數字邏輯課程設計(定時器)

精品文檔 1歡迎下載 一 一 內容摘要內容摘要 定時器的設計 設計一個 0 60 分鐘之內的定時器 定時開始的時候紅指示燈亮 結束的時候綠指示亮 可以隨意以分鐘為單位 在六十分鐘的范圍內設定定時時間 隨著定時的開始 顯示器 開始顯示時間 即依次顯示出 0 1 2 3 4 直到定時結束 當定時結束的時候進行手動 清零 首先設計一個秒脈沖發(fā)生器 一個計數電路 一個比較電路 然后對電路進行輸 出 當開始定時之前手動對要定時的時間進行預置數 然后運用秒脈沖發(fā)生器輸入脈沖 用計數器對脈沖的個數進行計數 把編碼器的數據與脈沖的個數通過數值比較器進行比 較 最后按照要求進行紅綠等輸出表示定時的狀態(tài)是正在進行定時 或者是已經定時結 束 在定時的過程中顯示定時的時間 二 方案的論證與選擇 二 方案的論證與選擇 方案 1 例如設計一個六十分鐘的定時器 就需要六十進制的分鐘計數器 設計秒脈沖 發(fā)生器 當計數器完成六十分鐘的記數時 就手動清零 需要設定其他的時間時 只需將計數器的進制改變一下就行 這個方案只適用于特定的定時器 設定的時間 不變 如果本課設用此方案 就需要設計從 1 60 進制的計數器 工程量太大 方案 2 設計一個定時器 可以在 0 60 分之間一分鐘為單位任意可調 定時開始的時 候紅燈亮 定時結束的時候綠燈亮 定時結束之后手動清零 滿足設計的要求 故本次課程設計中采用的是這種設計方案 三 總設計思想框圖 三 總設計思想框圖 精品文檔 2歡迎下載 編碼電路脈沖發(fā)生 計數電路 數值比較電路 指 示 燈 總體的完整電路圖 總體的完整電路圖 就是將各個單元電路用導線連接起來 然后進行仿真處理 開始進行定時的時 候紅指示燈亮 圖中所示的是定時為 16 分鐘的定時仿真結果 完整的電路圖 圖 1 精品文檔 3歡迎下載 U21 DCD HEX BLUE U22 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U23A 74S00D U24 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U25A 74S00D U26 DCD HEX BLUE V8 12 V U27A 74S04N U28A 74S04D 13 12 11 10 9 8 5 3 2 U1 DCD HEX BLUE U2 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U3A 74S00D U4 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U5A 74S00D U6 DCD HEX BLUE V2 12 V U7A 74S04N 0 15 14 6 4 0 26 U10 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 V1 5 V U11 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 U17 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 J2 J3 U18A 74LS08D U19A 74LS08D U20A 74LS08D 46 45 44 43 42 41 40 39 U12 DCD HEX BLUE U13 DCD HEX BLUE U14 74LS85D A2 13 B2 14 A1 12 B1 11 OAGTB 5 A0 10 B0 9 A3 15 B3 1 OAEQB 6 OALTB 7 AEQB 3 ALTB 2 AGTB 4 U15 74LS85D A2 13 B2 14 A1 12 B1 11 OAGTB 5 A0 10 B0 9 A3 15 B3 1 OAEQB 6 OALTB 7 AEQB 3 ALTB 2 AGTB 4 67 65 0 205657 59 60 61 1618 1719 22 232425 X1 2 5 V U16A 74S05D X3 2 5 V 66 J4 Key A 7 21 68 29 J1 27 28 30 31 32 33 34 36 37 38 47 48 49 50 35 0 58 51 VCC OUT U8 555 TIMER RATED GND DIS RST THR CON TRI V3 5 V C1 10nF C2 10nF R1 74k R2 35k U9 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U29 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U30 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 71 70 1 69 63 55 54 53 52 72 62 64 0 73 圖 2 四 單元電路的設計與參數的計算四 單元電路的設計與參數的計算 1 1 秒脈沖發(fā)生器的選擇 秒脈沖發(fā)生器的選擇 1 采用石英晶體的多諧振蕩器 在 RC 環(huán)形振蕩器電路中 接入 RC 可以獲得較小的 頻率 而且通過 RC 的調節(jié)可以調節(jié)頻率 用于對頻率穩(wěn)定性要求比較高的電路 但是 它抗干擾的能力比較差 小的干擾就會使周期發(fā)生很大的變化 而且電路比較復雜 精品文檔 4歡迎下載 不太容易掌握 所以本實驗不采取運用石英晶體的多諧振蕩器來產生秒脈沖 下面是 石英晶體產生的電路圖 電路圖的組成比較復雜 1 1 C Q C Q C Q C Q 1 1 2 2 14 14 15 15 FFFFFF FF 1 214 15 R CC 12 f ffff 1214 0 32768Hz16384Hz8192Hz2Hz1Hz 秒脈沖 T 觸發(fā)器 圖圖 3 3 2 利用脈沖整形的方法 根據大二上時學的模電的知識 設計一個正弦信號發(fā)生電 路 然后再利用整形電路對于輸出的正弦波進行整形 得到矩形波信號 可以利用施 密特觸發(fā)器對其進行整形 但是信號在傳輸的過程中容易發(fā)生畸變 施密特觸發(fā)器就 可以把在傳輸過程中發(fā)生畸變的信號進行整形 但是一般都是用于幅度的鑒別比較好 在這里我們就不選用這樣的整形電路 3 運用 555 定時器構成多諧振蕩器來構成秒脈沖的發(fā)生電路 555 定時器是一種用 途廣泛的數字 模擬混合中規(guī)模集成電路 它只要通過接少量的元件就可以構成多種觸 發(fā)器和多諧振蕩器 而且市面上的 555 器件比較多 價格比較便宜 84 3 6 2 1 5 555 UCC 7 uO R1 R2 uC 精品文檔 5歡迎下載 圖 4 因為直接用 555 振蕩器外接幾個元件直接產生的 1Hz 的頻率發(fā)生器產生的頻率產生的 矩形波的高電平不能激發(fā)下一個元件的正常工作 所以先產生 1kHz 頻率的矩形波 然 后運用分頻電路對長生的信號進行分頻 得到頻率為 1Hz 的矩形波 也就是秒脈沖信 號 定性分析 設uc 0 則uO 1 T 截至 電容充電 uc 按指數規(guī)律上升 當uc 2 Ucc 3 時 uO 0 T 導通 電容放電 uc 按指數規(guī)律下降 當uc Ucc 3 時 uO 1 T 截至 電容再次充電 但充電的初始值與前次不同 波形分析 t uO 0 uC t0 T1T2 CC 2 3U CC 1 3U 精品文檔 6歡迎下載 圖 5 計算振蕩周期 頻率 f 1 T 根據上面的分析且振蕩器需要發(fā)出的頻率為 1kHz 信號的發(fā)生器 先取電容為 0 01uF 根據上面的計算公式得到 R1 74 千歐 R2 35 千歐 利用分頻電路對產生的 1KHz 的信號進行分頻 最后由 U4 的 11 端輸出 1Hz 的頻率 U2 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U3 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 U4 74LS90N QA 12 QB 9 QD 11 QC 8 INB 1 R91 6 R92 7 R01 2 INA 14 R02 3 6 8 10 1 7 9 圖圖 6 6 2 2 6060 進制計數器電路的選擇進制計數器電路的選擇 1 采用異步加計數器 74LS193 是雙時鐘四位二進制可逆計數器 它的清零方式是 異步清零 高電平有效 其預置數是異步的 在異步計數器中 由于計數器的內部各 個觸發(fā)器的時鐘輸入是異步的 因此觸發(fā)器的各個狀態(tài)轉換時間是固定的 在惡劣的 情況下其傳播延遲的時間很多 所以本次課設沒有采取異步計數器 2 采用同步加計數器 74161 是四位二進制加計數器 它具有異步清零 同步預 置數等功能 在這次的課程設計中要實現的是 60 進制計數器 所以采用兩片 74161 來 完成加計數功能 而實現 60 進制計數功能又有多種選擇 乘數法 將 60 分解成 TTR2RCln20 7 R2RC 1212 12 T 精品文檔 7歡迎下載 6 10 用兩片 74161 分別組成六進制和十進制計數器 然后在級聯成 60 進制的計數器 反饋置數法 將兩片 74161 級聯成 16 16 256 進制計數器 然后運用反饋置數法構 成 60 進制的計數器 本次采用的是方法 乘數法 它的電路圖如下 U21 DCD HEX BLUE U22 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 V6 1000kHz 5 V U23A 74S00D U24 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U25A 74S00D U26 DCD HEX BLUE V8 12 V U27A 74S04N U28A 74S04D 13 12 10 9 8 5 3 2 1 U1 DCD HEX BLUE U2 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U3A 74S00D U4 74LS161N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U5A 74S00D U6 DCD HEX BLUE V2 12 V U7A 74S04N 0 15 14 6 4 0 26 1618 17 19 22 232425 J4 Key A 7 21 68 29 圖圖 7 7 3 3 編碼電路的選擇 編碼電路的選擇 在數字電路中用二進制代碼表示有關信號的過程稱之為二進制編碼 即建立輸入信息與 輸出二進制代碼之間的一一轉換的關系 在此次的課程設計中 需要定時的時間是 0 60 分鐘 之間 所以就需要對從 0 60 之間進行編碼 為了不發(fā)生混亂 此次設計中采用的是運用三片 74LS148 優(yōu)先編碼器分別對于要定時的時間的十位和個位進行編碼 因為十位的數字只是從 0 到 6 所以用一片 74LS148 就可以 而個位的輸出需要從 0 到 9 所以采用兩片 74LS148 進行級 聯 也可以采取 74LS147 本實驗中采用的是 74LS148 編碼電路的電路圖為下圖 8 精品文檔 8歡迎下載 U10 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 V1 5 V U11 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 U17 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 J2 J3 U18A 74LS08D U19A 74LS08D U20A 74LS08D 46 45 44 43 42 41 40 39 U12 DCD HEX BLUE U13 DCD HEX BLUE 2056 57 59 60 61 J1 27 28 30 31 32 33 34 36 37 38 47 48 49 50 35 0 58 圖 8 4 4 數值比較電路 數值比較電路 數值比較器就是對兩數 進行比較 以判斷其大小的邏輯電路 比較結果有 以及 三種情況 定時器有較多種類 這個定時器的設計要求用幾個一位或者兩位數值比較器級聯 也可以達到 但是考慮到操作的簡便性和價格因素 最終選擇的是級聯兩片集成數值 比較器 74LS85 來實現 下面詳細介紹它的功能 74LS85 是 位數值比較器 其功能表如下 精品文檔 9歡迎下載 表 1 此次的比較采用一片 74LS85 不夠用 所以采取兩片進行級聯的方式來實現比較功能 如下 所示 就是采取的將兩片四位比較器串聯成的八位比較器 對于輸入的數據進行比較 圖 9 五 元器件明細表 五 元器件明細表 序號名稱型號參數數量 1 多諧振蕩器 555 TIMER RATED1 個 2 數值比較器 74LS85D 2 個 3 計數器74LS16 個 4 數碼顯示器 DCD HEX BLUE 個 5 編碼器 74LS148D 3 個 6 邏輯與門 74LS08D 個 7 二輸入邏輯與非門 74LS01D 4 個 8 單輸入與非門 74S05D 4 個 9 電源5V 12V共 4 個 10 開關單刀 單排多刀開 關 共 3 個 精品文檔 10歡迎下載 12 燈泡普通紅 綠彩燈 2 個 13 導線普通導線若干 表 表 六 收獲與體會 六 收獲與體會 通過這次的數字技術基礎的課程設計 使我明白只有把知識運用到實踐中 才 能真正把握知識 另一方面 團隊合作能讓我們學到更多 首先 數字電子技術是一門深奧的學科 從課堂上我們學到的并非知識的全部 課程設計為我們提供了一次自我學習的機會 同時 通過課程設計 我和我的同組 人提高了動手能力 學會了將理論運用到實踐中的技巧 其次 通過這次的課程設計使我