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標題: 數(shù)字電路數(shù)顯聲響倒計時電路原理圖及protues仿真 [打印本頁]

作者: 12345678.. 時間: 2020-12-21 16:43
標題: 數(shù)字電路數(shù)顯聲響倒計時電路原理圖及protues仿真
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仿真基于protues8.6版本

總體思路：選用2個74LS190，它們是具有加、減功能的十進制計數(shù)器，并且選用了555多諧蕩器，它的作用是產(chǎn)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(shù)器。我們采用計數(shù)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(shè)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(shù)碼管來對計數(shù)器所記得數(shù)進行翻譯和顯示。當?shù)褂嫊r顯示進行到03，02，01這三個數(shù)字得時候就報警，以蜂鳴器響聲來表示；系統(tǒng)能開機復(fù)位，包括計數(shù)器清零，指示燈亮。從而達到要求。

1.2整體設(shè)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(shù)碼管構(gòu)成電路的主體，在加入開機復(fù)位和指示燈控制電路。192功能比190多，使用比190會比190復(fù)雜。用190和7447設(shè)計數(shù)顯聲響倒計時更加簡單。

2、單元電路設(shè)計和基本原理
2.1電源設(shè)計

基本設(shè)計思路如下圖

整體電路框圖

整體電路由以下四部分構(gòu)成：

電源變壓器：將交流電網(wǎng)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(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷篣4。

穩(wěn)壓電路：當電網(wǎng)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(shè)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?qū)щ娦裕梢栽O(shè)計出把交流電變成直流電的電路；再根據(jù)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(wǎng)220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。根據(jù)設(shè)計要求，輸出最大1A ，線圈匝數(shù)之比約為55：2

(2) 整流電路

整流電路一般由單項導(dǎo)電性的二極管構(gòu)成，整流電路為應(yīng)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(dǎo)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(jīng)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(shè)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(shù)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(shù)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(yīng)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(jīng)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(gòu)成多諧辰蕩器用來產(chǎn)生1Hz的矩形波信號。

（1）555定時器的引腳排列

2.21參數(shù)計算

我們采用555定時器構(gòu)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(fù)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(shù)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(diào)的可調(diào)電路。電容的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只經(jīng)過R1，放電電流只經(jīng)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(jīng)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(diào)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(jié)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(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)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(yīng)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(yīng)關(guān)系。

74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用，下圖為74LS47的真值表，表示出了它與數(shù)碼管之間的關(guān)系。

74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字，通過它解碼，可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字。74LS47為低電平作用。

顯示電路圖：

將74LS47與7段顯示數(shù)碼管相連即可以將190輸出的數(shù)字顯示在數(shù)碼管上，數(shù)碼管加1K的限流電阻。

2.4倒計時電路設(shè)計

190的預(yù)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(yù)置成與數(shù)據(jù)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(shù)控制端（低電平有效）

DO~D3并行數(shù)據(jù)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(shù)方式控制端

190有超前進位功能。當計數(shù)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(gòu)成停止電路。

當PL端為低電平時，190可以通過D0~D3便可以預(yù)置數(shù)。

令E端接地，D/U非端接高電平，兩片190即可構(gòu)成倒計時電路。在和74ls47與7段顯示數(shù)碼管既可以正常顯示和計數(shù)。

倒計時電路計數(shù)器圖：

2.5開機復(fù)位電路和指示燈控制電路

計數(shù)器的工作是由信號源與手動開關(guān)共同控制的。控制模塊是由J一K觸發(fā)器構(gòu)成，而實驗中所用到的74LS112是一個用JK觸發(fā)器構(gòu)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(shù)和保持功能。通常在時鐘后沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

表2-5JK觸發(fā)器邏輯功能表

J	K	Q*	狀態(tài)
0	0	Q	保持
0	1	0	置0
1	0	1	置1
1	1	Q'	翻轉(zhuǎn)

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(guān)，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(shù)清零端的JK觸發(fā)器進行復(fù)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(zhuǎn)，打開電源開關(guān)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(fù)位完成；開關(guān)閉合一次， CLK端得到一個下降沿，當前狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次，使可以達到復(fù)位/計時效果。其中的開關(guān)K是一個脈沖開關(guān)，按下開關(guān)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(shù)器預(yù)置數(shù)端，從而控制計數(shù)器的預(yù)置數(shù)功能，信號源提供計數(shù)器的時鐘信號。這樣以來，計數(shù)器輸出端（Q0～Q3）就可以預(yù)置成數(shù)據(jù)輸入端（D0～D3）相一致狀態(tài)，實現(xiàn)復(fù)位功能.

指示燈控制用190高位片和JK觸發(fā)器構(gòu)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(shù)時Q端由低電平跳轉(zhuǎn)到高電平，經(jīng)過與門后指示燈亮，當?shù)褂嫊r結(jié)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(gòu)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(gòu)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(jié)果，當計數(shù)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(shù)停止。

原理如下圖

2.7報警電路

據(jù)任務(wù)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(nèi)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(shè)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

AB CD	00	01	11	10
00	0	1	1	1
01	0	0	0	0
11	0	0	0	0
10	0	0	0	0

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(gòu)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(diào)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(diào)步驟如下：

1、7447與7段數(shù)碼管調(diào)試

2、1秒信號源的連接于調(diào)試。

3、計數(shù)器的連接和調(diào)式

4、停止電路連接與調(diào)試

5、控制電路測試與調(diào)試

6、報警電路的連接和調(diào)試。

故障及處理

7447與7段數(shù)碼管調(diào)試
3、計數(shù)器的連接和調(diào)試
3.3總結(jié)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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作者: 51hei團團 時間: 2020-12-22 03:59
先打開sw1開關(guān),并按下ne555那的按鈕后,數(shù)碼管開始倒計時,但是顏色很深,和背景色區(qū)分不太明顯,需要放大了看,才明顯.不知道怎么改數(shù)碼管的顏色啊?

作者: 12345678.. 時間: 2020-12-23 01:09
把原件點開，里面可以看到電流的大小，把需要的最小電量改小就好了。

作者: 394 時間: 2021-6-15 01:22
為啥仿真之后沒有倒計時啊

作者: 51hei團團 時間: 2021-6-16 21:03

394 發(fā)表于 2021-6-15 01:22
為啥仿真之后沒有倒計時啊

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