数显、声响式倒计时课程设计

陕西理工学院
课程设计报告
课程：电子技术综合课程设计
题目：数显、声响式倒计时电路设计
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班级：
学号：
姓名：
目录
前言 (1)
任务书 (2)
1、总体方案选择与论证 (3)
1.1、方案一 (5)
1.2、方案二 (5)
1.3、对比选择 (5)
2、单元电路与总电路设计 (6)
2.1、电源电路 (6)
2.2、信号源电路 (8)
2.3、倒计时电路 (9)
2.4、显示电路 (11)
2.5、报警电路 (11)
3、实验装调 (13)
3.1、电源的调试 (12)
3.2、1秒信号源的连接与调试 (12)
3.3、译码显示的连接和调试 (12)
3.4、计数器的连接和调试 (13)
3.5、报警电路的连接和调试 (13)
4、实验总结 (14)
附录：附1、元器件清单
附2、集成电路芯片管脚图附3、总体电路图
前言
电子技术综合课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路及电路分析课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、组装。

调试和编写总结报告等实践内容。

通过课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。

即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。

毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。

第三，培养勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣。

本课程设计介绍的是数字逻辑电路中以TTL集成电路为基础的数显，声响倒计时器，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计装调及性能参数的调试方法. 本课程设计应达到如下基本要求：
（1）综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个数显，声响倒计时器的设计。

（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。

（3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。

（4）掌握电子电路的安装和调试技能。

（5）熟悉的使用各类数字电子仪器。

（6）学会撰写课程设计论文。

（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

在倒计时器的课程设计中，得到指导老师的关心与鼓励，并且得到了许多同学得无私帮助，在这里表示感谢。

同时，因设计者水平有限，设计论文中错误在所难免，恳请各位不吝指正。

任务书
数显声响倒计时电路设计
一．任务及要求
设计并制作一个数显声响式倒计时电路。

要求如下：
1．电路具有10—99秒可预置定时功能。

2．有两个数码管显示计时时间，用一只LED指示计时开始与结束。

按预置（开始）按钮，数码管显示定时时间，LED灯
不亮；再按预置（开始）按钮，LED亮，倒计时开始。

3．倒计时结束时，计数器停止计数，LED灯不亮。

4．电路具有开机预置数功能。

5．电路具有最后三秒报时功能，要求响半秒停半秒，共三次。

用压控陶瓷蜂鸣器作为电声元件。

6．自制本电路所用得直流电源和一秒信号源。

二．参考资料
《数字电子技术实验任务书》实验四及实验六
《电子技术基础》课程设计资料
1.整体方案论证及框图
根据任务书的要求我们本次课设选用的计数器件为74LS192，它是加、减可逆十进制计数器，通过两片192的级联可实现10-99的到计时.其次我们选用了555定时器构成多谐振荡器，使之能产生一个1Hz的方波信号来作为192的时序脉冲，从而为计数芯片提供CP,又因为我们要选用2片计数器构成2位计数的状态，固要采用计数器的级联的方法，我们选用的是串行进位的级联，因为这个大大的加快了运行的速度。

整个电路系统需要5V的电压驱动,因此，我们采用一个220V-9V的变压器，经过整流桥,滤波电容及一个三端稳压器7805来实现所需的5V 电压。

由任务书可知最后三秒我们需要实现报警,蜂鸣器要求响半秒停半秒,因此我们必须以秒为单位脉冲并且占空比必须为1/2，而且所以我们由555多谐振荡器来完成。

555多谐振荡器的功能就是你可以调节它的电阻和电容来得到不同频率和不同占空比的脉冲信号。

有了脉冲和计数芯片后我们还需要数字显示器,我们选用的是共阴极七段数码管,但与其匹配的还有驱动芯片CD4511,它具有绎码,琐存等功能,通过加上上拉电阻加大驱动电流从而显示出0-9数字.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；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。

考虑到任务书要求有两个数码管显示计时时间，用一只LED指示计时开始与结束。

按预置（开始）按钮，数码管显示定时时间，LED灯不亮；再按预置（开始）按钮，LED亮，倒计时开始。

倒计时结束时，计数器停止计数，LED灯不亮。

因此我们还需引出一路信号用来指示倒计时的开始与结束,由于选用的计数芯片192的置数端LD’为低时置数,为高时加上CP便可实现计数,因此我们将全零信号求反后和置数端相与便可实现所需的功能.
整体设计框图
1.1方案一
采用普通开关对192进行置数,用开关的闭合与开启分别产生边沿,从而触发计数器.在最后三秒电路中采用与非门电路进行信号采取.
1.2 方案二
在开关方面进行改善,利用JK触发将其接成T触发器,进行不同情况下的反转,模拟开关的功能从而使电路功能更加稳定.在最后三秒电路中同样采用与非门电路,但将其进行改进,降低了电路的复杂程度.
1.3 对比选择
改进前改进后
通过上图的对比我们选用方案二,得到了简单,清晰的电路,并为后来的电路连接带来了很大的方便,此外方案二的JK反转开关方便可靠,为整个电路增加了更优质的稳定性.
2. 单元电路设计和基本原理
2.1电源设计
1．直流稳压电源设计思路
（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，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（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，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．直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见下图。

工频交流脉动直流 直流负载
其中：
（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

直流稳压电源方框图
（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电选用4个1N4001便可实现.
（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻R L ，且方向是一致的。

电路的输出波形如下图所示。

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为
22U (U 2是变压器副边电
压有效值)。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。

选择电容滤波电路后，直流121o f I I =t 0ππ2π3π422U t 0ππ2π3π4o u 22U 整流电路 输出波形图
输出电压：U o1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：
（I2是变压器副边电流的有效值。

），
稳压电路可选集成三端稳压器7805便可实现输出为5V的直流稳压电源.
整体电源设计原理为：220V、50HZ——电源变压器——整流电路——滤波电路——稳压电路——输出U0
电源部分电路图：
U1
220 Vrms
50 Hz
0°
C3
100uF
2.2信号源：
1.利用555集成定时器，构成多谐振荡器用来产生脉冲为1Hz,占空比为1/2的CP信号.
2. 555定时器制成多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后不需外加触发便能产生矩形脉冲。

电路原理图：
()2~5.12
1
I
I
o
=
VCC OUT
U1
555_TIMER_RATED
GND
DIS RST THR
CON
TRI C110uF
C210nF
VCC
5V 2
D11N4001
D2
1N40011
R2
72.5kΩR3
72.5kΩVCC
35
2.3 倒计时电路
利用2片74LS192芯片实现十进制倒计时功能。

十进制可逆计数器74LS192引脚图管脚及功能表
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：
74LS192的引脚排列及逻辑符号
（a ）引脚排列 (b) 逻辑符号 图中：
为置数端，
为加计数端，
为减计数
端，
为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、
P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端其功能表如下：
输入输出
MR P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0
1 ×××××××0 0 0 0
× d c b a d c b a
0 0
×
0 1 1 ××××加计数
0 1 1 ××××减计数
通过对两片192的级联便可实现0-99的置数倒计.接好芯片,加好电源,地,等.在输入端我们设置好初始值,再令置数端有效即可预设初值.两片芯片采用串行连接方式连接,将低位借位信号加在高位CP端即可. 计数电路原理图如下:
接置数开关接1S脉冲
2.4 显示电路
该模块采用两片共阴极七段数码管将倒计时数字显示出来,此外还需两片CD4511从而对显示管进行驱动.将高低不同的电平转换成能容易识别的数字.(注意:驱动时加上适当大的上拉电阻)
显示电路基本原理图如下:
2.5 最后3S报警电路
根据任务书的要求，设计电路应具有最后3秒报时功能，即要求响半秒、停半秒共三下。

这一功能实现的思路是：最后三秒响，那么就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，其波形中1秒的周期内有半个周期T即半秒的时间是高电平，那么高电平就可以驱动蜂鸣器报警。

所以报时电路是由1个四线与门、1个二线与门、4双线或非门以及1个非门组成，双线或非门的输入端接十位片的四个端子的输出端，双线或非门接个位片的Q3、Q2端，双线或门接个位片的Q1、
Q0端后再非，这三个门电路的输出以及1s或脉冲信号均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。

报警电路原理图如下;
3.
3.1电源的调试。

首先按照设计的单元电路连接好电路，然后接通220V的电源，注意接交流电的时候不能将两根导线短接，否则会出现不安全事件，用万用表的交流电压档测变压器的输出是否为9V。

如果不是则可能是领错了变压器，应及时更换，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。

若不是，用万用表逐步检查电路，有可能是导线没有连接好或者某个期间出现了问题。

3.2．1秒信号源的连接于调试。

按照设计好的信号源电路连接好电路，图中两电阻用电位器来替代。

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、译码显示的连接和调试
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，在将译码器和数显管连接好，给译码器输入端置数，看数码管的显示对不对，如果都好着则这部分做好了。

接线时红线是电源，白线是地线。

3.4、计数器的连接和调试。

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。

我们用了两片74LS192。

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（不能置超过九的数字否则会乱码）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（把个位得进位端接在十位得CP脉冲端）观察两个计数器能否同时正常计数。

计数器的电源和地线与前面的电路同地同电源。

3.5、报警电路的连接和调试。

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TCD端为0，个位的高位全为0，地位不全为0，才会报警。

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。

但在实际电路的运行中不是在后三秒而是在其他数字得时候报警，因为其他部分都是一个一个检测过的而且报警器不仅仅在03 02 01时响还在所有得3 2 1都响这是我们分析可能是十位得进位信号没有接进电路，所以就分析可能是门电路出现了问题，于是就开始检测或非门跟或门以及与门是否能够正常工作（用高低电平直接接进门电路却发现有一个片子输出总是为零）所以就确定了问题所在并且更换了一个门这时电路就可以正常工作了。

实验总结与感受
电路的安装与调试是我们这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难的阶段。

在整个过程中我和我的搭档们把在问题检测不出来得时候把电路重新连接了几遍，因为图纸设计和理论是最基础得，所以我们花了一个下午的时间来进行检查，电源，信号源与数显部分基本没有问题，唯一有争议得就是报警与LED灯的指示作用部分。

在详细分析这两个部分之后我和我的同伴就开始了实物安装，我们非常认真细致的安插，安装一个检查一个，安装好之后用万用表来检测。

因为如果不检测得话当电路都级联在一起的时候就很难检查出电路故障，在接了几次之后，发现还是有些复杂而不像刚开始想象的呢般简单，线太多了，
常搞得我们头昏眼花得。

而且还发现元器件室没有我们要得74LS90，74LS48芯片，于是我们就决定重新设计电路图，用74LS192芯片，我们对74LS192并不是很熟悉，只知道它们功能相似，但是对于其真正的工作原理，却一知半解，于是我就上网搜索了它的管脚图与功能图并且很快的设计出了电路图，这之后我和我的同伴马上重新要了几个芯片，开始了实物安装，还是像第一次那样，依然很认真细致的做。

装好之后电路运行正常，这是我们都很兴奋可是过了一会之后电路又开始显示乱码，一会计数正常一会又是乱码或是只出现奇数，而且蜂鸣器与指示灯也不是很稳定，于是又把电路重新检查一遍，用万用表测量芯片的时候有的管脚一会没有压降，一会有压降。

当我们把整个电路图又重新研究了几遍之后发现可能是面包板下面得引脚太长互相碰触引起或者是触发器给出得高低电平不准确导致电路不能够准确辨认所以出现这些问题。

而且实际电路的运行中不是在后三秒而是在其他数字得时候报警，于是就开始检测或非门跟或门以及与门是否能够正常工作（用高低电平直接接进门电路却发现有一个片子输出总是为零）所以就确定了问题所在并且更换了一个门这时电路就可以正常工作了。

数电课是我们上个学期的重点课程，应该可以说是我比较感兴趣的一个课程。

因为数电跟模电是一个老师带得所以最初的时候还没有从模电的思维转换过来，不过最后还好我渐渐的发现了数电本身的乐
趣就觉得数电也挺简单得。

也就很期待我们数电课程设计的到来，很快经过三个紧张而又充实的礼拜课程设计也接近了尾声，经过三周的奋战我的课程设计终于完成了。

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对我所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

通过这次课程设计，我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

此次课程设计使我重新又学习了数字电子技术的有关知识，电子电路mulsitis, word等常用办公软件掌握的更加熟练，以及了解了更多的常用芯片的工作原理与工作方式。

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。

最后终于做完了有种如释重负的感觉。

此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导与帮助。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力。

相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

附录:
1.元器件清单
2、集成电路芯片管脚图
3、总体电路图
R1R2R3R4300Ω
R5R6R7300Ω
U4
4511BD_5V
D A 7D B 1D C 2D D
6
O A 13O D 10O E 9O F 15O C 11O B 12O G
14~E L 5~B I 4~L T
3
U3
4511BD_5V
D A 7D B 1D C 2D D
6
O A 13
O D 10O E 9O F 15O C 11O B 12O G
14
~E L 5~B I 4~L T
3
1413
12111098R8R9R10R11R12R13R14300Ω
16182022242628
U1
U2
123456715171921232527
U5
74LS192D
A 15
B 1
C 10D
9
U P 5Q A 3Q B 2Q C 6Q D
7
D O W N 4~L O A D 11~B O 13~C O
12
C L R
14
G N D
8
V C C
16
U6
74LS192D
A 15
B 1
C 10D
9
U P
5Q A 3Q B 2Q C 6Q D
7
D O W N 4~L O A D 11~B O 13~C O
12
C L R
14
G N D
8
V C C
16
U17
NOR4
U7
NOR429303132
U19OR2U10OR2U13
NOT U15
AND435
3633
344243
41U14AND2
39
U18OR247
U8
NOT 44R24300Ω
LED2
49
R23300Ω52
40
J2
Key = A
U9AND2
48
50
R16300Ω
U21A
7476N
1J
41Q
15~1Q
14
1K
16
~1CLR
3
1CLK 1
~1PR
2
57
46
U16
BUZZER
200 Hz
51
V2220 Vrms 50 Hz 0°
T2
TS_PQ4_10
D3MDA2501
1
2
4
3
C31mF
C5
4.7uF
C6
100uF U20
LM7805CT
L I N E
V R E G
C O M M O N
V O L T A G E 64
63
62
61
60
37
VCC
OUT
U11
555_TIMER_RATED
GND
DIS RST THR CON
TRI C110uF
C210nF
D11N4001D2
1N4001
R17
72.1kΩ38
R1572.1kΩ
58565945
55
74ls20。