数子电路课程设计
课题名称 ：秒计数发生器及声响提醒电路设计
姓 名 ： 123 学 号 ： ************
院 系 ： 电气学院
专 业 ： 05电子信息工程
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目 录
第一章 秒计时电路的设计………………………………………………3 1．1 设计目的…………………………………………………………3 1．2 设计思路…………………………………………………………3 1．3 设计过程…………………………………………………………3 1．4 方案论证…………………………………………………………3 1．5 调试过程…………………………………………………………3 1．6 电路测试…………………………………………………………4 1．7 工作原理及分析…………………………………………………4
第二章 声响发生器的设计………………………………………………4 2．1 555设计电路图及简介…………………………………………•4 2．2 555电路的应用…………………………………………………•4 2．3 模拟声响发生器…………………………………………………4 2．4 声响发生器参数设计……………………………………………5 2．5 555时钟发生器…………………………………………………•5
第三章 五秒时钟控制装置………………………………………………6 3．1 主要器件74ls161的内部结构…………………………………•6 3．2 设计总体框图……………………………………………………6 3．3 设计原理及其说明………………………………………………6 3．4 两位数码管显示电路……………………………………………7 3．5 系统调试与结果…………………………………………………8 3．6 结论………………………………………………………………9 3．7 主要仪器…………………………………………………………9 参考文献…………………………………………………………………10 心得体会…………………………………………………………………10
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秒计时电路的设计
1 设计目的
（1） （2） （3） （4）
熟悉数字电路的设计与制作。 熟悉集成电路的引脚安排。
熟悉各芯片的逻辑功能及使用方法。
加强对555电路的综合应用能力和设计能力。
2 设计思路
（1） 设计555构成的多谐振荡电路。
（2） 设计由一片74LS161构成的显示电路
3 设计过程
3.1 方案论证
秒计时电路总体方框图如图一所示。
3.2 555芯片简介 RST THR 0 X 1 >2/3VCC 1 <2/3VCC 1 <2/3VCC 1 >2/3VCC TRI X >1/3VCC >1/3VCC <1/3VCC <1/3VCC OUT 0 0 不变 1 1 TD 导通 导通 不变 截止 截止 注明：6脚为 TRC,触发器输入端，低电平有效。
2脚为TRI，阀值输入端，高电平有效。4脚为 ＲST,总复位端，低电平有效。 7脚为DIS,放电端。5脚为CON,控制端。1脚接地，8脚接电源 3脚为输出端，TD内部为三极管。
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调试过程
（1） 调试R2，使Q端为1024HZ,检测555振荡输出波形，读出方波周期值：0.976ms （2） 调试RW，使占空比q为33.3%，画出555—3的方波波形图：
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电路测试
（1） 测试CD4040的Q1引脚波形，并记录频率值：512HZ
（2） 测试和估算LED发光管的暗亮时间：亮0.5秒，暗0.5秒。
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工作原理及分析：
（1） 电路组成及原理：
（2） 电路的组成：电路由555时序电路及阻容等元件组成。
（3） 基本原理：由阻容电路的充放电时间形成了方波的作用，即555电路组成为多谐振
荡器，从555的Q端输出了周期为0.976秒钟的方波脉冲串。再经分频形成了占空比为50%的秒脉冲的信号发生。
声响发生器的设计
1 555实基电路设计图如下所示
2 555时基电路的应用
由555时基电路构成常见的最基本的典型应用电路有：单稳态触发电路，双稳态触发电路，无稳态电路，而用这三种方式的一种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器，分频器，脉冲信号发生器等。
3 模拟声响发生器
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如上图所示电路是由两个多谐振荡器构成的模拟声响发生器。左侧振荡器的振荡频率较低比如2HZ；右侧的振荡器的振荡频率较高比如1HZ。由于低频振荡器的输出端3接到高频振荡的复位端4，故当振荡器的输出电压u01为高电平时，振荡器就振荡；当u01为低电频就停止振荡，从而使扬声器发出间歇声响。
4 声响发生器的参数设计
如图所示，该电路由两个双极型555组成，均工作在多谐振荡状态。由图参数不难求出两振荡器的振荡频率：
F1=1/T T=1.43/（R1+RP）C1
当RP，即电位器RP的阻值在0~100K变化时，对应的频率为14.3HZ~1.68HZ。 F2=1.43 /(R4+2R5)C2=700HZ
振荡波形的占空系数由公式D=t/T来决定，故第一级振荡波形的最大占空系数为47%. IC2受控于IC1低频方波。当IC1输出为低电频时，IC2的振荡频率就低；而当IC1的输出为高电频时，IC2的振荡频率就高，因而从喇叭上就会发出“嘟嘟”的节奏音响。改变R1，R5，C2的时间常数，输出的音响频率也会发生相应的改变。
（1）电路系统设计：该电路由第一个555产生低频输出送给第二个555高频输出，通过计算输出频率约为700HZ，而人的耳朵能接受的频率范围为20~20000HZ，故人能听到，符合设计的实际可行。
（2）元器件与参数设计：（根据公式f1=1/T=1.43/(RP+R1)C1,及f2=1.43/(2R5+R4)C4,电阻R1（10K）,RP（0~75K）,R3(5K),R4(10K),R5(100K),C1(10U),C2(0.01U),C3(0.01u),C4(100u),两片双级型555及功率2w内阻为的扬声器组成）
5 555时钟发生器
Ne555是一种应用特别广泛作用很大的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。Ne555的作用是用内部的定时器构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。Ne555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop8小型封装形式。其他hal7555，lm555，ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。Ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管，17个电阻，两个二极管，组成了比较器，R3触发器，等多组单元电路，特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器，为上下比较器提供基准电压，所以称之为555。
555含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电
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压由三只5千欧的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同向输入和低电平比较器A2的反向输入端的参考电平为2/3VCC 和1/3VCC。A1与A2的输入端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通，当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器复位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。
555引脚图介绍如下：
1，地GND，2，触发，3输出，4，复位，5，控制电压，6，门阀，7放电，8电源电压。
555定时器内部框图及引脚排列：
五秒时钟控制装置
1 主要器件74ls161的内部结构：
74ls161那个，它可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现分频器等很多重要的功能，下面是74ls161的管脚图：
管脚图简介：
时钟CP和四个数据输入端PO~P3
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清零/MR
使能CEP,CET 置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出Q0 Q1 Q2 Q3 CET 下面是74ls161的功能表 输入 CR 0 1 1 1 1 CF * LD * 0 1 1 1 EF * * 0 * 1 ET * * * 0 1 D3 * D * * * D2 * C * * * 输出 D1 * B * * * D0 * A * * * Q3 0 D Q3 Q3 +1 Q2 0 C Q2 Q2 +1 Q1 0 B Q1 Q1 +1 Q0 0 A Q0 Q0 +1
从74ls161的功能表中可以知道，当清零端CR=0,计数器输出Q3 Q2 Q1 Q1立即为全零，这个时候为异步复位功能。当CR=1时且LD=0时，在CP信号上升沿作用后，74ls161输出端Q3 Q2 Q1 Q0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=1时，CP脉冲上升作用后，计数器加1。 74ls161还有一个进位输出端CO，其逻辑功能关系是CO=Q0*Q1*Q2*Q3*CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74ls161可以组成16进制一下的任意进制分频器。
2 设计总体框图
3 设计原理及其说明
本电路由启动，清零复位电路，计数电路，译码显示电路等组成。
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启动清零复位电路主要由U73，U75组成，其本质是一个RS触发器。开关1控制数字秒表的启动和清零复位，开关2控制数字秒表的继续暂停。开始时把开关合上，开关2打开，运行本电路，数字秒表正在计数，此时电路为启动。其主要工作为开关1闭合时，由U73，U75组成的RS触发器中Q输入为0，Q1输入为1；在Q接一非门使其输入为1，则整个电路正常工作，再通过74ls161计数器，由显示器显示。
当把开关1闭合，开关2合上。电路运行停止，数字秒表停止工作，此时电路为暂停；当把开关1闭合，开关2断开，电路运行继续，数字秒表继续工作此时电路继续；当把开关1断开，开关2合上，电路运行停止，数字秒表停止工作，整个电路回到原来的位置，即初始位置000000，此时电路为清零复位。
本电路为秒之间5进制电路，它是由74ls161计数器组成的分频计数电路进行控制。
4 两位数码管显示电路
（1）总体设计框图如下
其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74ls161的清零端9处。如图所示输入端3,4,5,6分别接地。U1的7和10由11,14经过与门相与后相连。即：只有当时11,14处产生一个高电频脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲。当U13C74LS04的ST信号分别送给U1和U2的LOAD。就可以得到TY和TY非是秒脉冲的5倍，即TL是TL非的结果是秒脉冲的25倍。
控制器是交通灯变换的核心部分，主要是根据秒脉冲提供的脉冲信号使74ls161能够完成二进制的加法运算，实现交通灯的转换过程。 控制器的状态转换表如下： Q3 0 0 0 0 0 0 0
Q2 0 0 0 0 1 1 1 Q1 0 0 1 1 0 0 1 8
Q0 0 1 0 1 0 1 0 红灯 不亮 不亮 不亮 不亮 不亮 不亮 不亮 绿灯 不亮 不亮 不亮 不亮 亮 亮 亮 0 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 不亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 不亮 不亮 不亮 不亮 亮 亮 亮 亮 5 系统调试与结果
（1）组装调试秒脉冲电路。
（2）进行定时电路的组装和调试。当输入1HZ脉冲信号时，要求电路能进行增计数，当增计数到111111时，能输入电有效定时时间回到信号。 （3）调试交通灯恐慌只器以及显示部分。
（4）判断各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计的要求。
最终调试如下：
当有四次秒冲信号时，红灯闪烁4次，紧接着绿灯闪烁4次，然后红灯绿灯共同闪烁4次，一直循环着种动作。
6 结论
（1）能够实现预定的功能，但是秒脉冲信号用555芯片设计有不足之处，555设计秒脉冲信号不是很稳定，不能够产生很稳定的信号源。
（2）电路之中用的芯片很多，比较繁琐，容易发生错误，而且很难纠正，设计电路时必须加倍小心。
7 主要仪器和设备
（1）计算机一台：用于作图和数据仿真； （2）软件：protel99 se； （3）制版设备一套；
（4）各种电容，电感，电阻。
（5）需自制一个5v的稳压电源提供电路的电源； （6）各种所需芯片：74ls161,74ls00，ne555等；
8 提供一个石英晶体振荡器和分频器够成的秒脉冲信号发生器
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9 心得体会
这次课程设计历时一个星期的时间，通过这一个星期的课程设计，我发现自己的很多不足之处，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践试验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。这次的课程设计业看到了团队的力量，我们必须要互相帮组，取长补短。本次课程设计也加深了我对电子电路知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要要选学参考资料，查阅手册，图表和文献资料的能力，然后深入研究，提出方案，对比后得出最终的可行方案。同时我也初步学习到了关于课程设计的基本方法。步骤和撰写设计论文的格式。
参考文献
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艾永乐，付子义编. 数字电子技术基础. 北京：中国电力出版社，2008 张庆双主编， 实用电子电路。 北京：机械工业出版社，2003
姚福安主编， 电子电路设计与实践 山东：山东科学技术出版社，2006 阎有运主编，电工电子实践系列教程，北京，中国矿业大学出版社，2010
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