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1、课程设计报告设计题目：基于74LS160的365秒时钟计数器学校：班级：微电子班学号：姓名：指导老师：设计时间：2010年10月10日 目录摘要3 1.1计时器的特点及应用3 2.1基本要求4 2.2设计任务及目标4 2.3主要参考器件4 3.1结构框图及说明4 3.2系统原理图及PCB图5 3.3单元电路设计5 3.3.1 555方波发生电路6 3.3.2 74LS160的计数分频电路8 3.3.3 74LS48的驱动显示电路12 3.3.4 74LS20的结构和工作原理14 4.软件仿真14 4.1 仿真电路图14 4.2 仿真过程15 5.安装调试156.结论167.参考文献178.收获
2、和体会17 摘要本计时器以NE555芯片为核心，产生频率为1Hz方波作为基准时钟信号，通过3片74LS160对其计数分频, 分别产生1s,10s,100s,以实现计时功能。数码管选用共阴，译码器驱动选用74LS48。经过试验验证，可以实现365秒的计时。控制端可以实现清零的功能。This timer is based on the NE555 timer chip which is applied to produce a frequency of 1Hz square wave as the reference clock signal, and by using three pieces
3、of 74LS160, it can produce three kinds of square wave, that is 1s, 10s, 100s, to achieve timing function. The decoder and driver of those nixie display indicators used in this circuit is 74LS48.After being tested, it is undoubted that this system can achieve the timing of 365 seconds. And using the
4、control panels can realize the function of zero clearing.1.1计时器的特点及应用随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域占有不可或缺的核心地位。在我国现代化建设的发展进程中，数字电子技术在国民经济和科学研究各个领域的应用也越来越广泛。而计时器恰恰是数字电子技术的一个重要组成部分，计时器是一个用来实现计数功能的时序部分，它不仅可以用来计脉冲个数，还常用来做数字系统的定时、分频，执行数字运算，以及其他特定的逻辑功能等等。 计数器的种类很多。按构成计数器的各触发器是否使用同一个时钟脉冲源来分，可以分为同步
5、计时器和异步计时器。根据计时制的不同，可以分为二进制、十进制和任意进制计数器。根据计时器的增减趋势，又可以分为加法、减法和可以计时器。还有可预置数和可编程功能计时器等等。目前，无论是TTL还是CMOS集成电路，多有品种较齐全的中规模计时器。使用者只要借助于其间手册提供的功能表和工作波形图及管脚图排列，就能正确地使用这些器件。2.1基本要求（1）具有现实365秒计时功能；（2）当记完365秒后，控制端可以完成清零功能。2.2设计任务及目标（1）根据原理图分析各单元电路的功能；（2）熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；（3）进行电路的焊接，调试，直到电路能达到规定的设计要求；（4）写出完整、
6、详细的课程设计报告。2.3主要参考器件NE555 74LS160(3片） 74LS48(3片) 74LS20(1片) 共阴极LED（3块） 1u电容两个 1k 100k电阻各一个3.1结构框图及说明系统框图如图：74LS48译码器驱动数码管74LS48译码器驱动数码管74LS48译码器驱动数码管74LS160分频74LS160分频74LS160分频进位输出显示 控制端实现清零555构成的多谐振荡器产生标准1HZ的方波作为基准频率信号，通过3片74LS160对其进行加法计数分频，分别产生1s,10s,100s,然后由74LS48将每位对应的BCD码进行译码驱动使对应的共阴极数码管显示对应数字。控
7、制端可以控制以实现清零。3.2系统原理图及PCB图系统原理图如图：3.3单元电路设计3.3.1 555方波发生电路1. 555方波发生电路工作原理 555方波发生电路是本系统最重要的部分之一，其原理图如图所示： 两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相出入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将
8、RS触发器置0，使输出为0电平。 NE555有两种主要功能波形发生和前端波形整形。如图1、图2所示： 图1 波形发生 图2 前端波形整形由555定时器组成的多谐振荡器及其工作波形图如图3所示，其中R1、R2和电容C1、C2为外接元件。图3 555定时器组成的多谐振荡器及其工作波形图2、555方波发生电路理论计算由图3可知振荡周期T=T1+T2,T1为电容充电时间，T2为电容放电时间充电时间=（+）（）ln20.7(+)()放电时间 =()ln20.7R2()矩形波的振荡周期T=+=ln2(+2)() 因此改变、和电容C1、C2的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量
9、外，还有一个参数：占空比q，q=（脉宽）/（周期T），指输出一个周期内高电平所占的时间。电路输出矩形波的占空比本系统所需要的基准频率是1Hz，故选取R1=1K,R2=100K，电容C1=1uF，C2=0.01uF对应的产生的时钟频率为3、555方波发生电路的Multisim仿真结果 555方波发生电路的Multisim仿真结果如图4所示3.3.2 74LS160的计数分频电路1、74LS160计数分频电路工作原理十进制BCD码计数器74LS160具备计数分频功能，其真值表如图5所示； 图5 74LS160真值表74LS160工作时序图如图6，当CLR，LOAD，EP，ET均接高电平时，时钟CP
10、端每来一个上升沿，计数器在原来的基数上加1，并从QA，QB，QC，QD，输出相应的十进制BCD码。利用74LS160的这个功能特点可以设计出十分频器，计数器。74LS160内部电路原理图和引脚图如图7、8所示。图8 74LS160引脚图 图6 74LS160工作时序图 图7 74LS160内部电路原理图为了时钟六分频，需要对74LS160进行预置数或者清零。本系统采用清零方式实现六分频，原理如下图9 图9 74LS160以清零方式实现六分频 当=0011,=0110,=0101状态时，与非门输出为0，是160清零端CLR清零有效，160清零。为了实现人工手动清零，所有的清零端CLR都是通过上拉
11、电阻接高的，当需要清零时闭合开关使得所有清零端CLR为低。2、74LS160计数分频电路Multisim仿真结果 74LS160计数分频电路Multisim仿真结果如图10所示，输出端所对应就是09的BCD码3.3.3 74LS48的驱动显示电路1、74LS48的驱动显示电路原理 由于选用七段数码管是共阴的，所以选用的译码驱动芯片是7448。74LS48的电路符号见图11，真值表见表12。图中电阻RP为限流电阻，具体阻值视 数码管的电流大小而定。7448是OC输出，电源电压可以达到30 V，吸收电流40mA，对于一般的驱动是可以满足需求的，但是若数码管太大，就需要更高的电压和更大的电流，这就需
12、要在译码器与数码管之间增加高电压、高电流驱动器。例如达林顿驱动电路DS2001/2/3/4，该电路由7个高增益的达林顿对组成，集电极-发射极间电压可达到50V，集电极电流350mA，输入与TTL、CMOS兼容，输出高电压50V，输出低电压1.6V 图11 7448符号图从真值表可知，7448灭灯输入/动态灭灯输出端，当作为输入端使用时，若=0，则不管其它输入信号，输出各段都灭。当作为输出端使用时，若输出0，表示各段已经熄灭。用于共阴数码管的译码电路7448内部有限流电阻，故后接数码管时不需外接限流电阻。由于7448拉电流能力小（2mA）,灌电流能力大（6.4mA）,所以一般都要外接电阻推动数码
13、管，7448译码器的使用电路见图13。 3.3.4 74LS20的结构和工作原理74LS20功能表ABCDY111100XXX1X0XX1XX0X1XXX01 74LS20管脚图 74LS20包含两个4输入与非门。1,2,4,5输入6输出。9,10,12,13输入8输出。 4.软件仿真 4.1 仿真电路图4.2 仿真过程 用Multisim对电路进行仿真，观察电路的工作状况。 首先测试555是否能正常工作并产生1Hz； 然后测试160的Q0Q3的输出波形是否正常，频率是否正确； 以上两步完成以后将74LS48和74LS20以及数码管连接好，仿真，观察数码管的是否能显示正常。 5.安装调试 5.
14、1 安装调试过程 由于已经不是第一次焊板子了，所以本次课程设计的焊板子以及调试很顺利，元器件焊好后上电各个模块就能正常工作。确定好布局后开始把相应的集成电路芯片插座、各电容电阻焊好，然后开始连接线。连线的思路是首先把所有集成电路芯片对应电源引脚、接地脚都连接焊好，然后开始分模块焊接调试。 首先连接线的是555信号产生模块，由于用 Multisim仿真时已经确定好R1=1K,R2=100K，电容C1=1uF，C2=0.01uF认真焊接好，上电，用示波器测试3号引脚输出，为标准方波，频率为1Hz。555信号产生模块正常工作，电路测试调试完成。 接下来连接线的是160与74LS48、74LS20和七
15、段数码管显示模块。在不考虑进制的基础上认真焊接好电路，上电，将555产生的1Hz信号接入160的2号引脚，发现数码管可以正常工作，由于频率太高，数码管闪烁显示8。至此，显示模块正常工作，电路测试调试完成。 按照前面同样的连接调试方式，将剩下的12个显示模块安装好。采用异步连接。上电，13个显示模块正常工作。 将进位焊接好，主要是利用74LS20 中的与非门制造清零反馈，注意所有的清零端CLR都通过上拉电阻连接。3组显示模块分别显示分、秒、1/100秒。 6.结论 至此，课程设计任务已经完全完成。原理图、PCB绘制正确无误，仿真结果正确，焊接后的系统测试完好，所有功能正常工作。总体上来说较好的完
16、成课程设计任务要求，特别是虽然仍有不少问题和有待提高的地方，这些不足会随着本人知识的丰富和经验的积累而得到改善。 7.参考文献 1李景宏，马学文.电子技术实验教程M.沈阳：东北大学出版社.2002 2王永军，李景华.数字逻辑与数字系统M.北京：电子工业出版社，2002 3赵丽红，康恩顺. 数字逻辑与数字系统习题解答与实验指导M. 北京：电子工业出版社，2002 4全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编M.北京：北京理工大学出版社.2007 8.收获和体会2010年9月20日设计好电路并做了仿真，几次修改后基本确定可以实现的功能。确定我的设计没有问题后开始绘制原理图和PCB，手动布线了两个晚上，2010年9月28日结束了在实物焊接前应有的所有准备工作以及焊接工作，上电后系统就正常工作了。在焊接电路之前一定要先进行仿真，仿真成功之后再进行后期的焊接工作，焊接的时候一定要认真仔细，要了解电路的工作原理及各个部件的工作原理，有问题是才能知道错在哪里。 何静博 2010年10月10日
