數(shù)顯、聲響式定時器設(shè)計(jì)電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)

1、 電子技術(shù)綜合課程設(shè) 計(jì) 課 程： 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì) 題 目： 數(shù)顯聲響定時器 所屬院(系) 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 電氣1303 姓 名 王晟華 學(xué)號 1309014023 指導(dǎo)老師 張志偉 2015年 6月 23日目錄1. 任務(wù)書.12前言.23總體設(shè)計(jì)方案選擇與論證.34單元電路與總電路設(shè)計(jì)4.1 5v電源.54.2 1hz信號源.6 4.3 倒計(jì)時與顯示部分.74.4 復(fù)位電路.84.5 最后三秒聲響部分.94.6 停止電路.114.7 總體電路.115.實(shí)驗(yàn)裝調(diào)5.1軟件介紹.135.2故障及其處理.19附1、總體電路圖.20附2、元器件清單.21參考資料.241.任務(wù)書數(shù)顯聲響

2、定時器一、任務(wù)和要求設(shè)計(jì)并制作一個數(shù)顯聲響定時器，要求如下。1、 用壓控陶瓷蜂鳴器作為電聲元件，電路具有15秒定時功能。2、 用一個數(shù)碼管即一個發(fā)光二極管表示時間計(jì)時，格式如下：初始時led及數(shù)碼管均不亮，按開關(guān)鍵后數(shù)碼管顯示5同時二極管亮，然后開始倒計(jì)時計(jì)數(shù)。3、 具有最后三秒報(bào)時功能，要求響半秒、停半秒共三下。4、 電路應(yīng)具有開關(guān)復(fù)位或手動復(fù)位功能。5、 自制一秒信號源及制作本電路所用的直流穩(wěn)壓電源，用ac220v供電。二、 提示和參考文獻(xiàn)：數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書實(shí)驗(yàn)四數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書實(shí)驗(yàn)六直流電源參見參考資料p232前言 在我們的生活當(dāng)中時常會見到這樣一種電子設(shè)備他不但會倒計(jì)時，而

3、且還會發(fā)出聲響來提醒你，其實(shí)這當(dāng)中的重要部分就是數(shù)顯、聲響式定時器。在許多場合中都會見到它的身影，現(xiàn)在各種各樣的倒計(jì)時牌隨處可見，這些設(shè)備雖然在外形上各有特色，但究其功能都是實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時以及在計(jì)時快停止時對人們的提示，所以對這些設(shè)備的研究與了解對我們來說還是非常有必要的，再加上它里面所涉及的內(nèi)容絕大多數(shù)都和我們所學(xué)習(xí)的數(shù)字電路基礎(chǔ)技術(shù)這門專業(yè)基礎(chǔ)課有關(guān)，因此此次倒計(jì)時計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)對于我們來說是一個鍛煉實(shí)際應(yīng)用能力以及將理論與實(shí)踐相結(jié)合的絕好機(jī)會。此次的課程設(shè)計(jì)主要針對我們在學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)之后，如何將理論與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)以培養(yǎng)我們獨(dú)立分析、思考與解決實(shí)際問題的能力以及如何將所學(xué)的課程

4、運(yùn)用于實(shí)踐中。3總體設(shè)計(jì)方案選擇與論證3.1、 方案一如圖3.1所示，信號直接由 555定時器產(chǎn)生（頻率 1hz，占空比 0.5），由74ls192主控倒計(jì)數(shù)，jk觸發(fā)器控制led和74ls192的復(fù)位，三態(tài)門控制計(jì)數(shù)停止。3.2、 方案二如圖3.2所示，信號先由555定時器產(chǎn)生頻率為10hz的矩形脈沖，再經(jīng)過十分頻，輸出頻率為1hz，占空比為0.5的矩形脈沖，由74ls192主控倒計(jì)數(shù)，jk觸發(fā)器控制led和74ls192的復(fù)位，與門控制計(jì)數(shù)停止。3.3 對比選擇 從準(zhǔn)確角度來說方案二要優(yōu)于方信號經(jīng)過十分頻，誤差更小、占空比更準(zhǔn)確，但單就任務(wù)書而言，方案一就足夠了，并且案一，因?yàn)榉桨付r鐘方

5、案一所使用的芯片少，簡單、實(shí)用，因此我們選擇方案一。4單元電路與總電路設(shè)計(jì)4.1 5v電源 任何電路都離不開電源部分，我們做的定時器也不例外，電源的好壞直接影響著電路能否正常工作。220v交流電經(jīng)過變壓器變?yōu)?v，在經(jīng)過整流橋整流成直流電，然后采用三端穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓 ，右邊兩個電容是5伏電源的濾波電容。圖4.1 5v電源工作原理圖圖4.2 5v直流電壓源圖4.3 5v直流電壓源仿真結(jié)果4.2 1hz信號源 由于蜂鳴器在后三秒要響半秒停半秒，所以要由555產(chǎn)生周期為1秒、占空比為0.5的矩形脈沖，經(jīng)計(jì)算此震蕩電路占空比為0.5（波形），于是在電路中加入二極管，這樣電容充、放電所經(jīng)過的電阻一

6、樣大，以達(dá)到充、放電的時間相同的效果，從而達(dá)到占空比為0.5的效果。555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，用它能方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活方便，所以它在波形的變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 cb555功能表如下：表4.1 cb555功能表圖4.4 1hz信號源電路 1hz信號源方針波形圖4.3 倒計(jì)時與顯示部分 使用74ls192進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，清零端接低電平，置數(shù)端接復(fù)位信號，加法計(jì)數(shù)時鐘接高電平，借位端接jk觸發(fā)器的clk端。jk觸發(fā)器的j、k、r端接高電平，當(dāng)jk為高電平時，每當(dāng)有時鐘信號輸入時，觸發(fā)器的狀態(tài)就

7、會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，當(dāng)9到0發(fā)生借位時，jk觸發(fā)器clk端得到一個下降沿，使當(dāng)前狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，即顯示從5到0再從9到0，5到0時發(fā)光二極管亮，9到0時發(fā)光二極管滅。圖4.6 倒計(jì)時與顯示部分4.4 復(fù)位電路 選擇帶置數(shù)清零端的jk觸發(fā)器進(jìn)行復(fù)位，jk觸發(fā)器的j、k、s端接高電平，當(dāng)jk為高電平時，每當(dāng)有時鐘信號輸入時，觸發(fā)器的狀態(tài)就會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，打開電源開關(guān)瞬間，jk觸發(fā)器的rd端接低電平有效清零，待電容c1充電完成之后rd端變?yōu)楦唠娖剑辶銦o效，故保持原狀態(tài)，上電復(fù)位完成；開關(guān)閉合一次， clk端得到一個下降沿，當(dāng)前狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次，使可以達(dá)到復(fù)位/計(jì)時效果。圖4.7 復(fù)位信號電路4.5 最后三秒聲響部分

8、 最后三秒信號對應(yīng)的輸出應(yīng)為0011、0010、0001以及l(fā)ed滅，用或門、非門電路選出最后三秒信號，再與上占空比為1/2的時鐘信號即可實(shí)現(xiàn)最后三秒響半秒、停半秒的報(bào)時功能。圖4.8 最后三秒聲響部分4.6 停止電路 使用或門加三態(tài)門電路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的自動停止功能。當(dāng)計(jì)時狀態(tài)為：發(fā)光二極管滅且7段顯示數(shù)碼管顯示為0時，通過或門，三態(tài)門控制端為低電平，三態(tài)門變?yōu)楦咦钁B(tài)，74ls192的時鐘信號停止，所以計(jì)數(shù)停止。圖4.9停止電路4.7 整體電路如圖所示，把所有的單元電路按照邏輯關(guān)聯(lián)方式聯(lián)系在一起，電路便可以從15開始倒計(jì)時，并且后三秒半秒響、半秒停，開機(jī)或開關(guān)可復(fù)位。192的借位端控制發(fā)光二極管在

9、192從5到0時發(fā)光，所以借位端接 jk觸發(fā)器的clk端，使其每一次從0到9變化時，都有一次反轉(zhuǎn)來控制二極管；蜂鳴器要求在后三秒半響半停，使用與門電路即可實(shí)現(xiàn)。 圖4.10 整體電路5 .實(shí)驗(yàn)裝調(diào)5.1軟件介紹 ： multisim是一款著名的電子設(shè)計(jì)自動化軟件，與ni ultiboard同屬美國國家儀器公司的電路設(shè)計(jì)軟件套件。是入選伯克利加大spice項(xiàng)目中為數(shù)不多的幾款軟件之一。multisim在學(xué)術(shù)界以及產(chǎn)業(yè)界被廣泛地應(yīng)用于電路教學(xué)、電路圖設(shè)計(jì)以及spice模擬。工程師們可以使用multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。multisim提煉了spice仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣

10、工程師無需懂得深入的spice技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過multisim和虛擬儀器技術(shù)，pcb設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計(jì)流程。eda（就是“electronicdesignautomation”的縮寫）技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)基本上不存在電子產(chǎn)品的手工設(shè)計(jì)。一臺電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，從概念的確立，到包括電路原理、pcb版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、fpga的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級設(shè)計(jì)，再到pcb鉆孔圖、自動貼片、

11、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成。eda技術(shù)借助計(jì)算機(jī)存儲量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評估、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。eda已經(jīng)成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)手段。美國ni公司（美國國家儀器公司）的multisim9軟件就是這方面很好的一個工具。而且multisim9計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)（labew8）（也是美國ni公司的）可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問題。學(xué)員可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的

12、儀表。極大地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。這些在教學(xué)活動中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。還有很重要的一點(diǎn)就是：計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器對教員的教學(xué)也是一個很好的提高和促進(jìn)。nimultisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的eda工具軟件。作為windows下運(yùn)行的個人桌面電子設(shè)計(jì)工具，nimultisim是一個完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。nimultisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。nimultisim軟件絕

13、對是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。簡介通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境，輕松設(shè)計(jì)電路通過交互式spice仿真，迅速了解電路行為借助高級電路分析，理解基本設(shè)計(jì)特征通過一個工具鏈，無縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測試通過改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程，減少建模錯誤并縮短上市時間直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真nimultisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借nimultisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)spice模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級spice分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與nilabew和

14、signalexpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測量。一、multisim的主窗口界面。啟動multisim2001后，將出現(xiàn)如圖1所示的界面。界面由多個區(qū)域構(gòu)成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對各部分的操作可以實(shí)現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對電路進(jìn)行相應(yīng)的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容。二、菜單欄菜單欄位于界面的上方，通過菜單可以對multisim的所有功能進(jìn)行操作。三、工具欄multisim2001提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過view菜單中的選項(xiàng)方便地將

15、頂層的工具欄打開或關(guān)閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。通過工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項(xiàng)功能。頂層的工具欄有：standard工具欄、design工具欄、zoom工具欄，simulation工具欄。standard工具欄包含了常見的文件操作和編輯操作，如下圖所示：design工具欄作為設(shè)計(jì)工具欄是multisim的核心工具欄，通過對該工作欄按鈕的操作可以完成對電路從設(shè)計(jì)到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開關(guān)下層的工具欄：component中的multisimmaster工具欄，instrument工具欄。作為元器件（component）工具欄中的一項(xiàng)，可以在de

16、sign工具欄中通過按鈕來開關(guān)multisimmaster工具欄。該工具欄有14個按鈕，每個每一個按鈕都對應(yīng)一類元器件，其分類方式和multisim元器件數(shù)據(jù)庫中的分類相對應(yīng)，通過按鈕上圖標(biāo)就可大致清楚該類元器件的類型。具體的內(nèi)容可以從multisim的在線文檔中獲取。這個工具欄作為元器件的頂層工具欄，每一個按鈕又可以開關(guān)下層的工具欄，下層工具欄是對該類元器件更細(xì)致的分類工具欄。以第一個按鈕為例。通過這個按鈕可以開關(guān)電源和信號源類的sources工具欄如下圖所示：instruments工具欄集中了multisim為用戶提供的所有虛擬儀器儀表，用戶可以通過按鈕選擇自己需要的儀器對電路進(jìn)行觀測。用

17、戶可以通過zoom工具欄方便地調(diào)整所編輯電路的視圖大小。simulation工具欄可以控制電路仿真的開始、結(jié)束和暫停。不難看出菜單中有一些與大多數(shù)windows平臺上的應(yīng)用軟件一致的功能選項(xiàng)，如file，edit，view，options，help。此外，還有一些eda軟件專用的選項(xiàng)，如place，simulation，transfer以及tool等。第二節(jié) multisim對元器件的管理eda軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該eda軟件的質(zhì)量和易用性。multisim為用戶提供了豐富的元器件，并以開放的形式管理元器件，使得用戶能夠自己添加所需要的元器件。multi

18、sim以庫的形式管理元器件，通過菜單tools/databasemanagement打開databasemanagement（數(shù)據(jù)庫管理）窗口（如下圖所示），對元器件庫進(jìn)行管理。在databasemanagement窗口中的daltabase列表中有兩個數(shù)據(jù)庫：multisimmaster和user。其中multisimmaster庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，user是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫。用戶對multisimmaster數(shù)據(jù)庫中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中multisimmaster時，窗口中對庫的編輯按鈕全部失效而變成灰色，如下圖所示。但用戶可以通過這個對話窗口中

19、的buttonintoolbar顯示框，查找?guī)熘胁煌悇e器件在工具欄中的表示方法。據(jù)此用戶可以通過選擇user數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而對自建元器件進(jìn)行編輯管理。在multisimmaster中有實(shí)際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實(shí)際元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際情況有良好的對應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計(jì)導(dǎo)出到ultiboard中進(jìn)行pcb的設(shè)計(jì)。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。它們在工具欄和對話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中

20、，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒有，如下圖所示。從圖中可以看到，相同類型的實(shí)際元器件和虛擬元器件的按鈕并排排列，并非所有的是元器件都設(shè)有虛擬類的器件。在元器件類型列標(biāo)中，虛擬元器件類的后綴標(biāo)有virtual，如下圖所示：第三節(jié) 輸入并編輯電路輸入電路圖是分析和設(shè)計(jì)工作的第一步，用戶從元器件庫中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來，為分析和仿真做準(zhǔn)備。一、設(shè)置multisim的通用環(huán)境變量為了適應(yīng)不同的需求和用戶習(xí)慣，用戶可以用菜單option/preferences打開preferences對話窗口，如下圖所示。通過該窗口的6

21、個標(biāo)簽選項(xiàng)，用戶可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動存儲時間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)置。以標(biāo)簽workspace為例，當(dāng)選中該標(biāo)簽時，preferences對話框如下圖所示：在這個對話窗口中有3個分項(xiàng)：show：可以設(shè)置是否顯示網(wǎng)格，頁邊界以及標(biāo)題框。sheetsize：設(shè)置電路圖頁面大小。zoomlevel：設(shè)置縮放比例。其余的標(biāo)簽選項(xiàng)在此不再詳述。二、取用元器件取用元器件的方法有兩種：從工具欄取用或從菜單取用。下面將以74ls00為例說明兩種方法。從工具欄取用：design工具欄multisimmaster工具欄ttl工具欄74ls按鈕從ttl工具欄中選擇74ls按鈕打開這類器件的comp

22、onentbrowser窗口，如下圖所示。其中包含的字段有databasename（元器件數(shù)據(jù)庫），componentfamily（元器件類型列表），componentnamelist（元器件名細(xì)表），manufacturenames（生產(chǎn)廠家），modellevel-id（模型層次）等內(nèi)容。從菜單取用：通過place/placecomponent命令打開componentbrowser窗口。該窗口與上圖一樣。選中相應(yīng)的元器件在componentfamilyname中選擇74ls系列，在componentnamelist中選擇74ls00。單擊ok按鈕就可以選中74ls00，出現(xiàn)如下備選窗口。

23、7400是四/二輸入與非門，在窗口種的sectiona/b/c/d分別代表其中的一個與非門，用鼠標(biāo)選中其中的一個放置在電路圖編輯窗口中，如左圖所示。器件在電路圖中顯示的圖形符號，用戶可以在上面的componentbrowser中的symbol選項(xiàng)框中預(yù)覽到。當(dāng)器件放置到電路編輯窗口中后，用戶就可以進(jìn)行移動、復(fù)制、粘貼等編輯工作了，在此不再詳述。三、將元器件連接成電路在將電路需要的元器件放置在電路編輯窗口后，用鼠標(biāo)就可以方便地將器件連接起來。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點(diǎn)并拖動鼠標(biāo)至連線的終點(diǎn)。在multisim中連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能懸空。235.2故障及其處理 在仿真軟件中出了很多的問題，我用的軟件是multisim,把所有的電路都連接好了,但是仿真不出來,我們不