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2020-12-22 03:26 上傳
總體思路：選用2個74LS190，它們是具有加、減功能的十進制計數器，并且選用了555多諧蕩器，它的作用是產生一個1Hz的方波信號作為時鐘信號。又因為我們要選用2片計數器。我們采用計數器的串行級聯(lián)的方法因為每個片子以及各種元件均需要一個5V的直電源來區(qū)動，故我們還需要用一個8V的變壓器，整橋與一個三端穩(wěn)壓器來設計一個電源，使最終輸出5v。然后還需要兩個74LS47譯碼器與兩個共陽數碼管來對計數器所記得數進行翻譯和顯示。當倒計時顯示進行到03，02，01這三個數字得時候就報警，以蜂鳴器響聲來表示；系統(tǒng)能開機復位，包括計數器清零，指示燈亮。從而達到要求。 1.2整體設計框圖1.21方案一   1.22方案二
1.23方案確定方案一和方案二基本無太大差異，我們選擇方案二，我們用74LS190+74LS47+7段共陽顯示數碼管構成電路的主體，在加入開機復位和指示燈控制電路。192功能比190多，使用比190會比190復雜。用190和7447設計數顯聲響倒計時更加簡單。
2、單元電路設計和基本原理
2.1電源設計 基本設計思路如下圖整體電路框圖 整體電路由以下四部分構成： 電源變壓器：將交流電網電壓U1 變?yōu)楹线m的交流電壓U2。 整流電路：將交流電壓U2 變?yōu)槊}動的直流電壓U3。 濾波電路：將脈動直流電壓U3 轉變?yōu)槠交闹绷麟妷篣4。 穩(wěn)壓電路：當電網電壓波動及負載變化時,保持輸出電壓Uo 的穩(wěn)定。
電路原理分析 本次設計首先采用變壓器把220V 交流電變成所需要的電壓。利用二極管的單向導電性，可以設計出把交流電變成直流電的電路；再根據電容的濾波作用，輸出紋波較小的直流電， 從而得到平滑的直流電壓； 最后通過穩(wěn)壓塊的穩(wěn)壓作用，就可以得到輸出穩(wěn)定的直流電壓源。 (1) 電源變壓器 電源變壓器的作用是將電網220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。根據設計要求， 輸出最大1A ，線圈匝數之比約為55：2  (2) 整流電路整流電路一般由單項導電性的二極管構成，整流電路為應用廣泛的橋式整流電路。電路中采用了4 個二極管，整流過程中， 4 個整流管輪流導通，無論正半周還是負半周，流過負載的電流方向一致，形成全波整流，將變壓器處的交流電壓變成了脈動直流電壓。
3）濾波電路 交流電經整流電路后可變?yōu)槊}動直流電，但其中含有較大的交流分量，為使設備上用純凈的交流電， 還必須用濾波電路濾除脈動電壓中的交流成分。常見的濾波電路有：電容濾波電路、電感濾波電路、電感電容濾波電路。在此電路中，由于電容濾波電路電路較為簡單、且能得到較好的效果，故選用此電路。在加入電容濾波電路后， 由于電容是儲能元件， 利用其充放電特性，使輸出波形平滑，減少脈動成分，以達到濾波的目的。為了使濾波效果更好，可選用大容量的電容為濾波電容。因為電容放電的時間常數越大，放電過程越慢，脈動成分越少，同時使得電壓更高。濾波電容一般選幾十至幾千微法的電解電容， 4）穩(wěn)壓電路 原件參數計算與選擇  為了使電路正常工作， 所以變壓器的輸出電壓的平均值至少應為 8V，因為我們選用7805（輸入電壓10v,最小輸入電壓7v,輸出電壓5v，最大輸出電流1A。）此選擇雙8V/8W 的變壓器。 （3）電容大小的選擇  C3電容耐壓值 經過計算取耐壓值為21v的電容,通過以前的實驗可知 2200u/25V 的電解電容效果更好。穩(wěn)壓器前取小電容4.7uf,C4選擇0.1uf，c5選擇0.1uf,選擇0.22uf.
2.2信號源利用555集成定時器，構成多諧辰蕩器用來產生1Hz的矩形波信號。 （1）555定時器的引腳排列 2.21參數計算我們采用555定時器構成多諧振蕩器的原理很簡單，只要將施密特觸發(fā)器的反相輸出端經RC積分電路接回輸入端即可。當接通電源以后，因為電容上的初始電壓為0，所以輸出為高電平，并開始經電阻R向電容C充電，當充到輸入電壓為Vi=Vt+時，輸出電壓跳變?yōu)榈碗娖剑娙軨又經過電阻R開始放電。當放至Vi=Vt-時，輸出電位又跳變?yōu)楦唠娖剑娙軨重新開始充電，如此周而復始，電路便不停的振蕩.由Vc的波形求得電容C2的充電時間T1和放電時間T2各為 充電時間 T1=R1Cln2 放電時間 T2=R2 Cln2 振蕩周期為T=T1+T2=（R1+R2）CLn2 振蕩頻率為f=1/T 通過改變R和C的參數即可改變振蕩頻率。 輸出脈沖的占空比為q=T1/T 為了得到占空比為50%的脈沖，可采用占空比可調的可調電路。電容的充電電流和放電電流流經不同的路徑，充電電流只經過R1，放電電流只經過R2，因此電容充電時間變?yōu)門1=R1CLn2而放電時間變?yōu)門2=R2CLn2，故輸出脈沖占空比為a=R1/（R1+R2）取R1=R2則可得到占空比為50%的信號源。經以上分析及計算R1=R2=72.5kQ，C=10uF。同時考慮到實際中不可能存在兩個阻值完全相等的電阻，因此在R1和R2之間可加入一個10kQ的電位器，通過調節(jié)電位器已達到R1、R2阻值完全相等的目的。 （4）仿真顯示，結果顯示周期為1秒，即信號頻率為10Hz。 2.3譯碼電路和顯示電路譯碼器原理（74LS47）  74LS47是BCD-7段數碼管譯碼器驅動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉化成數碼塊中的數字。譯碼器的邏輯功能是將每個輸入的二進制代碼譯成對應的輸出的高、低電平信號。常用的譯碼器電路有二進制譯碼器、二--十進制譯碼器和顯示譯碼器。譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。 74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用，下圖為74LS47的真值表，表示出了它與數碼管之間的關系。 74LS47是BCD-7段數碼管譯碼器/驅動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉化成數碼塊中的數字，通過它解碼，可以直接把數字轉換為數碼管的顯示數字。74LS47為低電平作用。
顯示電路圖： 將74LS47與7段顯示數碼管相連即可以將190輸出的數字顯示在數碼管上，數碼管加1K的限流電阻。 2.4倒計時電路設計 190的預置是異步的。當置入控制端（LD）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0~Q3）即可預置成與數據輸入端（DO~D3）相一致的狀態(tài)。CO/BO 進位輸出/錯位輸出端 CP時鐘輸入端（上升沿有效） CT計數控制端（低電平有效） DO~D3并行數據輸入端 LD異步并行置入控制端（低電平有效） Q0~Q3輸出端 RC行波時鐘輸出端（低電平有效） U/D加/減計數方式控制端 190有超前進位功能。當計數溢出時，rco端輸出一個低電平脈沖，即可以用作高位芯片的信號輸入。高位片RCO和信號源相與既可以構成停止電路。 當PL端為低電平時，190可以通過D0~D3便可以預置數。 令E端接地，D/U非端接高電平，兩片190即可構成倒計時電路。在和74ls47與7段顯示數碼管既可以正常顯示和計數。
倒計時電路計數器圖： 2.5開機復位電路和指示燈控制電路計數器的工作是由信號源與手動開關共同控制的。控制模塊是由J一K觸發(fā)器構成，而實驗中所用到的74LS112是一個用JK觸發(fā)器構成的T’觸發(fā)器 JK觸發(fā)器它具有比較強的邏輯功能，具有置1、置0、計數和保持功能。通常在時鐘后沿發(fā)生翻轉。 表2-5JK觸發(fā)器邏輯功能表
R稱為異步置0端，其作用是使觸發(fā)器在任何時刻都能被強迫置零而與CP,J,K值無關，也可以叫直接置0段。圖示R是低電平有效的置0端，若輸入為0則使觸發(fā)器置0。同理S為異步置1端。（注：R與S均為低電平有效）利用R非端接低電平既可以保證Q端為低電平。如右圖，當R非端接低電平以后，Q一直保持低電平， 我們要保證電路開始時JK觸發(fā)器初態(tài)Q=0，怎么保證呢？我們在Rd’端加如圖的CL電路， 選擇帶置數清零端的JK觸發(fā)器進行復位，JK觸發(fā)器的J、K、端接高電平，當JK為高電平時，每當有時鐘信號輸入時，觸發(fā)器的狀態(tài)就會發(fā)生翻轉，打開電源開關瞬間，JK觸發(fā)器的Rd端接低電平有效清零，待電容C1充電完成之后Rd端變?yōu)楦唠娖剑辶銦o效，故保持原狀態(tài)，上電復位完成；開關閉合一次， CLK端得到一個下降沿，當前狀態(tài)反轉一次，使可以達到復位/計時效果。其中的開關K是一個脈沖開關，按下開關后就對JK觸發(fā)器有一個信號觸發(fā)器能夠保持這個信號，其輸出端連接計數器預置數端，從而控制計數器的預置數功能，信號源提供計數器的時鐘信號。這樣以來，計數器輸出端（Q0～Q3）就可以預置成數據輸入端（D0～D3）相一致狀態(tài)，實現(xiàn)復位功能. 指示燈控制用190高位片和JK觸發(fā)器構成的T’觸發(fā)器組成，在開機時Q端輸出低電平，而190高位片RCO端輸出高電平，在開始計數時Q端由低電平跳轉到高電平，經過與門后指示燈亮，當倒計時結束，RCO端輸出低電平，相與后為低電平，指示燈滅。
2.6停止電路74LS190RCO在借位或進位后輸出一次低電平。低電平和信號輸入端相與即可構成停止電路。 用與門連接555的信號輸出端和190高位片的RCO端即可構成停止電路，左圖從上向下黃色的線連接的為高位片RCO，中間的藍色線為555定時器信號輸出端，最下面的紅色線為上面兩條線相與的結果，當計數到零時RCO端由高電平變?yōu)榈碗娖剑绻蜁r鐘信號相與將沒有時鐘信號輸入，計數停止。 原理如下圖 2.7報警電路據任務書要求，電路具有最后3秒報時功能。要求響半秒，停半秒共三下；這一功能的實現(xiàn)思路為：最后三秒響，那么就將最后三秒的信號取出；其半秒信號的時可由信號源控制，因為信號源是一個占空比為50%的1H吧信號源，其波形中1秒的周期內有50T即半秒的時間是高電平，那么高電平就可以區(qū)動蜂鳴器報警 設計過程如下 
化簡可得Y1=A’B’C’D’=(A+B)’·(C+D)’ Y2卡諾圖化簡可得
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Y2=(A+B)’·(C+D) Y=Y1·Y2  邏輯圖如右圖
所以報警電路是由如上圖所示的或門、非門、與門構成， 當03，02，01秒到來時，在和555的信號輸出端相與就會實現(xiàn)秒響半秒停半秒。
3、系統(tǒng)安裝與調試3.1.步驟方法 把電路分成各個部分，每個部分測試無誤后和下一部分相連。 裝調步驟如下： 1、7447與7段數碼管調試 2、1秒信號源的連接于調試。 3、計數器的連接和調式 4、停止電路連接與調試 5、控制電路測試與調試 6、報警電路的連接和調試。 故障及處理 7447與7段數碼管調試
3、計數器的連接和調試
3.3總結與體會
附錄1：整體電路圖 附錄2整體實物圖 附錄3：器件管腳與功能說明
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