数显秒发生器数电课程设计.doc

1、 目录1、设计任务：- 2 -1.1 摘要：- 2 -1.2 关键字：- 2 -1.3 技术指标：(含工作电源)- 2 -1.4 设计方案：- 2 -1.5 系统总框图如下：.- 3 -2、各功能模块设计：- 4 -2.1 电源模块：- 4 -2.1.1 电路图：- 4 -2.1.2 工作原理：- 4 -2.2.3 参数计算及器件选择- 4 -2.2 计数模块：- 5 -2.2.1 电路图 ：- 5 -2.2.2 工作原理- 6 -2.2.3 参数计算及器件选择：- 6 -2.3 显示译码模块：- 7 -2.3.1 电路图：- 7 -2.3.2 工作原理：- 7 -2.3.3 参数计算及器件选

2、择：- 8 -2.4 555芯片构成自激振荡电路：- 8 -2.4.1 555芯片封装：- 8 -2.4.2 电路图：- 10 -2.4.3 工作原理：112.4.4 参数计算及器件选择：113、系统测试113.1测试仪器123.2 电路板的测试123.3 遇到的问题及解决方案124、结果分析及设计工作总结:124.1结果分析：124.2设计工作总结：135、参考文献：136、附录：14附录一、元器件清单：14附录二、原理图：15附录三、PCB图：16附录四、实物图：171、设计任务：1.1 摘要：本课程设计设计的数显秒主要由电源电路、自激振荡器和十进制计数器、译码显示电路、上电及按键复位电路

3、数码管组成，实现时钟信号周期为1秒触发两位数码管显示00、01、02、99秒，并且周而复始1.2 关键字：数码管显示 时钟信号 555多谐振荡器 复位功能 加法计数器 复位电路 译码驱动 输出端1.3 技术指标：(含工作电源)(1)能让两位数码管显示00、01、02、99秒，周而复始；(2)时钟信号来自振荡电路(3)有上电及按键复位功能。1.4 设计方案：根据设计的要求,分四个部分进行设计：第一部分：电源模块。第二部分：由74LS90组成的十进制计数器；第三部分：由555芯片接成自激振荡电路，第四部分：译码显示电路；1.5 系统总框图如下：.图一：系统总框图2、各功能模块设计：2.1 电源模块

4、：2.1.1 电路图：图二：电源电路2.1.2 工作原理：因为本电路需要+5V的直流电源，使用7805三端稳压电路较为合适。为在7805端获得稳定电压，要求7805输入端电压比输出端电压高2.5V以上即输入端需要7.5V。故市电经变压器输出端需要9V（7.5*1.2=9V）的交流电，经D1-D4四个1N4007构成的桥式整流、C1电解电容滤波、C2去毛刺、三端稳压集成电路7805稳压后输出5V直流电，再经C3滤波、C4去毛刺，供给电路工作。2.2.3 参数计算及器件选择整流二极管的选取原则：每个整流二极管平均电流等于0.5倍负载电流；每个整流二极管反向耐压等于1.4倍的交流电源（有效值）。1N

5、4007可满足要求。滤波电容的选择：C1、C3是滤波电容，由可知，电路的功耗电流60mA左右，所以负载约为5/0.0683。又，算得C约为360600uF。故取470uF。图三：直流电源工作原理图2.2 计数模块：2.2.1 电路图 ：图四：一百进制加法计数器及复位电路2.2.2 工作原理U6和U7 为74LS90是二-五-十进制计数器，芯片引脚图如图3，它有两个时钟输入端CPA和CPB，其中CPA和QA组成一位二进制计数器：CPB和QDQCQB组成五进制计数器：若将QA与CPB相接，时钟脉冲从CPA输入，则构成8421BCD码十进制计数器。则两块7490即可构成100进制加法计数器。其低位的

6、时钟信号（CLK A）来自555的OUT端的信号,高位的时钟信号（CLK A）来自低位的QD输出信号。清零端（R01、R02）信号来自复位电路的信号。置位端（R91、R92）接地。这样低位的CLK A每接收到一个下降沿信号，输出就加1。74LS90的真值表如表一所示。当按下复位按钮K通电的瞬间，由于电解电容C3两端的电压不会突变，R17分压使得P2输出高电平R01=R02=1则计数器清零，从而是电路复位。等到电容充电完成后电容两端电压为5V，使得P2输出低电平R91=R92=0，从而电路正常计数。图五：74LS90封装表一： 74LS90真值表Reset Inputs复位输入 输出 R0(1)

7、 R0(2) R9(1) R9(2) Q3 QC2Q1 Q0 H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L LH X L X L COUNT L X L X L X X L XLLX 2.2.3 参数计算及器件选择：由于74LS90芯片为TTL门电路，当引脚外接的接地电阻超过2.5时，会使得引脚一直处于高电平，所以R20选即可。TTL门电路的稳定高电平为3V以上，为了能使按键按下去后P2为高电平则：，所以R18选。为了确保上电复位的稳定性，让电容充电时间T=RC长，延长P2的高电平时间，可选C3为2.3 显示译码模块：2.3.1 电路图：图六：显示译码

8、电路2.3.2 工作原理：图七: CD4511封装图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，特点如下：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。4脚（BI）是消隐输入控制端，、3脚(LT)是测试输入端，主要用来检测数码管是否损坏。 5脚（LE）是锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。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。CD451的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。表二： CD451

9、1真值表2.3.3 参数计算及器件选择：数码管显示数的方式为静态显示，数码管的段电流约为, 压降约为1.8V,CD4511的输出的电压约为5V。限流电阻的阻值为： 则取电阻R=1K可满足要求2.4 555芯片构成自激振荡电路：2.4.1 555芯片封装：图八：555封装图555芯片的内部含有两个电压比较器，一个RS触发器，一个分压器，一个放电晶体管三极管和一个功率后极输出级。是CMOS工艺制造的, 具体请见下图片.图九：555内部电路图NE555引脚功能介绍:1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值) 7放电8电源电压Vcc此芯片的内部中心电路是2个晶体三极管加正反馈组成

10、的RS触发器。NE555输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F，还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH2.4.2 电路图：17R1R2图十：555多谐振荡电路2.4.3 工作原理：利用555芯片构成多谐振荡电路，将555芯片的2脚和6脚连在一起，从555芯片的输出端（Q端）输出脉冲宽度为的矩形波。设电容的初始电压，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置，定时器输出此时，时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R-S触发

11、器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。由图（D）可知，振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。充电时间 T10.7(R1+R2)C6 放电时间 T20.7R2C6矩形波的振荡周期 T=T1+T20.7(R1+2R2)C6图十一：555多谐振荡电压波形因此改变、和电容C6的值，便可改变矩形波的周期和频率。2.4.4 参数计算及器件选择：取C6=10uF，由T=T1+T

12、2=1s 得R1+2R2142.86K,所以取R15=39K,R17=47K,RW=10K即可实现获得周期为一秒的的矩形脉冲。3、系统测试数量名称名称数量名称数量1示波器万用表1直流稳压电源3.1测试仪器3.2 电路板的测试（1）未上电前，认真检测焊接后的电路板是否焊接正确，同时检查线路内部是否出现断路、短路、虚焊等问题。（2）接通电源，观察是否有冒烟、烧断、烧焦、跳火、发热等不正常现象。如有发现，一定要先断电，再查线路。（3）检查所有芯片的电源脚和接地脚是否正确。用万用表表笔检测各芯片的工作电压是否正常。3.3 遇到的问题及解决方案问题1：由于PCB库里面的没有需要的数码管分装，自己画的时候

13、粗心把d脚跟e脚对调了。导致调试时本来该数码管的d脚亮的e脚亮，该e脚亮的d脚亮。解决：将两者之间的线对调。问题2：555多谐振荡周期偏大达不到需要的1s。解决：将R17换成阻值比较小的电阻。4、结果分析及设计工作总结:4.1结果分析：结果1：当通电后，复位电路上电复位，数码管显示00,后隔一秒数值加一。分析：因为在通电瞬间，复位电路的电解电容C3两端电压不会突变 ，使得74LS90的R0端（2脚、3脚）都为高电平，从而是电路复位，等到电容充电完成后电容两端电压为5V，使得74LS90的R0端为低电平，从而电路正常计数。又因为555的多谐振荡输出的矩形脉冲为1秒作为时钟脉冲，所以每过1秒就有一

14、个下降沿对应的计数器就加1，则数码管显示的数值也就加1。LM567的5脚对地波形结果2：当按下按键K时，数码显示会恢复为00，松开按键后，又会重新计数。分析：当按键按下时电路导通，R18分压使得74LS90的R0端为高电平，从而是电路复位。计数器被清零，则数码管恢复为00。当按键松开时，电路处于断开状态，74LS90的R0端为低电平，从而电路正常计数。结果3：当数码管显示99 后，下一个脉冲到来后数码管显示重新回到 00，并重新从 0递增跳变，周而复始。分析：由于两片74LS90接为一百进制加法计数器，所以当计数到99时，下一个时钟脉冲的下降沿到来时，本来是要跳变为100的。但由于只有数码管只

15、显示低两位，所以数码管相当于又开始从00计数。4.2设计工作总结：经过了上学期的模电课程设计，这次做起来相对轻松了许多。由于电脑的问题没有及时保存PCB重画了好多次，在这部分上花的时间比较多。但是好在我对protel软件的使用更加熟练。同时由数码管的问题说明细心也很重要。总的来说这次课程设计还算是比较顺利的没有出现太大的问题，但我还是从这次设计中学会很多，通过这次课程设计加强了我们动手、思考和解决问题的能力，同时也是我们懂得小心谨慎的重要性。同时对74LS90、555、4511芯片内部原理及其应用有了更深的理解。通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，了解了电路设计时模块化得重要性！

16、提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实际工作打下基础。在做课程设计的同时也是对课本知识的加强和巩固，让我们对本课程有了更深入、详细的了解。5、参考文献：1童诗白 华成英. 模拟电子技术基础 第四版.北京:高等教育出版社2阎 石. 数字电子技术基础 第五版.北京:高等教育出版社6、附录：附录一、元器件清单：器件名称器件型号数量（个）器件名称器件型号数量（个）芯片CD45112电容1022芯片74LS902电容1041芯片NE5551电解电容10uF2LED数码管共阴2电解电容470uF2二极管1N40074电阻2001三段稳压块LM78051电阻1K1516脚插槽DIP162电阻47K114脚插槽DIP142电阻39K18脚插槽DIP81印刷板10*81电位器10K1转印纸0.5复位按钮1附录二、原理图：附录三、PCB图：附录四、实物图：