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1、可预置定时器设计报告、设计目的：1、熟悉集成电路的引脚安排；2、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法；3、了解面包板结构及其接线方法；4、了解定时器的组成及工作原理；5、熟悉定时器的设计与制作。二、设计思路：1、设计定时器电路。2、设计可预置时间的定时电路。3、设计报警电路。4、设计时序控制电路。三、设计过程：1、设计方案：本课题有多种设计方案，可行的方案如下（1）脉冲发生器的设计：脉冲发生器可以用555定时器来实现，也可以用正弦波振荡器来 实现。555定时器可以产生方波，用来为后面的时序电路提供时钟脉 冲。555定时器可以搭置固定占空比的方波发生器，也可以搭置可调 占空比的矩形波发生器，其两种方案
2、的电路如下图：A）用555定时器搭置的脉冲发生器:-L- C1T 10uR1UqookoRV1 100k士 C2方案1占空比可调的方波发生器方案2 可调周期的方波发生器方案1：如果电路的try，而且占空比固定不变。如果要 实现占空比可调，可采用如方案1图所示电路。由于电路中二极 管D1、D2的单向导电特性，使电容器C1的充放电回路分开，调节 电位器，就可调节多谐振荡器的占空比。电位器RP触点以上的电阻为RP，触点以下的电阻为时。设R = R + RP , R = R + RP ,图12A 11 B 22中，/过%、D2向C1充电，充电时间为t h -。7 Ra 电容器C通过D2、RB及555中
3、的三极管T放电，放电时间为 t l - -7 Rb 因而，振荡频率为11.43牝t H +1 L (Ra + Rb)q电路输出波形的占空比为q(%)=RARa + Rbx 100%方案2：如上图，接通电源后，电容C2被充电，当？上升到2*时， 使V为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C2通过RV1和 T放电，v下降。当v下降到A时，v翻转为高电平。设R为RV1cc3A触点上方的电阻与R1的和，R为触点下方的电阻。电容器C2放 电时间为t L = RBC2ln2 n 0.7RC当放电结束时，T截止，c将通过RA、RB向电容器充电，v由上升到当所需的时间为33t l = (Ra + Rb )C
4、2 ln 2 n 0.7(RA + Rb )C2当v上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始， 于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的振荡 频率为f =- n侦3t l +1 h( Ra + 2 RB )C2B）用正弦波振荡器构成的脉冲发生器:R133RQ1NPNnTrLJ3 R 4 RR33R33:Au一39 OJT OR233R C4 C2一T 27p 一| 27p正弦波振荡器构成脉冲发生器原理图正弦波振荡器产生振荡脉冲，由施密特触发器产生方波，由 于本设计未采用此电路，所以具体工作原理不在赘述。C）方案比较：555是比较常见的芯片，此课题中需要产生时钟脉冲，而由 正弦波振
5、荡器构成的脉冲源的频率调节实现比较困难。但是555 定时器构成的脉冲源可以实现周期可调与占空比可调。而周期可 调的脉冲发生电路，满足此课题的要求。因此选用周期可调的方 波脉冲发生电路。（1）置数电路设计：置数电路的设计可以用开关直接输入置数数据，可以用 74LS161计数器来实现计数，从而实现置数功能。具体的思路是， 利用方波脉冲发生器，通过开关控制输入脉冲，达到置数的功能。 具体的电路原理图如下：SW8置数数据输入端（低位）g置数数据输入端（高位）g豚冲输入F R121( 1kr153267U4153ZI-DOQOD1Q1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR74LS193U11:BU
6、11:A74S0474S04显不输出（瓯）Fr1 预置时间译码电路报警电路数码管显示电路计时电路IJ I路J 设计方框图其工作原理为：555定时器产生方波作为时钟信号，脉冲发生器 的时钟周期由C2和R2决定。将脉冲发生器的脉冲周期设为1hz,即%疽s则可以产生脉冲周期为Is的方波脉冲。清零开关为SW5,在置数前，先给一个清零信号，是74LS161计 数器从零开始计数。预置时间，分别接通SW3和SW4，实现高位和低 位的置数。定时器的定时范围是099秒，74LS161为4位2进制计 数器，实现预置时间的功能，R9，R10，R11，R12为下拉电阻，当74LS161 的四个输出端从00001010
7、时，反馈到置数端，从零开始计数74LS93 为4位2进制双触发计数器，其中U11和U12两个非门实现缓冲。在 本实验中实现减计数的功能，使数码管显示从预置时间到00减计数， 当计数到00的时候蜂鸣器发出报警声，告知定时时间已到。3、电路设计（1）实验设计原理图：SW8M9M74SO4U11B U11ALF9:B U91A图1实验原理图（2）各部分电路的设计原理图：A）报警电路的设计原理图：可以用触发器实现。初始状态，数据输入端的处于高电平。当满 足报警要求，由输入端INPUT接受脉冲，时数据输出端输出高电平， 驱动LED灯发光，或者蜂鸣器发声。原理图如图2所示：图2报警电路B）显示电路的设计原
8、理图：显示电路可以用数码管实现显示功能。可以用TTL或者CMOS型 数码管译码/驱动器来实现显示功能。电路原理图如图3所示:用74LS161实现计数置数功能，用手动触发方式提供脉冲，来实现计数器的置数功能。电路也具有清零功能，用于在置数错误时， 重新置数。原理图如图4所示:4、各芯片的引脚图和功能表：（1）74LS161是4位2进制加法计数器A) 引脚图及功能表如下:QbCLEAR CLOCKACD ENABLEP GNDBQc Qd ENABLE! LOADRIPPLE n VCC CARRY WA74LS161的引脚图B) 74LS161的功能表如下:输入输出CrCPLdEPETD3XD2
9、DiXDgQQiLQoLXXXXXXLLLHfLXXdcbadcbaHfHLXXXXXQ3Q2Q1Q0HfHXLXXXXQ3Q2Q1Q0HfHHHXXXX状态码加174LS161的功能表(2) 74LS193是一种4位2进制双触发计数器，在本原理图中作减计数器用。A)引脚图如下图:I161514131211109b csA A1234567 I8BORROW CARRYQBQCQDGNDDATA B INPUTCOUNT DOWNDATA DCOUNTUPDATAA CLEARDATALOAD CINPUTSOUTPUTSINPUTSOUTPUTSOUTPUTSINPUTS74LS193引脚图
10、B）功能表如下图所示:74LS193的功能表（4） 4511是共阴极数码管译码/驱动器A） CD4511的引脚图如下:D2 D3 LT BlLE D4 D1 GNDCD4511的引脚图B) CD4511的功能表如下表:输入输出LEBILTD4D3D2D1Q aQbQ cQdQeQfQ g显示|XXLXXXXHHHHHHH8XLHXXXXLLLLLLL消隐LHHLLLLHHHHHHL0LHHLLLHLHHLLLL1LHHLLHLHHLHHLH2LHHLLHHHHHHLLH3LHHLHLLLHHLHHL4LHHLHLHHLHHLHH5LHHLHHLLLHHHHH6LHHLHHHHHHLLLL7LH
11、HHLLLHHHHHHH8LHHHLLHHHHLLHH9LHHHLHLLLLLLLL消隐LHHHLHHLLLLLLL消隐LHHHHLLLLLLLLL消隐LHHHHLHLLLLLLL消隐LHHHHHLLLLLLLL消隐LHHHHHHLLLLLLL消隐HHHXXXX锁存锁存CD4511的功能表（5） NE555的引脚及功能A）引脚图如下：GNDTRIGGEROUTPUTRESET+VCCDISCHARGETHRESHOLDCONTROLVOLTAGENE555定时器引脚图B）功能表如下:输入输出阈值输入（V）触发输入（V ）复位（R”）输出（V ）放电管TI1XI2XD 0U0导通2VV ee-
12、3V 、一ee 310导通2V /ee 3V 、ee 31不变不变NE555定时器功能表NE555定时器内部电路图5、元件清单电阻数量-标号参数2R1, R2100k4R3, R4, R6, R71k6R5, R8-R121k电容数*标号参数1C110u1C25u集成电路芯片数量;标号PJ, J参数1U15552U2, U32U4, U574LS1932U6, U745111U874S202U9, U1174S041U1074S113二极管标号参数1D1LED其他数量：标号参数1DSW1DIPSW 83SW3-SW5SW-SPDT1SW8SW-DPST6、系统仿真调试与结果（1）软件仿真:A）
13、软件仿真图:i电路仿真图B）仿真步骤：接通电源，将SW8闭合，使两片74LS193是PL端有效，这样可 以接受置数电路送来的数据。闭合DSW1，使置数电路与定时电路接 通。置数电路的清零开关先给一个有效的低电平给两片74LS161与D 触发器构成的报警电路，使两个电路初始化。然后恢复清零端为无效 电平（高电平），分别闭合SW3、SW4，使振荡器的脉冲分别送至两片 74LS161，使之计数。当计数到设定值时，断开SW3和SW4,停止置数。 然后断开SW8使两片74LS193同时开始倒计时。在断开SW8的同时， 断开DSW1，消除置数电路的影响，使定时电路正常实现十进制倒计 时。（2）组装调试定时
14、器电路：按照电路原理图焊接电路。焊接时，注意各个引脚的位置，不可错位。同时，在焊接好所有的功能数据引脚时，一定要将所以芯片的VCC与GND正确连接在电源上，以保证各个芯片的正常工作。（3）分模块调试：A）可预置时间的定时电路的调试：当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计 时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。B）置数电路的调试：将置数电路通+5v电压，两片74LS161的置数数据输入端接全0， LOAD端接无效电平1，两个使能端接有效电平1以保证芯片的正常工 作。时钟脉冲输入端接收由开关SW3、SW4控制。接通时钟脉冲，使 脉冲输入芯片，用万用表测量Q0-Q3的电压。
15、测量结果如下：CP脉冲个数Q0电压（v）Q1电压（v）Q2电压（v）Q3电压（v）00.200.230.190.2513.050.190.190.2420.233.080.180.2233.083.060.210.2740.220.193.030.2453.060.233.080.2360.233.073.130.2673.053.053.100.3180.240.230.183.1293.040.210.213.03置数芯片的调试数据C）脉冲发生电路的调试：将555定时器与外围器件按照电路焊接好后，把芯片的3脚连接 一个1k的保护电阻并串接一个发光二极管，然后给芯片上电。观察 发光二极管的发
16、光情况。调节可调电阻的阻值，以改变脉冲的周期。将周期调为Is,并观察是否稳定振荡。在实际调试中，得到了稳定的脉冲输出，证明振荡源可以正常工 作。D）显示电路的调试：按照电路图，连接4511和共阴极数码管。依次调试低位和高位 输出。调试中，发现高位的数码管不能正确显示“2”、“3”两个数字， 经过检查发现，原因是由于4511和数码管的“g”、“f”脚连接错位， 导致以上两个数字不能正常显示。调整后，可以得到正确的结果。同时，低位数码管的“b”段不能稳定显示，这是由于焊接时出 现虚焊，调整后，恢复正常。E）报警电路的调试：报警电路是由D触发器构成，由于当芯片输出低电平时，有微弱 的电压，这样也可以
17、使发光二极管发出微软的光亮，所以，在实际电 路中，加了一个限流电阻，解决了此问题。7、设计体会通过这次对数字定时器的设计与制作，让我了解了设计电路的程 序，也让我了解了关于定时器的基本原理与设计理念，要设计一个电 路总要先用仿真软件仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却 不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件 制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本 身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出 最适合的设计方法。此外，本实验也可通过EDA软件Multisim10实 现。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐 而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深 刻理解。参考文献1 康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社，2006年2 彭华林等编.数字电子技术.长沙：湖南大学出版社，2004年3 金唯香等编.电子测试技术.长沙：湖南大学出版社，2004年4 侯建军.数字电路实验一体化教程.北京:清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005 年5 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2001年6 赵春华、张学军.电子技术基础仿真实验.北京：机械工业出版社出版社，2007年
