容C通过放电。按指数规律下降，当时比较器输出由0变为1，R-S触发器的，Q的状态不变，的状态仍为低电平 时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R-S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变

12、为矩形波形式的电能。2.2.3 脉冲信号源部分电路图脉冲信号源电路图如图2.2.3所示图2.2.3 脉冲信号源电路图2.3 倒计时模块电路设计 由于74LS192为可预置的十进制同步加/减计数器。74LS192具有双时钟输入和清零预置数功能。故可以采用两片74LS192芯片级联可以实现99-00的倒计时计数。2.3.1 74LS192功能表74LS192功能真值表如表2.3.1表 2.3.1 74LS192真值功能表功能1XXX清零00XX置数011加法计数011减法计数2.3.2 两片74LS192级联构成减法计数原理异步清除：当CR=1时，无论有无CP，计数器立即清零，均为0，称之为异步清

13、除。预置数：当0时，。称之为预置数。本电路中需将CR端置0，置1，置1，为上升沿时，则192执行减法计数功能。根据功能表，当=1，CR=0 ，置1时若时钟脉冲加到端，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能；当加计数到9时，端发出下跳脉冲完成进位。若时钟信号加到端，且=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，端发出借位下跳脉冲。计数器完成并行置数。,在端的输入时钟作用下，计时器再次进入下一循环减计数。2.3.3 倒计时部分电路图倒计时模块电路如图2.3.3所示图2.3.3倒计时模块电路图2.4 外部时序脉冲控制模块电路设计 为了保证系统的设计要求 , 在设计控制电路时 , 应

14、正确处理各个信号之间的时序关系。从系统的设计要求可知 , 控制电路要完成以下四项功能 :1) 操作 “直接清零”开关时 , 要求计数器灭灯。2) 闭合 “启动” 开关时 , 计数器应通过拨码置数开关完成置数功能 ,断开“启动”开关时 , 计数器开始进行递减计数。3) 当 “暂停 / 连续”开关处于 “暂停”位置时 ,控制电路封锁时钟脉冲信号 CP , 计数器暂停计数，显示器上保持原来的数不变 ，“暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置时,计数器继续累计计数。2.4.1 控制电路实现原理 接 74LS192 的预置数控制端，当开关合上时，=0，74LS192 进行置数；当 断开时，=1，74LS

15、192 处于计数工作状态，从而实现开始计数功能的要求。 当定时时间未到时，74LS192的借位输出信号路，=1，则 CP 信号受 “暂停/连续”开关的控制。当处于“暂停” 位置时 ,门输出0,门关闭封锁 CP 信号,计数器暂停计数；当处于“连续”位置时,门输出 1,门打开,放行CP信号，计数器在 CP 作用下,继续累计计数。 当定时时间到时=0,门关闭,封锁CP信号,计数器保持零状态不变。从而实现了暂停/连续功能的要求。注意，是脉冲信号,只有在保持为低电平时,输出的低电平才能保持不变。 至于实现计数器灭灯功能的要求, 可通过控制 74LS192 的异步清零端CR 实现。2.4.2 外部时序脉冲

16、控制部分电路图外部时序脉冲控制电路如图2.4.2所示图2.4.2 外部时序控制电路2.5 显示电路模块设计此模块主要是由74LS48译码器和共阴极七段 LED显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器从预置数递减到零的计数显示功能。2.5.1 74LS148功能表74LS148功能真值表如表2.5.1所示表2.5.1 74LS148功能真值表十进制数或功能输 入BI/RBO输 出LTRBIDCBA1abcdefg01100001111111011X00011011000021X00101110110131X00111111100141X01001011001151X010

17、11101101161X01101001111171X01111111000081X10001111111191X100111110011101X101010001101111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111010001111151X111110000000BIXXXXXX00000000RBI10000000000000LT0XXXXX111111112.5.2 数字显示电路原理1) A、B、C、D是BCD码的输入端。2) a,b,c,d,e,f,g是输出端。3) 试灯输入端：低电平有效。当0时，数码管的七段应全亮，与输

18、入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏。4) 动态灭零输入端：低电平有效。当1、RBI0、且译码输入为0时该位输出不显示，即0字被熄灭；当译码输入不全为0时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效的0。5) 灭灯输入/动态灭零输出端：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输出。当作为输入使用，且0时，数码管七段全灭，与译码输入无关。当作为输出使用时，受控于和：当1且0时，0；其它情况下1。本端钮主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。2.5.3 数字显示部分电路图数字显示模块电路如图2.5.3所示图2.5.3 数字显示模块电路图2.6 最后三秒报警模块电路设计该部分电路的设计可以

19、使系统在最后3秒时具有报时功能，即响半秒、停半秒共响三下。2.6.1 最后三秒报警电路原理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1s信号源，其波形在1秒的周期内有半个周期的时间是高电平，那么高电平就可以驱动蜂鸣器报警。所以报时电路可由1个四线与门、1个二线与门、4个两线或非门以及1个非门组成。其中两个两线或非门的输入端一次接十位计数片的四个输出端子，再将这两个或非门的输出端接入一个两线与门的输入端口。另外个位片的Q3、Q2端接入一个双线或非门。再将个位片的Q1、Q0输出端接入最后一个双线或门，然后将其输出接入一个肺门进行求非。最后将三个门电路的输

20、出以及1s脉冲信号作为四线与门的输入端，然后与门的输出端连接1个蜂鸣器就可完成报时功能。2.6.2 最后三秒报警部分电路图最后三秒报警电路如图2.6.2所示图2.6.2 最后三秒报警电路图第三章 安装与调测3.1 电源模块电路的调测首先按照设计的单元电路连接好电路，然后接通220V的电源，用万用表的交流电压档测变压器的输出是否为9V。确认前面无误后，测整个电路的输出是否为直流+5V,此时应用万用表的直流电压档。3.2 1秒脉冲信号源模块电路调测按照设计好的信号源电路连接好电路。检查无误后接通+5V的电源。555的输出端接万用表，观察指针的摆动情况，如果摆动周期大约为一秒，且摆动幅度较大，则1秒

21、信号源接通无误，如果理论计算值与实际电路有差异，可以通过调节电位器来调节周期使之产生的是我们想要的频率。3.3 倒计时模块电路的调测计数器连接时先根据原理图将各管脚都按照管脚图连接好检查接线无误后接上电源对计数器部分进行检测。调试时是分别对个位和十位进行调试的。先利用实验室得信号发生器给个位得计数器一个脉冲然后通过给计数器的置数端置数观察能否正常做减法运算然后再检查十位，检查无误后将他们级联。观察两个计数器能否同时正常计数。3.4 译码显示模块电路的调测将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，否则通电后就把7段译码管烧坏了。发光二极管的工作电

22、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，在将译码器和数码显示管连接好，给译码器输入端置数，看数码管的显示是否正确。3.5 最后三秒报警模块电路的调测报警电路主要有各种门电路组成，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，并且停半秒响半秒。要让蜂鸣器响，必须是十位74LS192的输出全为0，即十位74LS192的端为0，个位的高两位全为0，低两位不全为0，才会报警。第四章 整体电路设计图及功能介绍4.1 整体设计电路图倒计时系统整体电路如图4.1所示图4.1 倒计时系统整体电路图4.2 倒计时系统的功能介绍1) 通过拨码开关可以预置倒计时的倒计时时间（00-99）。2) 在系统进行倒计时时可以通过开关控制系统暂停记时。3) 系统在暂停计时的时候可以通过开关继续计时。4) 系统计时时数字会自动显示在数码管上。5) 系统在最后三秒会开始响半秒停半秒的蜂鸣报警。附 录附录A：元器件清单表A1 系统所用元器件清单元器件数 量变压器 1个整流桥1个二极管   2个100uf电容、10uf电容、0.01uf、10nf电容若干单刀双掷开关1个555定时器   1个