盲人报时器数电课程设计.docx

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盲人报时器数电课程设计

2011-2012学年第二学期

《数字电子技术》

课程设计报告

题目：

盲人报时器的设计

专业：

电子信息专业

班级：

10信息本1

姓名：

王高登

指导教师：

冯锁

电气工程系

2012年5月24日

1、任务书

课题名称

盲人报时器的设计

指导教师（职称）

冯锁（讲师）

执行时间

2011~2012学年第二学期第14周

学生姓名

学号

承担任务

王高登

1009121059

设计目的

1.熟悉掌握计数器的应用。

2.加深对加减循环计数和显示电路的理解。

设计要求

1.熟悉掌握计数器的应用。

具有时、分、秒计时功能（小时1~12），要求用数码管显示。

2.具有手动校时、校分功能。

3.设有报时、报分开关。

当按报时开关时，能以声响数目告诉盲人。

当按报分开关时，同样能以声响数目告诉盲人，但每响一下代表十分钟（报时与报分的声响的频率应不同）。

4.画出电路原理图。

5.进行电路的仿真和调试。

盲人报时器的设计

摘要

本次《数字电子技术》课程设计的目的是设计一个盲人报时器。

盲人报时器是由控制电路，声响模块，时间模块，数码管组成。

通过对设计目的和要求的分析，振荡器电路由555定时器构成，提供给数字钟一个频率稳定准确的1kHz的脉冲，可以保证数字钟的准确走时及稳定性。

时间计数器电路用74LS160同步十进制计数器分别构成电路构成秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器以及时个位和时十位计数器电路构成。

译码驱动电路用74LS48来实现这个功能并且可以为数码管正常工作提供足够的工作电流。

数码管采用共阴极LED数码管。

本次设计采用TTL集成电路。

最后通过Multisim仿真软件对设计的盲人报时器进行验证。

关键词：

报时、振荡器、时间计数器

目录

第1章绪论..............................................................................................................................4

第2章系统设计方案论证及分析..........................................................................................5

2.1原理................................................................................................................................5

2.2工作模块及功能............................................................................................................5

2.3各单元模块设计和分析................................................................................................5

2.3.1多谐振荡器电路...................................................................................................5

2.3.2计数器..................................................................................................................5

2.3.3校时电路..............................................................................................................8

2.3.4报时电路...............................................................................................................9

2.3.5译码显示电路.....................................................................................................12

2.4工作过程......................................................................................................................13

2.5总电路图的仿真...........................................................................................................14

结束语........................................................................................................................................15

参考文献....................................................................................................................................16

附录一........................................................................................................................................17

附录二........................................................................................................................................18

插图清单

图2-1盲人报时器原理框图.............................................................................................5

图2-2555定时器构成多谐振荡器..................................................................................5

图2-374LS160管脚排列图.............................................................................................6

图2-4秒、分六十进制计数器.........................................................................................7

图2-5小时十二进制计数器.............................................................................................8

图2-6基本RS触发器......................................................................................................9

图2-774LS192管脚排列图.............................................................................................9

图2-8报分电路...............................................................................................................10

图2-9报时电路...............................................................................................................11

图2-1074LS283引脚图.................................................................................................11

图2-11共阴极七段显示数码管.....................................................................................12

图2-1274LS48引脚图...................................................................................................12

表格清单

表2-174LS160功能表..........................................................................................................7

表2-274LS192功能表.....................................................................................................9

表2-374LS48功能表........................................................................................................13

第一章绪论

进入21世纪以来，人类的科学技术有了新的突破和发展，特别是近几年来，电子技术的飞速发展给人们带来了无限的便利和舒适，人类的传统生活方式也发生着翻天覆地的变化。

随着电子技术的不断发展，传统集成电路技术的缺点和局限性越发明显，其不稳定性、易干扰性等大大限制了该技术的应用，且有阻碍电子技术发展的趋势。

而后来兴起的数字电子电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。

本设计是设计的是盲人报时钟，它是一种简易盲人报时钟电路，主要是采用一些简单的电子元件即可，振荡器电路由555定时器构成，提供给数字钟一个频率稳定准确的1kＨz的脉冲，可以保证数字钟的准确走时及稳定性；时间计数器电路用74LS160同步十进制计数器分别构成电路构成秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器以及时个位和时十位计数器电路构成。

译码驱动电路用74LS48来实现这个功能并且可以为数码管正常工作提供足够的工作电流。

数码管采用共阴极LED数码管。

报时电路，可以通过摁下开关，设定，分别每十分钟，每小时报一次时，由与非门构成双稳态触发器，再做为校时电路。

通过本次设计能使我们对电子工艺的理论有了更进一步的系统了解。

一方面使我充分了解了数字电子在实际中的应用，各元器件的工作原理及过程，让我认识到自己对实践环节知识的缺乏，锻炼了我的实践能力，同时我也深深的感到自己还不能将所学的东西完全理解掌握，在动手方面的能力还有待提高；另一方面我接触到了Multisim仿真软件，它的仿真过程很强大，这也更好的培养了我关于数字电子方面的兴趣。

总而言之，这次课程设计我的收获很大，在今后的学习中我会脚踏实地，更好的将书本上的理论与实践相结合，努力充实和完善自己我们了解到了设计小电子产品的一些常规方法，以及培养了我们团队合作的能力，在讨论设计方案，计算元件，仿真方面都体会到了团队的力量。

第二章系统设计方案论证及分析

2.1.原理

原理框图如图2-1所示

声响模块

控制模块

数码管

扫描电路

时间模块

图2-1盲人报时器原理框图

2.2工作模块及功能

（1）控制模块：

利用晶体振荡电路控制脉冲信号，以保证时钟走时的准确及稳定。

（2）声响模块：

扬声器：

利用脉冲信号控制声响次数告诉盲人时间。

（3）时间模块：

利用脉冲信号控制计数器实现时分秒的调试，开始报时后将信号送给扫描电路。

（4）扫描电路：

扫描电路接受信号，与计数器同步工作。

（5）数码管：

连接数码管显示时间。

2.3各单元模块设计和分析

2.3.1多谐振荡器电路原理

多谐振荡器采用集成电路555定时器与RC组成，设产生振荡频率为f0=1000HZ，R3为可调电位器，微调R3可调出1000HZ的脉冲信号，如图2-2

图2-2555定时器构成多谐振荡器

2.3.2计数器

（1）由74LS160构成秒、分的六十进制计数器的十位和个位

报时钟的“秒”、“分”信号产生电路都是由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路为十二进制计数器。

它们都可以用两个“四位二进制同步加法计数器”来实现。

利用74LS160芯片的预置数功能，也可以构成不同进制的计数器，如图2-3表2-1实现。

图2-374LS160管脚排列图

管脚图介绍：

时钟CLK和四个数据输入端A,B,C,D；

数据输出端QA~QD

清零~CLR

置数~LOAD

使能ENP，ENT

以及进位输出RCO.（RCO=Q0·Q1·Q2·Q3·ENT）

<74LS160功能表>

从74LS160功能表功能表中可以知道，当清零端CLR=“0”，计数器输出QD、QC、QB、QA立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。

当CLR=“1”且LOAD=“0”时，在CLK信号上升沿作用后，74LS161输出端QD、QC、QB、QA的状态分别与并行数据输入端A，B，C，D的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CLR=LOAD=ENP=ENT=“1”、CLK脉冲上升沿作用后，计数器加1。

74LS160还有一个进位输出端RCO，其逻辑关系是RCO=Q0·Q1·Q2·Q3·ENT。

合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS160可以组成16进制以下的任意进制分频器。

输入

输出

CLR

CLK

LOAD

ENP

ENT

D

C

B

A

QD

QC

QB

QA

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

0

0

0

0

1

?

0

Ф

Ф

d

c

b

a

d

c

b

a

1

?

1

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

QD

QC

QB

QA

1

?

1

Ф

0

Ф

Ф

Ф

Ф

QD

QC

QB

QA

1

?

1

1

1

Ф

Ф

Ф

Ф

状态码加1

表2-174LS160功能表

（2）秒与分个位计数器

74LS160被接成十进制计数器，其置数输入端A、B、C、D被接成低电平，~LOAD接高电平,ENP、ENT接CLK端控制进位。

计数器的输出端QA~QD接译码电路74LS48的输入端D~A。

当秒脉冲输入时，电路状态按二进制自然序列依次递增1，QA、QB、QC、QD输出为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001,当输出为1010，也就是10时，QA,QC输出都为1，经过一个与门后一路经反相后送入或非门的一个输入端，输出送往计数器的清零端CLR使秒计数器清零，另一路经反相后作为进位脉冲送入秒十位计数器的脉冲输入端。

传送给高位进位脉冲

分计数器的连接方法与秒计数器的相同，分计数器向时计数器送进位脉冲。

秒、分的六十进制计数器的构成如图2-4所示。

接译码器

接收时钟脉冲

图2-4秒、分六十进制计数器

（3）由74LS160构成十二进制计数器

十二进制计数器由两个74LS160构成，个位是十进制，要求状态变化在0000~1001间循环，十位是二进制，状态变化在0000~0010间循环，显示为0~12小时。

原理是由分计数器送来的进位脉冲送入十个位计数器，电路在分进位脉冲的作用下按二进制自然序列递增1，当计数到12，这时小时个位输出0010（也就是2），小时十位输出0001（也就是1），小时十位计数器只有QC端有输出，小时个位计数器只有QB端由输出，将QB,QC端接入二输入与非门，与非门输出一路先送入十位计数器的清零端然后取反送入或非门的另一个输入端，输出接小时个位计数器的清零端，其每十小时清零并向小时十位计数器送进位脉冲，当十位输出为一，小时个位输出为二时，将整个电路清零。

两个74LS160构成小时的十二进制计数器框图，如图2-5所示

接译码器

接译码器

接收脉冲信号

给高进位脉冲

接低位进位脉冲

图2-5小时十二进制计数器

2.3.3校时电路

当时钟显示不准确时，需要校准时间，校准时间的方法有很多，常有的有“快速校时法”。

由与非门构成双稳态触发器，可以将1Hz的“计数进位信号”送至“计数器的CP端”，其工作过程为：

当接通校时开关时，与非门输出一个低电平和一个高电平。

“计数器进位信号”通过“校时CP端”送至“计数器的CP端”，是“计数器”在“秒”信号的控制下“快速”计数，当校时电路打到A时，秒计数器经过与非门，发出一个分计数脉冲，进行一次计数。

当校时电路打到B的分计时器CP时，开始进行校时，以达到准确的时间。

当校时电路打到C时，开始进行准确的校时，当校时电路打到D时，时计数器可以接收到由分计数器发出的脉冲信号。

但本设计要求有手动校时，因此要分别设定校分，校时开关，并用基本的RS触发器设定相应的消抖电路，如图2-6所示。

图2-6基本RS触发器

2.3.4报时电路

报时电路要求为人按动报时、报分电路开关时分别用不同的声响报告时间。

当按报时开关时，能以声响次数告诉盲人；当按报分开关时，同样以声响次数告诉盲人，不同为每响一次代表十分钟。

由于设计的报时报分具有实时性，所以器件方面选用74LS192的减法功能直接连接产生的脉冲，用以驱动蜂鸣器，74LS192的逻辑引脚图如图2-7，表2-2所示

图2-774LS192管脚排列图

74LS192为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，管脚图介绍：

UP为加计数端

DOWN为减计数端

~LOAD为置数端

~CO为非同步进位输出端

~BO为非同步借位输出端

A~D为四个数据输入端

QA~QD为四个数据输出端

CLR为清零端

表2-274LS192功能表

CLR

~LOAD

UP

DOWN

功能

H

X

X

X

置0

L

L

X

X

置1

L

H

H

H

保持

L

H

上升沿触发

H

加法计数

L

H

H

上升沿触发

减法计数

H：

高电平

L：

低电平

X：

高低电平皆可

报分，报时电路如图2-8，图2-9所示

连或门与报时电路接一个蜂鸣器

接脉冲信号

图2-8报分电路

图2-9报时电路

报时电路由74LS192连接74LS283组成，74LS283引脚如图2-10所示。

图2-1074LS283引脚图

74LS283为4位二进制超前进位全加器，283可进行两个4位二进制数的加法运算，每位有和输出Σ1~Σ4，进位由第四位得到C4。

其电源电压为7v。

引出端符号

A1–A4运算输入端

B1–B4运算输入端

C0进位输入端

Σ1–Σ4和输出端

C4进位输出端

2.3.5译码显示电路

电路由译码器集成电路74LS48，共阴极LED数码管构成。

计数器74LS161及74LS192输出的为四位二进制数，经译码电路译码输出端控制LED管显示十进制数0~9。

译码显示电路选用BCD-7段锁存译码。

七段显示数码管的外部引线排列如图2-11图2-12，表2-3所示。

图2-11共阴极七段显示数码管

图2-1274LS48引脚图

表2-374LS48功能表

DECIMAL

OR

FUNCTION

D

C

B

A

a

b

c

d

e

g

f

NOTE

0

H

H

L

L

L

L

H

HH

H

H

H

H

H

L

1

1

H

×

L

L

L

H

H

L

H

H

L

L

L

L

1

2

H

×

L

L

H

L

H

H

H

L

H

H

L

H

3

H

×

L

L

H

H

H

H

HH

H

H

L

L

H

4

H

×

L

H

L

L

H

L

H

H

L

L

H

H

5

H

×

L

H

L

H

H

H

L

H

H

L

H

H

6

H

×

L

H

H

L

H

LL

L

H

H

H

H

H

7

H

×

L

H

H

H

H

H

H

H

L

L

L

L

8

H

×

H

L

L

L

H

H

H

H

H

H

H

H

9

H

×

H

L

L

H

H

HH

H

H

L

L

H

H

10

H

×

H

L

H

LH

H

L

L

L

H

H

L

H

11

H

×

H

L

H

H

H

L

L

H

H

L

L

HH

12

H

×

H

H

L

L

H

L

H

L

L

L

H

H

13

H

×

H

H

L

H

H

H

L

L

H

L

H

H

14

H

×

H

H

H

LH

H

L

L

L

H

H

H

H

15

H

×

H

H

H

H

H

LL

L

L

L

L

L

L

BI

×

×

×

×

×