數(shù)顯定時(shí)器設(shè)計(jì).doc

1TheUniversityofSouthChina電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目24秒數(shù)顯定時(shí)器學(xué)院名稱(chēng)機(jī)械工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師寧志剛朱衛(wèi)華班級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器071班學(xué)號(hào)20074600120學(xué)生姓名唐松明2010年10月19日224秒數(shù)顯定時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：該系統(tǒng)選用三端集成穩(wěn)壓器7805所構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電源作為整個(gè)系統(tǒng)的供電部分，采用以石英晶體為核心的振蕩電路為系統(tǒng)提供時(shí)鐘脈沖，再通過(guò)4060和D觸發(fā)器74LS74組成的分頻電路對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行15分頻,最后產(chǎn)生1HZ脈沖。利用兩片74LS90組成的計(jì)數(shù)電路對(duì)1HZ脈沖進(jìn)行24秒計(jì)數(shù)，再經(jīng)過(guò)兩片譯碼芯片CD4511進(jìn)行譯碼，最后由共陰極七段數(shù)碼管5161AS進(jìn)行數(shù)顯。關(guān)鍵字：直流穩(wěn)壓電源，石英晶體，分頻，譯碼，數(shù)顯ABSTRACT：Thesystemisanintegratedselectionofthree-terminalregulator7805composedofDCpowersupplyasthepowersupplypartofthewholesystem,usingquartzcrystaloscillationcircuitasthecoreofthesystemclockpulse,andthrough4060,andthecompositionofDflip-flop74LS74dividercircuitclockfrequencyfor15minutes,finallyresulting1HZpulse.Usingtwo74LS90componentcountcircuit1HZpulses24secondscount,andthenafter2decodingchipCD4511decoding,andultimatelythecommoncathodeseven-segmentdigitaltube5161AStodigital.KEYWORDS：DCPower，Crystal，Divider，Decoding，Digitaldisplay3目錄1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).41.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.41.2設(shè)計(jì)分析.41.3各模塊方案選擇和論證.41.3.1直流穩(wěn)壓電源模塊的選擇.41.3.2時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生模塊的選擇.51.3.3分頻電路模塊的選擇.51.3.4計(jì)數(shù)電路模塊的選擇.51.3.5譯碼數(shù)顯電路模塊的選擇.51.5最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.52各模塊電路的設(shè)計(jì)及其原理圖.62.1直流穩(wěn)壓電源模塊的設(shè)計(jì).62.2石英晶體振蕩電路模塊的設(shè)計(jì).72.3分頻電路模塊的設(shè)計(jì).82.4計(jì)數(shù)電路模塊的設(shè)計(jì).102.5譯碼數(shù)顯電路模塊的設(shè)計(jì).113收獲體會(huì).14參考文獻(xiàn).15附錄:.16附錄一系統(tǒng)Protel原理圖.16附錄二系統(tǒng)Multisim仿真圖.17附錄三系統(tǒng)PCB圖.18附錄四元件清單.1941系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1.任務(wù)：根據(jù)數(shù)電模電知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)具有較高精度的24秒數(shù)顯定時(shí)器。2.要求：1）具有數(shù)碼管顯示24秒的定時(shí)功能。2）定時(shí)器為24秒遞增定時(shí)，其計(jì)時(shí)間隔為1秒。3）畫(huà)出Protel原理圖，PCB圖4）一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5）做出所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的實(shí)物1.2設(shè)計(jì)分析：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)從以下幾點(diǎn)來(lái)分析：1）電源是電子設(shè)備的能源電路，關(guān)系到整個(gè)電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必不可少。2）由于本系統(tǒng)是設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)器，因此必須要有一個(gè)能夠產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的電路，而定時(shí)器對(duì)脈沖頻率的穩(wěn)定性要求較高，所以該電路的設(shè)計(jì)必須要考慮到穩(wěn)定性。3）一般產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率都很高，所以需要一個(gè)分頻電路，將源脈沖頻率給降下來(lái)，而且必須降為1HZ，這樣才能實(shí)現(xiàn)較好的定時(shí)功能。4）產(chǎn)生的1HZ時(shí)鐘脈沖必須經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，因此需要一個(gè)計(jì)數(shù)電路模塊5）計(jì)數(shù)電路模塊對(duì)脈沖所進(jìn)行的計(jì)數(shù)必須經(jīng)過(guò)譯碼電路譯碼后，才能驅(qū)動(dòng)顯示器顯示因此需要一個(gè)譯碼數(shù)顯電路模塊。1.3各模塊電路的方案選擇和論證根據(jù)設(shè)計(jì)分析的思路，該系統(tǒng)包括直流穩(wěn)壓電路，時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路，分頻電路，計(jì)數(shù)電路，譯碼數(shù)碼管顯示電路5個(gè)模塊。1.3.1直流穩(wěn)壓電源模塊的選擇方案一：根據(jù)模擬電子技術(shù)課程中的知識(shí)，穩(wěn)壓部分設(shè)計(jì)為由穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)壓優(yōu)點(diǎn)：操作方便，價(jià)格低廉缺點(diǎn)：穩(wěn)壓效果不好，不穩(wěn)定，而且需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路，比較復(fù)雜方案二：穩(wěn)壓電路部分由三端集成穩(wěn)壓管7805來(lái)穩(wěn)壓優(yōu)點(diǎn)：使用方便，外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，內(nèi)部有限流保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路工作安全可靠5缺點(diǎn)：價(jià)格相對(duì)穩(wěn)壓管要高，效率較低基于以上分析，本系統(tǒng)選用方案二1.3.2時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路模塊的選擇方案一：用555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路，來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)生的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小，輸出驅(qū)動(dòng)電流大缺點(diǎn)：產(chǎn)生的脈沖頻率穩(wěn)定性不夠高方案二：用石英晶體組成的石英晶體振蕩電路來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖優(yōu)點(diǎn)：石英晶體的選頻特性非常好，它有一個(gè)極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率fs，且等效品質(zhì)因素Q值很高，且與外圍電路中的R,C的數(shù)值無(wú)關(guān)，脈沖頻率穩(wěn)定性很高缺點(diǎn)：所構(gòu)成的振蕩電路，反相器74LS04價(jià)格相對(duì)較貴由于定時(shí)器需要一個(gè)十分穩(wěn)定與精準(zhǔn)的秒基準(zhǔn)脈沖，基于以上考慮，所以本系統(tǒng)選用方案二1.3.3分頻電路模塊的選擇方案一：采用一塊CD4060和一塊74LS390來(lái)構(gòu)成分頻電路方案二：采用一塊CD4060和一塊74LS74來(lái)構(gòu)成分頻電路本系統(tǒng)選擇方案二1.3.4計(jì)數(shù)電路模塊的設(shè)計(jì)該電路模塊的設(shè)計(jì)有很多方案，現(xiàn)舉以下兩種方案：方案一：選用兩塊74LS161四位同步計(jì)數(shù)器，一塊74LS00與非門(mén)構(gòu)成24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器方案二：選用兩塊74LS90構(gòu)成24秒計(jì)數(shù)根據(jù)芯片用量小經(jīng)濟(jì)的原則，本系統(tǒng)選擇方案二1.3.5譯碼數(shù)碼管顯示電路模塊的設(shè)計(jì)方案一：選用兩塊74LS48，14個(gè)限流電阻和兩塊5161AS共陰七段數(shù)碼管構(gòu)成譯碼數(shù)碼顯示電路方案二：選用兩塊CD4511，兩塊5161AS共陰七段數(shù)碼管構(gòu)成譯碼數(shù)碼顯示電路由于CD4511芯片里已集成了限流電阻，所以本系統(tǒng)選用兩塊CD4511譯碼芯片，兩塊5161AS共陰七段數(shù)碼管構(gòu)成譯碼數(shù)碼管顯示電路1.4最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：經(jīng)仔細(xì)論證，最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下：1.直流穩(wěn)壓電源部分：以7805三端集成穩(wěn)壓器為直流穩(wěn)壓電源模塊核心的+5V直流電源供電2.脈沖產(chǎn)生部分：用石英晶體振蕩電路產(chǎn)生32768HZ的時(shí)鐘脈沖3.分頻部分：選用一塊CD4060來(lái)進(jìn)行14次二分頻，再由74LS74來(lái)進(jìn)行一次二分頻，最終輸出1HZ脈沖64.計(jì)數(shù)部分：選用兩塊74LS90構(gòu)成的電路來(lái)對(duì)1HZ脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)5.譯碼數(shù)顯部分：選用兩塊CD4511，兩塊5161AS七段共陰極數(shù)碼管構(gòu)成數(shù)顯6.系統(tǒng)方框圖1：圖1系統(tǒng)方框圖2各模塊電路的設(shè)計(jì)及其原理圖2.1直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)電源是電子設(shè)備的能源電路，關(guān)系到整個(gè)電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性，因此電源的設(shè)計(jì)非常的關(guān)鍵1）直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流電路，濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成原理圖如圖2：直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生+5V電壓石英晶體振蕩電路32768HZ輸出4060和74LS74構(gòu)成分頻電路，1HZ輸出兩塊74LS90實(shí)現(xiàn)24秒計(jì)數(shù)兩塊CD4511實(shí)現(xiàn)譯碼驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管1數(shù)碼管2+5V供電+5V供電+5V供電+5V供電7圖2直流穩(wěn)壓電源基本原理圖各部分功能：1.電源變壓器的作用就是將220V的交流電路U1轉(zhuǎn)換成整流電路所需要的電壓U2。2.整流電路的作用是將交流電壓U2轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的Ur。3.濾波電路的作用是將脈動(dòng)直流電壓濾除紋波Uf。4.穩(wěn)壓電路的作用就是將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓V0。2）采用三端集成穩(wěn)壓管7805設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源電路如圖3：圖3直流穩(wěn)壓電源模塊Protel原理圖2.2石英晶體振蕩電路模塊設(shè)計(jì)石英晶體振蕩器是構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)非常重要的部分，它決定了定時(shí)器定時(shí)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。1）主要芯片特點(diǎn)：采用石英晶體組成的石英晶體振蕩器，產(chǎn)生的脈沖波形穩(wěn)定性很高，是一種高精度和高