基于中小規(guī)模集成芯片的聲響數顯倒計時電路設計

1、基于中小規(guī)模集成芯片的聲響數顯倒計時電路設計 導讀：就愛閱讀網友為您分享以下“基于中小規(guī)模集成芯片的聲響數顯倒計時電路設計”資訊，希望對您有所幫助，感謝您對的支持!目 錄摘 要 . 1ABSTRACT . 1第一章 緒 論. 21.1 研究背景 . . 21.2 整體設計思路 . 21.3 整體設計方案 . 3第二章 單元電路設計及原理 . 32.1電源模塊電路設計 . 32.1.1直流穩(wěn)壓電源設計思路 . 32.1.2直流穩(wěn)壓電源的設計原 . 32.1.3電源部分電路圖. 42.2脈沖信號源模塊電路設計 . 42.2.1 555功能表 . . 42.2.2 555定時器構成多諧振蕩器的原理

2、. 42.2.3 脈沖信號源部分電路圖 . 52.3倒計時模塊電路設計 . 52.3.1 74LS192功能表 . 52.3.2兩片74LS192級聯構成減法計數原理 . 62.3.3倒計時部分電路圖 . 62.4外部時序脈沖控制模塊電路設計 . 62.4.1 控制電路實現原理 . 72.4.2 外部時序脈沖控制部分電路圖. 72.5顯示電路模塊設計 . . 82.5.1 74LS148功能表 . 82.5.2 數字顯示電路原理 . 82.5.3 數字顯示部分電路圖 . . 92.6最后三秒報警模塊電路設計.102.6.1 最后三秒報警電路原理 .102.6.2 最后三秒報警部分電路圖 .10

3、第三章 安裝與調測 .103.1電源模塊電路的調測 .103.2 1秒脈沖信號源模塊電路調測 .113.3倒計時模塊電路的調測 .113.4譯碼顯示模塊電路的調測 .113.5最后三秒報警模塊電路的調測 .11第四章 整體電路設計圖及功能介紹.114.1整體設計電路圖 .114.2倒計時系統的功能介紹 .12附 錄 .12結 論 .14致 謝 .14參考文獻 .141 基于中小規(guī)模集成芯片的聲響數顯倒計時電路設計 劉曉江計算機學院 通信工程專業(yè) 2008級 指導教師：趙興強摘 要：本文介紹了一種利用撥碼開關預置時間，利用74LS 系列和555集成電路組成的倒計時計時器，該電路簡單不需要編程，成

4、本低廉，可用于一些需要分，秒倒計時的場合。關鍵詞：74LS 系列和555集成電路；撥碼開關；倒計時電路 V oice digital display countdown circuit design based on small scaleintegrated chip liuxiaojiangDepartment of Computer, Communication Engineering, Grade 2008. Instructor:ZhaoxingqiangAbstract: This paper describes the use of a dial switch the prese

5、t 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 countdown occasion.Key words: 74LS series and the 555 integrated circuit; Dial switch; The countdown c

6、ircuit2 第一章 緒 論 1.1 研究背景隨著社會文明的進步和科學技術的發(fā)展，先進的電子技術在各個近代學科門類和技術領域占有不可或缺的核心地位。在我國現代化建設的發(fā)展進程中，數字電子技術在國民經濟和科學研究各個領域的應用也越來越廣泛。而計時器恰恰是數字電子技術的一個重要組成部分，計時器是一個用來實現計數功能的時序部件，它不僅可以用來計脈沖個數，還常用來做數字系統的定時、分頻，執(zhí)行數字運算，以及其他特定的邏輯功能等等。計時器的種類很多。按構成計時器的各觸發(fā)器是否使用同一個時鐘脈沖源來分，可以分為同步計時器和異步計時器。根據計時制的不同，可以分為二進制、十進制和任意進制計時器。根據計時器的增

7、減趨勢，又可以分為加法、減法和可逆計時器。還有可預置數和可編程序功能計時器等等。目前，無論是TTL 還是CMOS 集成電路，多有品種較齊全的中規(guī)模集成計時器，使用者只要借助于期間手冊提供的功能表和工作波形圖及管腳圖排列，就能正確地使用這些器件。1.2 整體設計思路選用74LS192集成芯片，它是加、減十進制可逆計數器。通過兩片74LS192的級聯可實現0099的倒計時。選用555多諧振蕩器，它的作用是產生一個1Hz 的方波信號來作為秒脈沖，從而為74LS192提供CP 脈沖。整個系統需要一個5V 的直流電源來驅動，故還需要用一個5V 的變壓器，整流橋與一個三端穩(wěn)壓器7805來設計一個電源。實現

8、數顯功能還需要兩個74LS48譯碼器與兩個共陰數碼管來對計數器所記得數進行譯碼和顯示。當倒計時顯示進行到030201這三個數字的時候就開始蜂鳴。這個可以用一個四線與門來實現，四線與門的四個輸入分別為十位計數器的進位信號，多諧振蕩器的輸出端，個位的高兩位經過或非輸出端與低兩位經過或門輸出端。然后四線與門的后面接蜂鳴器就可以完成報警功能。除此之外還可以用一個LED 來指示倒計時的開始和結束。按預置數按鈕，數碼管顯示預置時間，此時LED 燈不亮；再按預置按鈕，此時LED 開始亮，倒計時開始。倒計時結束時，計數器停止計數，LED 燈熄滅。由于選用的計數芯片74LS192的置數端LD 為低電平時開始置數

9、, 為高電平再加上CP 脈沖時便可實現計數功能, 因此可將全零信號求反后和置數端相與便可實現所需的功能. 3 1.3 整體設計方案 第二章 單元電路設計及原理 2.1 電源模塊電路設計由于整個數字電路系統必須工作在5V 直流穩(wěn)壓的電源下，因此需要將220V 的交流電壓通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓變成5V 的直流穩(wěn)壓電源從而驅動系統正常工作。2.1.1 直流穩(wěn)壓電源設計思路1) 電網供電電壓交流220V ，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需要交流電壓。2) 降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大。3) 幅度變化大的直流電壓須經過濾波電路變成平滑，

10、幅度變化小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。4) 濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載RL 。2.1.2 直流穩(wěn)壓電源的設計原理220V 、50HZ電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路輸出電壓0U 42.1.3 電源部分電路圖直流穩(wěn)壓電路圖如圖2.1.3所示 圖2.1.3 直流穩(wěn)壓電路圖 2.2 脈沖信號源模塊電路設計利用555定時器構成多諧振蕩器來產生脈沖為1Hz, 其占空比為50%的CP 信號.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 2.2.2 555定時器構成多諧振蕩器的原理55

11、5定時器組成的多諧振蕩器，其中R 1、R 2和電容C 為外接元件。 設電容的初始電壓0C U =，t=0時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端130TH TL CC V V V =，比較器1輸出為高電平，輸出為低電平，即_1D R =，_0D S =（1表示高電位，0表示低電位），R S -觸發(fā)器置，定時器輸出01u =此時_0Q =，定時器內部放電三極管截止，電源cc V 經1R ，2R 向電容充電，c u 逐漸升高。當c u 上升到13cc V 時，2A 輸出由翻轉為，這時_1D D R S =，R S-觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0t1t 期間，定時器輸出0u 為高電平。1t t

12、 =時刻，c u 上升到23cc V ，比較器1A 的輸出由變?yōu)?，這時_ D R =，_1D S =，R S-觸發(fā)器復0，定時器輸出00u =。12t t t 期間，_1Q =，放電三極管導通，電容C 通過2R 放電。c u 按指數5 規(guī)律下降，當c u 23cc V 時比較器1A 輸出由0變?yōu)?，R-S 觸發(fā)器的_D R =_1D S =，Q 的狀態(tài)不變，0u 的狀態(tài)仍為低電平2t t =時刻，c u 下降到13cc V ，比較器2A 輸出由1變?yōu)?，R-S 觸發(fā)器的_D R =1，_D S =0，觸發(fā)器處于1，定時器輸出01u =。此時電源再次向電容C 放電，重復上述過程。通過上述分析可知

13、，電容充電時，定時器輸出01u =，電容放電時，0u =0，電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波，其實質是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋?2.2.3 脈沖信號源部分電路圖脈沖信號源電路圖如圖2.2.3所示 圖2.2.3 脈沖信號源電路圖 2.3 倒計時模塊電路設計由于74LS192為可預置的十進制同步加/減計數器。74LS192具有雙時鐘輸入和清零預置數功能。故可以采用兩片74LS192芯片級聯可以實現99-00的倒計時計數。2.3.1 74LS192功能表74LS192功能真值表如表2.3.1 6表 2.3.1 74LS192真值功能表

14、 2.3.2 兩片74LS192級聯構成減法計數原理異步清除：當CR=1時，無論有無CP ，計數器立即清零，30Q Q 均為0，稱之為異步清除。預置數：當LD 0時，32103210, , , Q Q Q Q D D D D =。稱之為預置數。本電路中需將CR 端置0，LD 置1，U CP 置1，D CP 為上升沿時，則192執(zhí)行減法計數功能。根據功能表，當LD =1，CR=0 ，D CP 置1時若時鐘脈沖加到U CP 端，則計數器在預置數的基礎上完成加計數功能；當加計數到9時，CO 端發(fā)出下跳脈沖完成進位。若時鐘信號加到D CP 端，且U CP =1，則計數器在預置數的基礎上完成減計數功能，

15、當減計數到0時，BO 端發(fā)出借位下跳脈沖。計數器完成并行置數。, 在D CP 端的輸入時鐘作用下，計時器再次進入下一循環(huán)減計數。 2.3.3 倒計時部分電路圖倒計時模塊電路如圖2.3.3所示CP 圖2.3.3倒計時模塊電路圖 2.4 外部時序脈沖控制模塊電路設計為了保證系統的設計要求 , 在設計控制電路時 , 應正確處理各個信號之間7 的時序關系。從系統的設計要求可知 , 控制電路要完成以下四項功能 :1) 操作 “直接清零”開關時 , 要求計數器滅燈。2) 閉合 “啟動” 開關時 , 計數器應通過撥碼置數開關完成置數功能 ,斷開“啟動”開關時 , 計數器開始進行遞減計數。3) 當 “暫停 /

16、 連續(xù)”開關處于 “暫?！蔽恢脮r ,控制電路封鎖時鐘脈沖信號 CP , 計數器暫停計數，顯示器上保持原來的數不變 ，“暫停 / 連續(xù)” 開關處于“連續(xù)”位置時, 計數器繼續(xù)累計計數。2.4.1 控制電路實現原理 LD 接 74LS192 的預置數控制端，當開關1S 合上時，LD =0，74LS192 進行置數；當 1S 斷開時，LD =1，74LS192 處于計數工作狀態(tài)，從而實現開始計數功能的要求。當定時時間未到時，74LS192的借位輸出信號路，2BO =1，則 CP 信號受 “暫停/連續(xù)”開關2S 的控制。當2S 處于“暫?！?位置時 ,門3G 輸出0, 門2G 關閉封鎖 CP 信號,

17、計數器暫停計數；當2S 處于“連續(xù)”位置時, 門3G 輸出 1,門2G 打開, 放行CP 信號，計數器在 CP 作用下, 繼續(xù)累計計數。當定時時間到時2BO =0,門2G 關閉, 封鎖CP 信號, 計數器保持零狀態(tài)不變。從而實現了暫停/連續(xù)功能的要求。注意，2BO 是脈沖信號, 只有在D CP 保持為低電平時, 2BO 輸出的低電平才能保持不變。至于實現計數器滅燈功能的要求, 可通過控制 74LS192 的異步清零端CR 實現。2.4.2 外部時序脈沖控制部分電路圖外部時序脈沖控制電路如圖2.4.2所示 圖2.4.2 外部時序控制電路 82.5 顯示電路模塊設計此模塊主要是由74LS48譯碼器

18、和共陰極七段 LED顯示器組成，通過計數器加到譯碼器，從而實現共陰極七段LED 顯示器從預置數遞減到零的計數顯示功能。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2.5.2 數字顯示電路原理1) A 、B 、C 、D 是BCD 碼的輸入端。 2) a,b,c,d,e,f,g 是輸出端。3) 試燈輸入端LT ：低電平有效。當LT 0時，數碼管的七段應全亮，與輸入 9的譯碼信號無關。本輸入端用于測試數碼管的好壞。4) 動態(tài)滅零輸入端RBI ：低電平有效。當LT 1、RBI RBI 0、且譯碼輸入為0時該位輸出不顯示，即0字被熄滅；

19、當譯碼輸入不全為0時，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無效的0。5) 滅燈輸入/動態(tài)滅零輸出端RBO ：這是一個特殊的端鈕，有時用作輸入，有時用作輸出。當RBO 作為輸入使用，且RBO 0時，數碼管七段全滅，與譯碼輸入無關。當B I R B O 作為輸出使用時，受控于LT 和RBI ：當LT 1且RBI 0時，RBO 0；其它情況下RBO 1。本端鈕主要用于顯示多位數字時，多個譯碼器之間的連接。 2.5.3 數字顯示部分電路圖數字顯示模塊電路如圖2.5.3所示5V5V 圖2.5.3 數字顯示模塊電路圖 10 2.6 最后三秒報警模塊電路設計該部分電路的設計可以使系統在最后3秒時具有報時功能，即響

20、半秒、停半秒共響三下。2.6.1 最后三秒報警電路原理將最后三秒的信號取出；其半秒信號的報時可由信號源控制，因為信號源是一個占空比為50%的1s 信號源，其波形在1秒的周期內有半個周期的時間是高電平，那么高電平就可以驅動蜂鳴器報警。所以報時電路可由1個四線與門、1個二線與門、4個兩線或非門以及1個非門組成。其中兩個兩線或非門的輸入端一次接十位計數片的四個輸出端子，再將這兩個或非門的輸出端接入一個兩線與門的輸入端口。另外個位片的Q3、Q2端接入一個雙線或非門。再將個位片的Q1、Q0輸出端接入最后一個雙線或門，然后將其輸出接入一個肺門進行求非。最后將三個門電路的輸出以及1s 脈沖信號作為四線與門的

21、輸入端，然后與門的輸出端連接1個蜂鳴器就可完成報時功能。2.6.2 最后三秒報警部分電路圖最后三秒報警電路如圖2.6.2所示 圖2.6.2 最后三秒報警電路圖 第三章 安裝與調測 3.1 電源模塊電路的調測首先按照設計的單元電路連接好電路，然后接通220V 的電源，用萬用表的交流電壓檔測變壓器的輸出是否為9V 。確認前面無誤后，測整個電路的輸出是11 否為直流+5V,此時應用萬用表的直流電壓檔。3.2 1秒脈沖信號源模塊電路調測按照設計好的信號源電路連接好電路。檢查無誤后接通+5V的電源。555的輸出端接萬用表，觀察指針的擺動情況，如果擺動周期大約為一秒，且擺動幅度較大，則1秒信號源接通無誤，

22、如果理論計算值與實際電路有差異，可以通過調節(jié)電位器來調節(jié)周期使之產生的是我們想要的頻率。3.3 倒計時模塊電路的調測計數器連接時先根據原理圖將各管腳都按照管腳圖連接好檢查接線無誤后接上電源對計數器部分進行檢測。調試時是分別對個位和十位進行調試的。先利用實驗室得信號發(fā)生器給個位得計數器一個脈沖然后通過給計數器的置數端置數觀察能否正常做減法運算然后再檢查十位，檢查無誤后將他們級聯。觀察兩個計數器能否同時正常計數。3.4 譯碼顯示模塊電路的調測將數碼管公共端接高電平，然后用電源的正極分別測試各個管腳。確定每個數碼管都正常。加限流電阻，否則通電后就把7段譯碼管燒壞了。發(fā)光二極管的工作電壓一般在1.8V

23、-2.2V ，為計算方便，通常選2V 即可。發(fā)光二極管的工作電流選取在10-20mA ，在將譯碼器和數碼顯示管連接好，給譯碼器輸入端置數，看數碼管的顯示是否正確。3.5 最后三秒報警模塊電路的調測報警電路主要有各種門電路組成，當倒計時顯示進行到03，02，01這三個數字得時候就報警，以蜂鳴器響聲來表示，并且停半秒響半秒。要讓蜂鳴器響，必須是十位74LS192的輸出全為0，即十位74LS192的BO 端為0，個位的高兩位全為0，低兩位不全為0，才會報警。第四章 整體電路設計圖及功能介紹 4.1 整體設計電路圖倒計時系統整體電路如圖4.1所示 12圖4.1 倒計時系統整體電路圖 4.2 倒計時系統的功能介紹