電子設計基礎實驗
課程設計報告
設計題目：110秒迴圈計時顯示器
姓名：學號：
專業班級：
指導老師：
一、設計任務
110秒迴圈計時顯示器
二、設計要求
用3位數碼管顯示，振盪器（1hz）用555構成。
三、設計內容
1. 設計思想
題目要求是通過三位數碼管顯示0-110，並能每加1所用的時間大約是1秒，以達到計時的目的，並能夠在計時到110秒時自動從頭再次開始計數。
採用用555構成乙個振盪電路，設定相關引數使其能產生1hz的方波訊號，通過計數器，對方波訊號進行計數，並通過解碼器對計數器的計數結果處理後顯示在數碼管上面。同時需要設定低位計數器向高位計數器進製，並通過特定的電路使計數累計到110時能夠清零，並再次重新開始計數。最終實現110秒迴圈計數的功能。
2. 設計說明
110秒迴圈記時顯示器目的是為了記時0-110秒的時間，通過三位數碼管進行顯示，並能在110秒後清零從頭開始計時。
因此主要組成部分有1hz振盪電路、「個、十、百」位計數器、解碼器及顯示器、清零電路組成。1hz振盪電路通過555定時器構成，將555振盪電路產生的脈衝訊號送入「個位計數器」，並將「個位計數器」的進製訊號送入到「十位計數器」，最後再將「十位計數器」的進製訊號送入「百位計數器」。「個位、十位計數器」採用10進製的方式進行計數，「並且十位、百位計數器」共同組成乙個11進製的計數器，後者通過特定的清零電路進行實現。
三位解碼器和數碼管分別對三位計數器的輸出進行解碼和顯示。清零電路為了使「十、百位計數器」共同構成乙個11進製的計數器，即需要當計數結果為110時回到0。
計數器的種類很多我們所熟知的有74ls160、74ls161、74ls192，根據本實驗的題目要求，本設計採用的74ls160，因其預設的輸出為10進製，滿足本設計要求。解碼器採用的是74ls48，其可將74ls160的計數輸入的4位二進位制數轉化為數碼管能夠識別的對應的7位電平訊號。其數碼管採用的是七段共陰數碼管，目的是為了對應74ls48解碼器的輸出結果。
3. 系統方案或者電路結構框圖
圖1 110秒迴圈計時顯示器框圖
4. 設計方案
4.1 555振盪電路
在本試驗中555構成的振盪電路是為了產生1hz的脈衝訊號給計數器，並通過計數器等器件已達到計時的功能。（555定時器引腳圖，功能表見附錄）
通過理論計算和結合實際是否有相應的元器件，最後確定：
通過搭建555振盪電路進行**測試得到如下圖所示的波形，從波形可知上述引數能夠得到設計要求。
555振盪電路連線如下：
圖2 555振盪電路
圖3 555振盪電路輸出波形
4.2 計數器電路
計數器電路的功能是將輸入的脈衝訊號的上公升或下降沿沿進行統計，並將得到的結果通過4位2進製的數通過qa~qb以高低電平的方式輸出（高電平為1，低電平為0）。
本設計採用的是74ls160進行計數，其觸發為上公升沿觸發，並通過其使能端得不同連線方式讓其工作在計數狀態。同時，74ls160預設的是10進製，即當74ls160計數滿10時，通過rco端以高電平的方式進製。本設計採用的方式是將脈衝訊號送入到個位計數器的clk端，並將其進製訊號送入十位計數器clk端，同時將十位計數器的進製端送入百位計數器的clk端，以達到個位計數器計數10向十位進一位，十位計數器計數10向百位進一位，最終實現計數100以上的功能。
圖4 計數器電路
圖5 74ls160的輸入輸出的邏輯分析圖
4.3 解碼器數碼電路
。數碼管是將經過轉換後的高低電平的訊號通過內建的發光二極體組合起來顯示出相應的數字。以實現將人不易分辨的電平訊號轉換為人能夠直**見的阿拉伯數字。
本設計採用的是74ls48晶元來實驗解碼的作用，其輸入端位a~d,他們分別對應了8421碼的1、2、4、8為，即d為高位，a為低位。在本設計中對應輸入的是74ls160的輸出端qa~qb。
數碼管本設計採用的是7段共陰數碼管，即輸入端有七個，分別為a~g端。七段輸入端分別與數碼管內部的七個發光二極體相連，當輸入相應的訊號時，相應的發光二級管做出相應的響應，以實現顯示的功能。共陰是指輸入端位的有效訊號為高電平才能正常顯示需要顯示的數字。
同時由於數碼管內部的發光二級管正常工作時通過的電流非常小，應該為了保證數碼管能正常工作，應在每個對應的輸入端加入乙個的限流電阻。
如下圖所示電路是解碼器和數碼管的工作狀態和輸入輸出邏輯關係的測試：
圖6 解碼器數碼管圖
4.3 11進製清零電路
清零電路的功能是為了使十位計數器和百位計數器共同組成乙個十一進製的計數器，已達到110秒迴圈計數的功能。
本設計採用的是用與非門非同步清零的方式，即當十位計數器和百位計數器的輸出訊號都為0001即數碼管的顯示為110秒這個唯一特定的時候，將兩個計數器的a輸出端通過乙個與非門送入到兩個計數器的清零端。當上述兩個輸出端不全為高電平時，與非門送入輸入端的為高電平，不影響計數器正常工作，當上述兩個輸出端輸出的都為高電平時通過與非門送入兩個計數器清零端得為低電平，由於74ls160的清零端是低電平有效的，所以此時表實現了十位和百位的清零。此時通過數碼管顯示的數字為110。
即出現當計數器的計數累計到110時，清零電路馬上對計數器清零，從0從新開始計數，從而實現了110秒迴圈計數的功能。
圖7 十一進製清零電路圖
圖8 清零電路邏輯分析圖
5. 電路原理總圖
6. pcb分層列印圖
底層頂層
絲印層四、設計總結
本次設計對於我們來說可以算是乙個小小的挑戰，因為要做出乙個題目來，是需要我們各個方面的知識都要達到要求才可以，從對於設計題目功能的理解，到通過數字電子計數的知識來搭建電路，再到通過**將功能實現，左後到做出具有一定可用性的pcb板。這個過程對於我們前段時期的學習成果的要求很高，一旦其中某乙個環節出現問題都將無法做出最後的設計。
在拿到題目後，開始有點蒙，因為我們以前的學習基本都是分析電路的功能，但這次是要我們自己設計電路將功能實現，所以這個逆向思維的過程使我們開始有點不知道從何開始。隨後要求結合數電中的知識將總的功能分成幾個模組的電路，以將複雜的為問題簡單化了。後來的工作便慢慢的進入了狀態，將每個模組的電路分別進行驗證和測試，最後將各部分的電路組合在一起進行測試，便實現了功能。
通過這次的電子設計基礎的課程設計讓我深深的體會到科學的嚴謹，一旦有乙個小小的錯誤也會導致整體電路的無法工作。這對於以後我們的工作和學習是乙個重要的思想，即認真負責的對待每乙個問題，即使這個問題非常的小，也會導致決定性的影響。就如那句話說的那樣，細節決定成敗。
5、參考資料
《數字電子計數數字部分》
6、附錄
1、555定時器引腳圖
2、555積體電路功能表
3、74ls48真值表及對應數碼管顯示狀態
4、74ls160引腳圖
5、74ls160真值表
6、74ls00引腳圖
7、74ls00真值表
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