9为数显定时器

1目录1.实验目的.2.实验任务和要求.3.设计方案的选择.4.实验原理.5.电路主要元器件介绍.6.电路焊接及调试.7.故障分析.8.仪器仪表清单.9.心得体会.10.致谢.11.参考文献.2一、实验目的：本课程为电子、通信类专业的独立实践课，该课程设计建立在电路基础低频与高频电子线路等课程的基础上，主要让学生加深对高频电子线路理论知识的掌握，使学生能把所学的只是系统地、高效地贯穿到实践中来，避免理论与实践的脱离，同时提高学生的动手能力，并在实践中不断完善理论基础，有助于培养学生综合能力。二、实验任务和要求：2.1任务：根据数电模电知识，设计一个具有较高精度的9为数显定时器。2.2要求：1.具有数码管显示9秒的定时功能；2.定时器为9秒递减定时；3.数显定时器的记数频率可调；三、设计方案的选择：3.1方案一：它是由555电路组成的多谐振荡器构成实际脉冲发生器，一只可预置数二进制同步可逆计数器74LS193组成的脉冲计数器，译码和显示驱动器4511组成，它将输出的BCD码译码后通过数码器显示出来。R1220R210kR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555C10.01ufD015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U274LS193A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U374HC4511R3220R4220R5220R6220R7220R8220R91kC31uFD2DIODED1DIODER1010kRV11k+12v33.2方案二：同方案一一样，不过改变了多谐振荡器电路，使之更加简明容易操.R1470R010kR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555C10.01uFC222uFD015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U274LS193A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U374HC4511R2470R3470R4470R5470R6470R7470+544%RV150k43.3方案三：在方案二的基础上，不改变多谐振荡器，可逆计数器改为74LS192，七段显示译码器改为输出低电平有效的74LS47，因此数码管也改为共阳极的。R1470R010kR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555C10.01uFC222uFR2470R3470R4470R5470R6470R7470+545%RV150kA7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U474LS47D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U274LS192经过选择优化后，决定使用方案二的电路组为最终电路，原因是方案二在以后的焊接及功能方面更容易操作，并且元器件容易领取。方案三虽好，可是共阳极数码管不如共阴极数码管常见。5四、实验原理：4.1电路工作原理图：时钟脉冲发生器———脉冲计数器———译码驱动器———数码显示器4.2各模块电路的设计及其原理图：4.2.1时钟脉冲发生器的设计：它是由555电路组成的多谐振荡，其振荡周期T=0.7(R1+R2)*C2，电路中R1=R0+R滑上，R2=R滑下．当电源接通后电容Ｃ2被充电，当VC上升到２／３VCC时，使V0为低电平，同时放电三极管Ｔ导通，此时电容Ｃ2通过R滑下和Ｔ放电，VC下降，当VC下降到１／３VCC时，V0翻转为高电平。电容器放电时间为：tpl=R2*C2*ln2=0.7R2*C2。当放电结束时Ｔ截止，VCC将通过R1,R2向电容6Ｃ充电，VC由１／３VCC上升到２／３VCC所需的时间为tph=(R1+R2)*C2*ln2=(R1+R2)*C2*0.7，当vc上升到２／３VCC时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，在电路的输出端就得到一个周期性矩形波：f=1/(tpl+tph)=1.43/[(R1+R2)C2],此电路振荡周期可以由电位器来调节。4.2.2脉冲计数器的设计：D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U274LS193A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U374HC4511脉冲计数器是由一直预置二进制数同步可逆计数器７４ＬＳ１９３组成，它能对时钟脉冲进行加减记数，并在Q0-Q3输出四位二进制数。此电路中７４ＬＳ１9３接成减计数器，通过将D0，D3接高电平，D1，D2接低电平，得到二进制数１００１，可将计数器预置位９.同时时钟脉冲发生器工作，输出时钟脉冲，由５５５三号引脚输出的时钟脉冲输入到７４ＬＳ１９３的减记数端四号引脚。因此随着时钟脉冲的输入，计数器作减记数。计数器由９递减至０，然后由Q0-Q3输入４５１１译码驱动器。4.2.3译码驱动器的设计：7R1470D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U274LS193A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U374HC4511R2470R3470R4470R5470R6470R7470+5在BI=LT=0的条件下，当ＬＥ＝０时锁存器不工作，译码器的输出随输入码的变化而变化再经数码显示器显示读数。当ＬＥ由０到１，输入码被所存，输出Ｒ取决于所存器的内容，不在随输入变化而变化。84.3总电路设计：R1470R010kR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555C10.01uFC222uFD015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U274LS193A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U374HC4511R2470R3470R4470R5470R6470R7470+544%RV150k如图所示，把所有的单元电路按照逻辑关联方式联系在一起，电路便可以从９开始倒计时。9五、电路主要元器件介绍：５.１５５５定时器：555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。10５.２７４ＬＳ１９３芯片:74LS193是同步四位二进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有同步清除和同步置数等功能。５.３４５１１芯片：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，特点：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。11BI：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损坏。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，译码器输出被保持在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５.４７端数码管：7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管。12六、电路焊接及调试：６.１检测元器件：检测元器件是否可用，并记录元件的实际值。６.２电路焊接：按照设计好的的单元电路图连接好每一个单元电路，在调试好每个单元电路后，再把所有的相关的反馈电路联系在一起，按照所设计的总电路图进行连接，最后进行测试以达到最终任务书的要求。在焊接过程中，最容易出现的一种违反操作步骤的做法就是烙铁头不是先与被焊件接触，而是先于焊锡丝接触，熔化的焊锡滴落在尚未预热的被焊部位，这样很容易就产生焊点虚焊，所以烙铁头必须与被焊件接触，对被焊件进行预热是防止产生虚焊的重要手段。６.３调试：用５Ｖ电源接上电路板并接地，根据实验所需要的要求旋转可调电阻，调节数码管的显示频率，直到得到满意的结果为止。通电前检查。特别注意电源是否接错，电源与地是否有短接，电解电容的极性是否接反，集成电路和晶体管的引脚是否接错。通电检查。一定是调试好所需要的电源电压数值，然后才能给电路接通电源。电源一经接通，不要急于用仪器观测波形和数据，而是要观察是否有异常现象，如冒烟、异常气味、放电的声光、元器件发烫等。若有，应及时关闭电源，待排除故障后才可以接通电源。调试。按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试通过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后的整机联调创造条件。13６.４焊接好后的成品图：14七、故障分析：在实验中我们遇到了许许多多的问题，首先是在仿真中仿真软件的问题，总是不能自动开机复位，在换了仿真软件后问题解决；还有在连接实际电路的时候，倒计时电路总是随机少数字，把逻辑电路检查重新连接了好多遍都无法解决问题，后来在询问过老师和同学后才知道是信号源不够稳定，重新连接信号源后问题解决。还有在画电路图事，很容易把数码管选择错。八、仪器仪表清单：电容：0.01uf22uf2个电位器：50k1个电阻：10k*1470*78个555振荡器1个74ls1931个45111个七段数码显示管：共阴极1个直流电源：5V1个九、心得体会：经过一周的努力，我和同伴终于完成了9为数显定时器设计任务。从仿真到调试，遇到了许多的困难，比如脉冲信号工作周期不稳定、芯片和数码管选择不当以及电路连接错误等。虽然有的错误看起来小，但是查找起来确实麻烦，也就是小小的错误导致数码管工作异常，特别是个别引脚焊接错误时，自己非常难找到错误所在，这也许就是当局者迷吧。在同学的帮助下，很容易就找到了错误所在。期间和同学的合作非常融洽，他负责找资料，proteus绘图及仿真和焊板子，我就负责写实验报告书，找找电路图的错误等。同时我和他也深刻体会到了实验中的乐趣。我们深刻的了解到电源、信号源必须要足够的可靠、稳定，并不是仅仅能工作就行，当我的计数器发生随机少数字的问题时，我曾一直以为是电路的逻辑出了问题，检查了许多遍都没有发现问题所在，百思不得其解，浪费了很多时间，差点就要放弃了，后来通过请教其他同学才知道是信号源不够稳定，立刻重新连接信号源，故障解除。或者是换芯片，也能解决数字显示无规律问题。这就是怎样把在课堂所学的知识运用于具体实践中。在这次课程设计中我受益匪浅，提高了独立分析、思考与解决实际问题的能力。同时，对于书上所讲的555定时器和计数器以及七段显示译码器有更深的了解，更加理解了他们的功能。另外，做出了实物，内心也是很高兴的。十、致谢：15本次试验，特