24秒数显定时器系统设计很好很完整大学毕设论文.docx
- 文档编号:12852978
- 上传时间:2023-06-08
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:271.37KB
24秒数显定时器系统设计很好很完整大学毕设论文.docx
《24秒数显定时器系统设计很好很完整大学毕设论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《24秒数显定时器系统设计很好很完整大学毕设论文.docx(22页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
24秒数显定时器系统设计很好很完整大学毕设论文
电子技术课程设计
题目24秒数显定时器
专业测控技术与仪器
指导教师宁志刚朱卫华
班级测控技术与仪器071班
2010年10月19日
24秒数显定时器系统设计
摘要:
该系统选用三端集成稳压器7805所构成的直流稳压电源作为整个系统的供电部分,采用以石英晶体为核心的振荡电路为系统提供时钟脉冲,再通过4060和D触发器74LS74组成的分频电路对时钟脉冲进行15分频,最后产生1HZ脉冲。
利用两片74LS90组成的计数电路对1HZ脉冲进行24秒计数,再经过两片译码芯片CD4511进行译码,最后由共阴极七段数码管5161AS进行数显。
关键字:
直流稳压电源,石英晶体,分频,译码,数显
ABSTRACT:
Thesystemisanintegratedselectionofthree-terminalregulator7805composedofDCpowersupplyasthepowersupplypartofthewholesystem,usingquartzcrystaloscillationcircuitasthecoreofthesystemclockpulse,andthrough4060,andthecompositionofDflip-flop74LS74dividercircuitclockfrequencyfor15minutes,finallyresulting1HZpulse.Usingtwo74LS90componentcountcircuit1HZpulses24secondscount,andthenafter2decodingchipCD4511decoding,andultimatelythecommoncathodeseven-segmentdigitaltube5161AStodigital.
KEYWORDS:
DCPower,Crystal,Divider,Decoding,Digitaldisplay
目录
1系统方案设计..............................................................................................4
1.1设计任务与要求.......................................................................................4
1.2设计分析...................................................................................................4
1.3各模块方案选择和论证............................................................................4
1.3.1直流稳压电源模块的选择..................................................................4
1.3.2时钟脉冲产生模块的选择.................................................................5
1.3.3分频电路模块的选择.........................................................................5
1.3.4计数电路模块的选择.........................................................................5
1.3.5译码数显电路模块的选择..................................................................5
1.5最终系统设计方案...................................................................................5
2各模块电路的设计及其原理图........................................................6
2.1直流稳压电源模块的设计.....................................................................6
2.2石英晶体振荡电路模块的设计.............................................................7
2.3分频电路模块的设计............................................................................8
2.4计数电路模块的设计............................................................................10
2.5译码数显电路模块的设计.....................................................................11
3收获体会......................................................................................................14
参考文献............................................................................................................15
附录:
..................................................................................................................16
附录一系统Protel原理图......................................................................................16
附录二系统Multisim仿真图.............................................................................17
附录三系统PCB图.............................................................................................18
附录四元件清单.....................................................................................................19
1系统方案设计
1.1设计任务和要求:
1.任务:
根据数电模电知识,设计一个具有较高精度的24秒数显定时器。
2.要求:
1)具有数码管显示24秒的定时功能。
2)定时器为24秒递增定时,其计时间隔为1秒。
3)画出Protel原理图,PCB图
4)一份设计说明书
5)做出所设计的系统的实物
1.2设计分析:
根据设计要求,现从以下几点来分析:
1)电源是电子设备的能源电路,关系到整个电路设计的稳定性和可靠性。
因此,直流稳压电源的设计,在系统设计中必不可少。
2)由于本系统是设计一个定时器,因此必须要有一个能够产生时钟脉冲的电路,而定时器对脉冲频率的稳定性要求较高,所以该电路的设计必须要考虑到稳定性。
3)一般产生的时钟脉冲信号频率都很高,所以需要一个分频电路,将源脉冲频率给降下来,而且必须降为1HZ,这样才能实现较好的定时功能。
4)产生的1HZ时钟脉冲必须经过计数器计数,因此需要一个计数电路模块
5)计数电路模块对脉冲所进行的计数必须经过译码电路译码后,才能驱动显示器显示
因此需要一个译码数显电路模块。
1.3各模块电路的方案选择和论证
根据设计分析的思路,该系统包括直流稳压电路,时钟脉冲产生电路,分频电路,计数电路,译码数码管显示电路5个模块。
1.3.1直流稳压电源模块的选择
方案一:
根据模拟电子技术课程中的知识,稳压部分设计为由稳压管来稳压
优点:
操作方便,价格低廉
缺点:
稳压效果不好,不稳定,而且需要设计相应的保护电路,比较复杂
方案二:
稳压电路部分由三端集成稳压管7805来稳压
优点:
使用方便,外围电路设计简单,内部有限流保护,过热保护和过压保护电路工作安全可靠
缺点:
价格相对稳压管要高,效率较低
基于以上分析,本系统选用方案二
1.3.2时钟脉冲产生电路模块的选择
方案一:
用555定时器组成的多谐振荡电路,来产生时钟脉冲
优点:
产生的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小,输出驱动电流大
缺点:
产生的脉冲频率稳定性不够高
方案二:
用石英晶体组成的石英晶体振荡电路来产生时钟脉冲
优点:
石英晶体的选频特性非常好,它有一个极为稳定的串联谐振频率fs,且等效品质因素Q值很高,且与外围电路中的R,C的数值无关,脉冲频率稳定性很高
缺点:
所构成的振荡电路,反相器74LS04价格相对较贵
由于定时器需要一个十分稳定与精准的秒基准脉冲,基于以上考虑,所以本系统选用方案二
1.3.3分频电路模块的选择
方案一:
采用一块CD4060和一块74LS390来构成分频电路
方案二:
采用一块CD4060和一块74LS74来构成分频电路
本系统选择方案二
1.3.4计数电路模块的设计
该电路模块的设计有很多方案,现举以下两种方案:
方案一:
选用两块74LS161四位同步计数器,一块74LS00与非门构成24进制的计数器
方案二:
选用两块74LS90构成24秒计数
根据芯片用量小经济的原则,本系统选择方案二
1.3.5译码数码管显示电路模块的设计
方案一:
选用两块74LS48,14个限流电阻和两块5161AS共阴七段数码管构成译码数码显示电路
方案二:
选用两块CD4511,两块5161AS共阴七段数码管构成译码数码显示电路
由于CD4511芯片里已集成了限流电阻,所以本系统选用两块CD4511译码芯片,两块5161AS共阴七段数码管构成译码数码管显示电路
1.4最终系统设计方案:
经仔细论证,最终系统设计方案如下:
1.直流稳压电源部分:
以7805三端集成稳压器为直流稳压电源模块核心的+5V直流电源供电
2.脉冲产生部分:
用石英晶体振荡电路产生32768HZ的时钟脉冲
3.分频部分:
选用一块CD4060来进行14次二分频,再由74LS74来进行一次二分频,最终输出1HZ脉冲
4.计数部分:
选用两块74LS90构成的电路来对1HZ脉冲进行计数
5.译码数显部分:
选用两块CD4511,两块5161AS七段共阴极数码管构成数显
6.系统方框图1:
+5V供电
+5V供电
+5V供电
+5V供电
图1系统方框图
2.各模块电路的设计及其原理图
2.1直流稳压电源电路的设计
电源是电子设备的能源电路,关系到整个电路设计的稳定性和可靠性,因此电源的设计非常的关键
1)直流稳压电源的基本原理
直流稳压电源一般由电源变压器,整流电路,滤波电路及稳压电路所组成
原理图如图2:
图2直流稳压电源基本原理图
各部分功能:
1.电源变压器的作用就是将220V的交流电路U1转换成整流电路所需要的电压U2。
2.整流电路的作用是将交流电压U2转换成脉动的Ur。
3.滤波电路的作用是将脉动直流电压滤除纹波Uf。
4.稳压电路的作用就是将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压V0。
2)采用三端集成稳压管7805设计的直流稳压电源电路如图3:
图3直流稳压电源模块Protel原理图
2.2石英晶体振荡电路模块设计
石英晶体振荡器是构成整个系统非常重要的部分,它决定了定时器定时的准确性及稳定性。
1)主要芯片特点:
采用石英晶体组成的石英晶体振荡器,产生的脉冲波形稳定性很高,是一种高精度和高稳定度的振荡器。
石英晶体的选频特性非常好,它有一个极为稳定的串联谐振频率fs,且等效品质因素Q值也很高。
只有频率为fs的信号最容易通过,而其他频率的信号均会被晶体衰减。
石英晶体的等效电路与电抗特性如图4所示:
图4石英晶体的等效电路与电抗特性
一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类,一类是用TTL门电路构成;另一类是通过CMOS非门构成的电路
2)本系统采用的石英晶体振荡电路如下:
图5石英晶体振荡电路模块Multisim仿真图
3)模块电路特点:
电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs而与电路中的R,C的数值无关,为了改善输出波形,增强带负载的能力,通常在振荡器的输出端再加一级反相器。
2.3分频电路模块的设计
1)主要芯片特点:
CD4060 由一震荡器和14 极二进制串行计数器位组成,震荡器的结构可以是RC 或晶振电路。
CR 为高电平时,计数器清零且振荡器使用无效,所有的计数器位均为主从触发器。
在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数,在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。
功能图及其引脚图如图6:
图6CD4060功能表及其引脚图
74LS74为双D触发器,D触发器的状态方程为Qn+1=Dn,其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿,故又称为上升沿触发的边沿触发器,触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态。
74LS74引脚图及其功能表如图7:
输 入
输 出
D
D
CP
D
Qn+1
n+1
0
1
×
×
1
0
1
0
×
×
0
1
0
0
×
×
φ
φ
1
1
↑
1
1
0
1
1
↑
0
0
1
1
1
↓
×
Qn
n
图774LS74引脚图及其功能表
2)本系统采用的分频电路模块设计如图8:
图8分频电路模块protel原理图
3)模块特点:
先由CD4046实现14次二分频,再经过74LS74一次2分频,最终输出1HZ时钟脉冲
2.4计数电路模块设计
1)主要芯片特点:
74LS90为中规模TTL集成计数器,可实现二分频、五分频和十分频等功能,集成二-五-十进制计数器,其内部有一个二进制计数器,时钟输入信号为
,输出Q0。
一个五进制计数器,时钟输入信号为
,输出Q3Q2Q1。
74LS90可通过异步方式构成十进制计数器。
它有两个高电平有效的清零端R0A、R0B和两个高电平有效的置9端S9A、S9B。
当计数脉冲由
输入、Q0与
相连时,就构成8421BCD计数器。
当计数脉冲由
输入、Q3与
相连时,则可构成5421BCD计数器。
引脚图和真值功能表如图9所示:
R0AR0BS9AS9BCP
Q3Q2Q1Q0
110× ×
11×0 ×
××11 ×
××11 ×
×0×0↓
0×0× ↓
×00×↓
0000
0000
1001
计数
计数
计数
计数
图974LS90引脚图和功能真值表
2)本系统采用的计数电路模块电路设计如图10:
图10计数电路模块protel原理图
3)模块电路特点:
两块74LS90级联实现24s计数
2.5译码数显电路模块设计
1)主要芯片特点:
CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码七段码译码器.具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路,能提供较大的拉电流,可直接驱动LED显示器。
CD4511引脚如图11:
图11CD4511引脚图
CD4511管脚功能介绍如下:
LE:
锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态,cd4511输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g:
为译码输出端,输出为高电平1有效。
BI:
4脚是消隐输入控制端,当BI=0时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。
LT:
3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。
它主要用来检测数码管是否正常。
CD4511功能真值表如下表:
输入
输出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁存
锁存
5161AS为七段LED共阴极数码管,其引脚图如图12:
图125161AS引脚图
引脚的排序:
对单个数码管而言,以正面来看,左下脚引脚为1,然后按逆时针排序
左上角即为10脚
2)本系统采用的译码数显电路模块设计如图10:
图10译码数显模块protel原理图
3)模块电路特点:
利用CD4511直接驱动七段共阴LED数码管,不需要限流电阻
3收获体会
本次电子技术课程设计给了我一次锻炼自己的绝佳机会,整个设计过程中,从抽到题目到设计分析,查资料,Multisim的软件仿真,Protel原理图PCB图的绘制以及实物的制作,这一系列的过程,每一个环节都让我有了很多的收获。
现从一下几个方面说说我的心得体会:
1.设计分析方面:
对于我设计的这个系统,绝大部分是数电方面的知识,自己的数电知识基础较好,所以这个阶段我比较轻松的攻克了,甚至没有查过什么资料。
这个设计分析,只是构思了一下大概的设计思路,但是又非常重要,因为它起到一个统领全局的作用,它决定了,接下来系统设计的大方向。
这个阶段教会我的就是这个大概的设计思路必须要对,心里必须要非常清楚,哪些模块是系统必不可少的。
这个部分搞清楚了,接下来的路至少大方向不会错。
例如我设计的这个数显定时器,由自己已有的知识我是这样分析的:
每个电子系统必须要有电源,要实现定时,必须要有一个时钟脉冲产生电路,脉冲产生之后,这个脉冲该怎样去采集,这个就通过计数器去“记”下来,“记”下来之后该怎样显示呢,这个当然需要译码,就这样分析下去,我的设计思路就越来越清晰了。
2.查资料方面:
因为我们此次课程设计是专门针对我们学过的数电模电来安排的,所以我查资料时,基本是向这边靠的,一是为了忠于此次课程设计的宗旨;二是为了自己巩固已学过的知识。
在查资料方面,我最大的收获就是对自己所查的资料,仔细求证一下,要有怀疑精神。
这次设计我就在这方面栽了个跟头。
由于我所查的资料,基本都来自网上资源,自己也没怎么在意,就相信了它,结果在做实物的时候就吃了大苦头。
例如数码管的引脚,我在网上查的那个引脚资料恰恰有两个引脚标错了,结果在实物调试过程中怎么也发现不了问题,幸好在看同学的资料中发现他查得的引脚跟我的不一样,我才去求证了一下,原来我查到了错误的资料。
3.软件仿真与使用方面:
在这个方面,由于之前我们没有学过Multisim软件,此次课程设计让我学会了它的基本使用方法,还成功的仿真了自己所设计的系统。
当自己所设计的系统能成功的仿真出来时,真的很激动,仿真的成功至少表明了我设计的东西,原理上基本上是没有问题的。
但是,这也让我深刻的体会到了仿真与实物的差距,比如说这次设计:
在仿真中,74LS90有两引脚没有接地,结果能显示出来,而在实际中,这两个引脚没接地的话,74LS90根本计数不了,这教会我,我们不能太相信软件,它只是一种工具。
这次设计,也提高了自己使用Protel的熟练程度。
4.实物制作方面:
这个环节真的是一个对能力的综合,动手能力,设计原理的理解,调试技巧与耐心,这是对综合素质的一次全面考验,这个环节教会我最多。
总而言之,我从心里感谢这次电子技术课程设计,它教会了我很多东西,让我从中受益颇多
同时,在此感谢宁志刚老师和朱卫华老师的指导!
参考文献:
康光华.2005.电子技术基础数电部分(第五版).北京:
高等教育出版社
康光华.2005.电子技术基础模电部分(第五版).北京:
高等教育出版社
邹其洪黄智伟.2008.电工电子实验与计算机仿真(第二版)上下.北京:
电子工业出版社
高吉祥.2008.全国大学生电子竞赛单片机精解北京:
电子工业出版社
附录
附录一:
系统Protel原理图:
附录二:
系统Multisim仿真图:
附录三:
系统PCB图
PCB覆铜图:
附录四:
元
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 24 秒数显 定时器 系统 设计 很好 完整 大学 论文