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總體思路：選用2個(gè)74LS190，它們是具有加、減功能的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并且選用了555多諧蕩器，它的作用是產(chǎn)生一個(gè)1Hz的方波信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)。又因?yàn)槲覀円x用2片計(jì)數(shù)器。我們采用計(jì)數(shù)器的串行級(jí)聯(lián)的方法因?yàn)槊總�(gè)片子以及各種元件均需要一個(gè)5V的直電源來(lái)區(qū)動(dòng)，故我們還需要用一個(gè)8V的變壓器，整橋與一個(gè)三端穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)電源，使最終輸出5v。然后還需要兩個(gè)74LS47譯碼器與兩個(gè)共陽(yáng)數(shù)碼管來(lái)對(duì)計(jì)數(shù)器所記得數(shù)進(jìn)行翻譯和顯示。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)顯示進(jìn)行到03，02，01這三個(gè)數(shù)字得時(shí)候就報(bào)警，以蜂鳴器響聲來(lái)表示；系統(tǒng)能開(kāi)機(jī)復(fù)位，包括計(jì)數(shù)器清零，指示燈亮。從而達(dá)到要求。 1.2整體設(shè)計(jì)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(wú)太大差異，我們選擇方案二，我們用74LS190+74LS47+7段共陽(yáng)顯示數(shù)碼管構(gòu)成電路的主體，在加入開(kāi)機(jī)復(fù)位和指示燈控制電路。192功能比190多，使用比190會(huì)比190復(fù)雜。用190和7447設(shè)計(jì)數(shù)顯聲響倒計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單。
2、單元電路設(shè)計(jì)和基本原理
2.1電源設(shè)計(jì) 基本設(shè)計(jì)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(dòng)的直流電壓U3。 濾波電路：將脈動(dòng)直流電壓U3 轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷篣4。 穩(wěn)壓電路：當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及負(fù)載變化時(shí),保持輸出電壓Uo 的穩(wěn)定。
電路原理分析 本次設(shè)計(jì)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�，可以設(shè)計(jì)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(guò)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(jì)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(xiàng)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(gè)二極管，整流過(guò)程中， 4 個(gè)整流管輪流導(dǎo)通，無(wú)論正半周還是負(fù)半周，流過(guò)負(fù)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(dòng)直流電壓。
3）濾波電路 交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)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(dòng)電壓中的交流成分。常見(jiàn)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(jiǎn)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(chǔ)能元件， 利用其充放電特性，使輸出波形平滑，減少脈動(dòng)成分，以達(dá)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?yàn)殡娙莘烹姷臅r(shí)間常數(shù)越大，放電過(guò)程越慢，脈動(dòng)成分越少，同時(shí)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(jì)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?yàn)槲覀冞x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(guò)計(jì)算取耐壓值為21v的電容,通過(guò)以前的實(shí)驗(yàn)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(hào)源利用555集成定時(shí)器，構(gòu)成多諧辰蕩器用來(lái)產(chǎn)生1Hz的矩形波信號(hào)。 （1）555定時(shí)器的引腳排列 2.21參數(shù)計(jì)算我們采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的原理很簡(jiǎn)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(dāng)接通電源以后，因?yàn)殡娙萆系某跏茧妷簽?，所以輸出為高電平，并開(kāi)始經(jīng)電阻R向電容C充電，當(dāng)充到輸入電壓為Vi=Vt+時(shí)，輸出電壓跳變?yōu)榈碗娖�，電容C又經(jīng)過(guò)電阻R開(kāi)始放電。當(dāng)放至Vi=Vt-時(shí)，輸出電位又跳變?yōu)楦唠娖剑娙軨重新開(kāi)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(shí)間T1和放電時(shí)間T2各為 充電時(shí)間 T1=R1Cln2 放電時(shí)間 T2=R2 Cln2 振蕩周期為T(mén)=T1+T2=（R1+R2）CLn2 振蕩頻率為f=1/T 通過(guò)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(guò)R1，放電電流只經(jīng)過(guò)R2，因此電容充電時(shí)間變?yōu)門(mén)1=R1CLn2而放電時(shí)間變?yōu)門(mén)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(hào)源。經(jīng)以上分析及計(jì)算R1=R2=72.5kQ，C=10uF。同時(shí)考慮到實(shí)際中不可能存在兩個(gè)阻值完全相等的電阻，因此在R1和R2之間可加入一個(gè)10kQ的電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器已達(dá)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(hào)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(dòng)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(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出的高、低電平信號(hào)。常用的譯碼器電路有二進(jìn)制譯碼器、二--十進(jìn)制譯碼器和顯示譯碼器。譯碼為編碼的逆過(guò)程。它將編碼時(shí)賦予代碼的含義“翻譯”過(guò)來(lái)。實(shí)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(duì)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(dòng)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(guò)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(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì) 190的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（LD）為低電平時(shí)，不管時(shí)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(jìn)位輸出/錯(cuò)位輸出端 CP時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） CT計(jì)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(shí)鐘輸出端（低電平有效） U/D加/減計(jì)數(shù)方式控制端 190有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，rco端輸出一個(gè)低電平脈沖，即可以用作高位芯片的信號(hào)輸入。高位片RCO和信號(hào)源相與既可以構(gòu)成停止電路。 當(dāng)PL端為低電平時(shí)，190可以通過(guò)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(jì)時(shí)電路。在和74ls47與7段顯示數(shù)碼管既可以正常顯示和計(jì)數(shù)。
倒計(jì)時(shí)電路計(jì)數(shù)器圖： 2.5開(kāi)機(jī)復(fù)位電路和指示燈控制電路計(jì)數(shù)器的工作是由信號(hào)源與手動(dòng)開(kāi)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(shí)驗(yàn)中所用到的74LS112是一個(gè)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(qiáng)的邏輯功能，具有置1、置0、計(jì)數(shù)和保持功能。通常在時(shí)鐘后沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 表2-5JK觸發(fā)器邏輯功能表
R稱(chēng)為異步置0端，其作用是使觸發(fā)器在任何時(shí)刻都能被強(qiáng)迫置零而與CP,J,K值無(wú)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(dāng)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(kāi)始時(shí)JK觸發(fā)器初態(tài)Q=0，怎么保證呢？我們?cè)赗d’端加如圖的CL電路， 選擇帶置數(shù)清零端的JK觸發(fā)器進(jìn)行復(fù)位，JK觸發(fā)器的J、K、端接高電平，當(dāng)JK為高電平時(shí)，每當(dāng)有時(shí)鐘信號(hào)輸入時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，打開(kāi)電源開(kāi)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(wú)效，故保持原狀態(tài)，上電復(fù)位完成；開(kāi)關(guān)閉合一次， CLK端得到一個(gè)下降沿，當(dāng)前狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次，使可以達(dá)到復(fù)位/計(jì)時(shí)效果。其中的開(kāi)關(guān)K是一個(gè)脈沖開(kāi)關(guān)，按下開(kāi)關(guān)后就對(duì)JK觸發(fā)器有一個(gè)信號(hào)觸發(fā)器能夠保持這個(gè)信號(hào)，其輸出端連接計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)端，從而控制計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)功能，信號(hào)源提供計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。這樣以來(lái)，計(jì)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?tīng)顟B(tài)，實(shí)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(kāi)機(jī)時(shí)Q端輸出低電平，而190高位片RCO端輸出高電平，在開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)Q端由低電平跳轉(zhuǎn)到高電平，經(jīng)過(guò)與門(mén)后指示燈亮，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)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(jìn)位后輸出一次低電平。低電平和信號(hào)輸入端相與即可構(gòu)成停止電路。 用與門(mén)連接555的信號(hào)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(lán)色線為555定時(shí)器信號(hào)輸出端，最下面的紅色線為上面兩條線相與的結(jié)果，當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí)RCO端由高電平變?yōu)榈碗娖剑绻蜁r(shí)鐘信號(hào)相與將沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)輸入，計(jì)數(shù)停止。 原理如下圖 2.7報(bào)警電路據(jù)任務(wù)書(shū)要求，電路具有最后3秒報(bào)時(shí)功能。要求響半秒，停半秒共三下；這一功能的實(shí)現(xiàn)思路為：最后三秒響，那么就將最后三秒的信號(hào)取出；其半秒信號(hào)的時(shí)可由信號(hào)源控制，因?yàn)樾盘?hào)源是一個(gè)占空比為50%的1H吧信號(hào)源，其波形中1秒的周期內(nèi)有50T即半秒的時(shí)間是高電平，那么高電平就可以區(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警 設(shè)計(jì)過(guò)程如下 
化簡(jiǎn)可得Y1=A’B’C’D’=(A+B)’·(C+D)’ Y2卡諾圖化簡(jiǎn)可得
| | | | | | | |  1 | | | | | | | | | | | | | | | | |
Y2=(A+B)’·(C+D) Y=Y1·Y2  邏輯圖如右圖
所以報(bào)警電路是由如上圖所示的或門(mén)、非門(mén)、與門(mén)構(gòu)成， 當(dāng)03，02，01秒到來(lái)時(shí)，在和555的信號(hào)輸出端相與就會(huì)實(shí)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(gè)部分，每個(gè)部分測(cè)試無(wú)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(hào)源的連接于調(diào)試。 3、計(jì)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(cè)試與調(diào)試 6、報(bào)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(jì)數(shù)器的連接和調(diào)試
3.3總結(jié)與體會(huì)
附錄1：整體電路圖 附錄2整體實(shí)物圖 附錄3：器件管腳與功能說(shuō)明
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