30秒计时器设计报告.docx

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1、30秒计时器设计报告课程设计报告 题 目 30S定时器设计 院 部 名 称 班 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 1 目录 前言 一、电路设计原理与方案 . 4 1.1 设计原理 . 4 1.2 设计方案 . 4 二、各单元电路设计 . 4 2.1 脉冲发生电路 . 4 2.2 计数电路 . 6 2.3 译码显示电路 . 8 2.4 控制电路 . 10 三、仿真原理图 . 11 四、总结 . 13 附录、元件清单 . 14 2 前言 电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。 在许多领域中计时器均得到普遍应用

2、，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。 本设计主要能完成：显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为30秒递减计时其计时间隔为0.1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发光二极管LED点亮，停止减计数等。 整个电路的设计借助于Multisim 12.0仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim 12.0下设计和进行仿真，得到了预期的结果。 3 一、电路设

3、计原理与设计方案 1.1 设计原理 我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能。 1.2 设计方案 该系统应包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)等几部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制

4、电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能以及工作时间的调节。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器显示零。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当按下十位调节开关时，计数器加1；当按下个位调节开关时，计数器同样加1；当暂停、连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停、连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。 二、各单元电路设计 2.1 脉冲发生电路 555定时

5、器 555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这4 就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。 图2.1.1 555管脚图 用555定时器构成多谐振荡器 用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.3(a)所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时

6、,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停, 电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图2.3(b)所示。 R1 7 R2 6 555 3 1 5 C 0.01F 0 8 4 +VCC uc 2 3VCC13VCC uo u c 2 uo tw1 tw2 T 0 t t 图2.1.2 555构成的振荡电路及即波形 5 输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下: tW10.7(R1R2)C tW20.7R2C TtW1tW20.7(R12R2)C 要使555构成的多谐振荡电路产生1Hz的脉冲，因此

7、可以令R1= 8.2kW，R2= 68kW，C= 10uF，得到周期T=1s，即按照图2.4连接的电路就可以产生1Hz的秒脉冲。 图2.1.3 555定时器构成的多系振荡电路 2.2 计数器电路 计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。本次课程设计中选用74HC192来实现要求的减法计数功能。图2.1是74HC192的管脚图。 6 图2.2.1 74HC192管脚图 74HC192具有下述功能： 异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 。 异步置数：MR=0， PL=0，Q3Q2Q1Q0

8、=D3D2D1D0 。 保持： MR=0，PL=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态 加计数：CR=0, PL=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 减计数：CR=0, PL=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数 图2.2.2 30秒倒计时器的计数电路 7 它的计数原理是：使加计数脉冲信号引脚CPu=1，计数脉冲加入个位74HC192引脚CPD脚，当减计数到零时，个位 74HC192的CO端发出错位脉冲，使十位计数器减计数，当高、低位计数器处于全零时，CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下次循环减计数。 2.3 译码显示电路

9、 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。图2.3是74LS48的外部管脚图 图2.3.1 74LS48管脚图 七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下： 灭

10、灯输入BI/RBO BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。 8 试灯输入LT 当LT0时，BI/RBO是输出端，且RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1,显示字形8。 动态灭零输入RBI 当LT1，RBI0且输入代码DCBA0000时，各段输出ag均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。 动态灭零输出RBO BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI

11、。当LT1且RBI0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。74LS48的功能表如下： 74LS48功能表 十进数 或功能 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 LT H H H H H H H H H H H 输入 BI/RBO RBI H x x x x x x x x x x D C B A 0 0 0 0 0 0

12、 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 H H H H H H H H H H H a 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 c 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 d 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 e 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 f 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 输出 9 11 12 13 14 15 BI RBI LT H H

13、 H H H x H L x x x x x x L x 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 x x x x 0 0 0 0 x x x x H H H H H L L H 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 表2.3.2 74LS48的功能表 本次设计的译码显示电路可以按照图2.5连接电路 图2.3.3 译码显示电路 2.4控制电路 开关S1闭合后，74HC192

14、实现置数功能，七段数码管显示30；当S1断开后，计数器开始计数；当暂停/连续开关S2拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关S2拨在连续时，计数器继续累计计数；在减计数 10 的过程中也可按下S1实现复位，使计时器开始重新计时。(参考仿真原理图2.4.1) 三 仿真原理图 30S计时器的设计主要分为五个模块：时钟模块、计数模块、译码显示模块、辅助时序控制模块，打开仿真软件Multisim 12.0按要求在Multisim 12.0里连接好如图所示的电路后就可以进行电路仿真了，总体仿真电路如下图。 图2.4.1 30秒倒计时器整体电路图 11 开关S1闭合，置数： 开关S

15、1断开，开始计数；S2闭合，计数暂停 12 四、课程设计总结 课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力，同时也增强了我其它方面的能力。在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：集成电路74LS系列、二极管、555等元件的应用。这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。在让我体会到设

16、计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次设计所用的的工具是Multisim 12.0,由于之前没有接触过类似的软件，所以画图和仿真就没那么方便，但我也尽我所能去做好此次设计。 本次课程设计提高了我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。 电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。 课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的

17、书面表达能力。组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实际的联系，收获很大。并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，激发了我的自学能力和应对挑战的能力。为今后学习打下了良好的基础，也培养了我们严谨务实的作风。 13 附录： 元件清单 元件名称 数码管 8421BCD码计数器 脉冲电路 译码器 电容 电阻 导线 电源 发光二极管 开关 型号 LED-5161AS 74LS192D 555 74LS48D CAPACITOR RESISTOR VCC LED DIPSW 规格 直插式 直插式 直插式 直插式 5.1K、1K、8.2K、68K 5V 数量 2 2 1 2 2 5 若干 4 1 2 14