10秒倒計(jì)時(shí)器的電子課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 程 名 稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 題 目 10秒倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì) 所學(xué)專業(yè)名稱 電子信息工程 班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2014年 6月 3日機(jī)電學(xué)院電子信息工程課程設(shè)計(jì)任 務(wù) 書設(shè)計(jì)名稱： 10秒倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：自 2014 年 5 月 21 日起 至 2014 年 6 月 4 日止1、 課程設(shè)計(jì)目的 1).熟悉集成電路及有關(guān)電子元器件的使用;2).了解計(jì)時(shí)器主體電路的組成及工作原理;3).學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本555定時(shí)器、時(shí)鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求設(shè)

2、計(jì)任務(wù)：1).設(shè)計(jì)好完整的操作方案。2).對電路的原理進(jìn)行簡要分析。3).在Multisim仿真軟件中繪制出完整仿真電路圖。并且盡可能地使整個(gè)電路簡潔、整齊、一目了然。4).對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的.基本要求： 1）具有10秒倒計(jì)時(shí)功能； 2)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零/復(fù)位、開始和暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)功能； 3)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)間隔為1秒； 4)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不滅燈，保持并閃爍光電報(bào)警。5計(jì)時(shí)器暫停計(jì)數(shù)時(shí)，數(shù)碼管閃爍提醒；機(jī)電學(xué)院電子信息工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師評價(jià)表院（部）機(jī)電學(xué)院年級專業(yè)12電信學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號題 目10秒倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)一、 指導(dǎo)老師評

3、語指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 二、 成績評定指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日 目錄摘要與關(guān)鍵字11倒計(jì)時(shí)器組成及原理 1.1倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器組成 1.2工作原理 32.擬定設(shè)計(jì)方案 4 2.1用Multisim進(jìn)行仿真計(jì) 4 2.2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管示 4 2.3設(shè)計(jì)555定時(shí)振蕩實(shí)現(xiàn)秒振蕩發(fā)生功能 4 2.4設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)功能 5 2.5設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)二位數(shù)減法計(jì)數(shù)功能 5 2.6設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)反饋電路實(shí)現(xiàn)30秒計(jì)數(shù)功能 5 2.7設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制電路實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、清零/復(fù)位和暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)控制電5 2.7.1清零/復(fù)位電路5 2.7.2暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)電路6 2.7.3啟動(dòng)電路 7 2.8設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)閃爍報(bào)警電路 8 3.功能

4、說明總結(jié) 4.課程設(shè)計(jì)小結(jié) 9 參考文獻(xiàn) 10 附錄一 附錄二 摘要與關(guān)鍵詞摘要：電子秒表是現(xiàn)實(shí)生活中的很常見的裝置，常見的電子秒表種類很多，其主要運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)中。數(shù)字式電子秒表是常見的電子秒表中的一種，它有顯示更直觀等好處。本次課程設(shè)計(jì)采用現(xiàn)代數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法應(yīng)用Multism進(jìn)行設(shè)計(jì)并仿真。從總體設(shè)計(jì)框圖開始，將設(shè)計(jì)任務(wù)逐步分解，直到可以用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路部件實(shí)現(xiàn)，然后將各部件聯(lián)結(jié)成系統(tǒng)，通過Multism進(jìn)行設(shè)計(jì)的分析綜合和時(shí)序仿真驗(yàn)證。本文在原理簡要處，還加入了程序設(shè)計(jì)中用到的幾種集成元件的管腳圖，以及簡單介紹了這些元器件所能實(shí)現(xiàn)的功能。先后設(shè)計(jì)出了計(jì)秒、計(jì)分和計(jì)時(shí)電路，并完成了初步的調(diào)試

5、與仿真。最后，在分析時(shí)序仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行進(jìn)一步的修改和完善，已達(dá)到對設(shè)計(jì)電路正確運(yùn)行且學(xué)會(huì)運(yùn)用Multism電路設(shè)計(jì)與仿真的目的。操作步驟與解釋：（1）啟動(dòng)仿真電路，可觀察到數(shù)字時(shí)鐘的秒位開始計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)到60后復(fù)位為0，并進(jìn)位到分計(jì)時(shí)電路。（2）觀察到數(shù)字時(shí)鐘的分位開始計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)到60后復(fù)位為0，并進(jìn)位到時(shí)計(jì)時(shí)電路（3）開關(guān)J1可控制時(shí)計(jì)時(shí)電路的方式選擇。（4）控制鍵可控制秒脈沖直接引入時(shí)、分計(jì)數(shù)器。（5）出現(xiàn)整點(diǎn)，即時(shí)計(jì)數(shù)器發(fā)生變化。關(guān)鍵字：計(jì)數(shù)器; 555定時(shí)器;多謝振蕩器；課程設(shè)計(jì)1 倒計(jì)時(shí)器組成及原理1.1倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器組成倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器選用TTL集成電路，主要由秒定時(shí)振蕩

6、發(fā)生器、減法計(jì)數(shù)器、譯碼器、七段數(shù)碼顯示器、控制電路、閃爍報(bào)警電路等組成，在電路工作過程中，電路能夠通過控制器實(shí)現(xiàn)開始計(jì)數(shù)、清零/復(fù)位、暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)等功能，在倒計(jì)時(shí)結(jié)束保持00狀態(tài)并不斷閃爍提示報(bào)警，原理圖如下： 圖11.2工作原理當(dāng)電路工作時(shí)，由555定時(shí)器組成多諧振蕩器，選取適當(dāng)?shù)碾娙菔拐袷幹芷跒?s；用兩片減法計(jì)數(shù)器芯片級聯(lián)組成二位數(shù)計(jì)數(shù)器，用七段數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)；控制電路通過控制減法計(jì)數(shù)器的控制端實(shí)現(xiàn)對電路保留、啟動(dòng)、清零/復(fù)位和暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)功能的控制；利用JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)特性和譯碼器BI/RBO端的控制實(shí)現(xiàn)閃爍報(bào)警功能。2擬定設(shè)計(jì)方案2.1用Multisim進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)Mult

7、isim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。Multisim中提供了豐富的硬件數(shù)據(jù)可供選擇，它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。通過Multisim可以及時(shí)仿真實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)功能并及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題進(jìn)行改正，可以確保設(shè)計(jì)的電路能夠正常實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的功能。2.2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示選取共陰極七段紅色數(shù)碼管作為顯示器，譯碼器選擇74LS48N，將譯碼器的LT、RBI端直接接高電平，BI/RBO也接高電平，將七段數(shù)碼管的七個(gè)引腳分別接100電阻后于譯碼器輸出端相連，在譯碼器輸入端輸入電平實(shí)現(xiàn)

8、了數(shù)碼管顯示功能。2.3設(shè)計(jì)555定時(shí)振蕩實(shí)現(xiàn)秒振蕩發(fā)生功能如圖2，用555定時(shí)器、電容電阻組成多諧振蕩發(fā)生器，C1選擇1uF，圖中C1為100nF為仿真實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)，C2選擇10nF，電阻均為5.1k，由周期計(jì)算公式： T0.7（R1+2R2）C1 1s 圖2 諧振蕩發(fā)生器2.4設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)功能選用74LS191N加減計(jì)數(shù)器作為減法計(jì)數(shù)器芯片，U/D加減控制端接高電平將74LS191N設(shè)置為減法計(jì)數(shù)狀態(tài)，將74LS191N輸出端與74LS48N譯碼器的輸入端相接，脈沖接555定時(shí)振蕩電路產(chǎn)生的諧振脈沖，實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)功能。2.5設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)二位數(shù)減法計(jì)數(shù)功能級聯(lián)兩片均設(shè)置為減法計(jì)數(shù)器的74LS1

9、91N，將低位減計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端RCO接高位減計(jì)數(shù)器的EN使能端（圖中為CTEN端），將數(shù)碼管、電阻及譯碼器74LS48N按2.2中說明連接，實(shí)現(xiàn)二位數(shù)減計(jì)數(shù)功能。2.6設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)反饋電路實(shí)現(xiàn)10秒計(jì)數(shù)功能如圖3，采用74LS191N異步置數(shù)，高位反饋輸出OA、OB通過兩個(gè)2輸入與非門兩次與非反饋給D觸發(fā)器RESET端，為實(shí)現(xiàn)控制功能準(zhǔn)備，最終反饋給預(yù)制LD端（電路圖中為LOAD端）；低位反饋輸出OB、OD同高位方法實(shí)現(xiàn)。高位預(yù)置數(shù)端DCBA預(yù)置0100，低位預(yù)置數(shù)端DCBA預(yù)置1001，實(shí)現(xiàn)10秒計(jì)數(shù)。 圖3 反饋電路設(shè)計(jì)圖 2.7設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制電路實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、清零/復(fù)位和暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)控制電路2.

10、7.1清零/復(fù)位電路高、低位74LS191N的反饋信號分別通過兩個(gè)2輸入與非門兩次與非輸入D觸發(fā)器的RESET端，同時(shí)D端與清零/復(fù)位控制電路相連，D觸發(fā)器輸出Q再反饋會(huì)LOAD端（即LD端），兩個(gè)D觸發(fā)器的D端均與開關(guān)J4所在清零/復(fù)位控制電路電阻、二極管右端，開關(guān)左端相接（如圖3），高位74LS191N的高電平預(yù)置數(shù)與低位74LS191N的高電平預(yù)置數(shù)端與D輸入接線位置相同，使得開關(guān)閉合前高低位74LS191N的高電平預(yù)置數(shù)及D為高電平，閉合后高低位74LS191N的高電平預(yù)置數(shù)及D為低電平，從而控制LD預(yù)置端實(shí)現(xiàn)清零和復(fù)位功能。如圖4，J4控制電路為清零/復(fù)位控制電路，J4為控制開關(guān)，閉

11、合清零，開啟復(fù)位。 圖4 清零/復(fù)位電路圖2.7.2暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)電路單刀單擲開關(guān)J1所在電路為暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)功能電路。如上圖4，開關(guān)J1閉合前，J1所在電路反饋低電平，當(dāng)J1閉合后，J1所在電路反饋高電平，反饋信號經(jīng)如下圖5兩個(gè)或非門兩次或非輸入D觸發(fā)器輸入D端（如下圖5），D觸發(fā)器輸出Q接低位74LS191N的CTEN端（及EN使能端），上面的JK觸發(fā)器的輸出端與第一個(gè)或非門的另一輸入端相連。電路工作時(shí)，當(dāng)J1斷開，正常工作，當(dāng)J1閉合時(shí)，使能端CTEN變?yōu)楦唠娖剑臀?4LS191N輸出保持，使電路進(jìn)入暫停狀態(tài)，斷開J1則繼續(xù)計(jì)數(shù)。 圖5 暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)圖2.7.3啟動(dòng)電路如上圖

12、5，J3所在為啟動(dòng)控制電路，當(dāng)J1處于斷開狀態(tài)，RESET端為低電平，當(dāng)閉合J1后，RESET端為高電平，JK觸發(fā)器輸出置0，正常工作狀態(tài)下第一級或非門另一輸入為0，經(jīng)兩級或非后輸入D觸發(fā)器，且輸入為低電平，即輸出端Q輸出低電平至CTEN（EN使能端）使電路啟動(dòng)。74LS191N功能表如圖：預(yù)置使能加/減控制時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式LDEND/UCP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q00xxx d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 d0異步置數(shù)11xx x x x x保持?jǐn)?shù)據(jù)保持100 x x x x加法計(jì)數(shù)加法計(jì)數(shù)101 x x x x加法計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)圖62.8設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)閃

13、爍報(bào)警電路根據(jù)譯碼器控制端BI/RBO功能 功能（輸入）輸入輸入/輸出輸出LTRBIA3A2A1A0BI/RBO a b c d e f g 滅燈xxxxxx0 0 0 0 0 0 0 0圖7如圖7，當(dāng)BI/RBO為0時(shí)，不論LT，RBI及A3A2A1A0為何值，輸出為0且數(shù)碼管為滅燈狀態(tài)。當(dāng)BI/RBO為1時(shí)，正常輸出輸入數(shù)據(jù)。對于JK觸發(fā)器，J端接高電平，K端與低位74LS191N的使能端EN（電路圖中CTEN端）相接，則K端在計(jì)數(shù)使能時(shí)為低電平，暫?；蛴?jì)數(shù)到00時(shí)為高電平，由JK觸發(fā)器功能表如下：JK輸出10置111翻轉(zhuǎn)圖8如圖9，將74LS48N譯碼器的BI/RBO與該JK觸發(fā)器的輸出

14、端相連，由圖8可知當(dāng)J=1，K=0時(shí)，BI/RBO置1，數(shù)碼管正常工作；當(dāng)J=1，K=1時(shí)，BI/RBO翻轉(zhuǎn)，使數(shù)碼管時(shí)亮?xí)r滅閃爍。 圖9 閃爍報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖經(jīng)過以上功能分析、設(shè)計(jì)和仿真，30s計(jì)數(shù)器的各項(xiàng)功能得到實(shí)現(xiàn)，在清零/復(fù)位與暫停/繼續(xù)控制電路中，當(dāng)J1閉合，暫停計(jì)數(shù)時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，J1斷開，繼續(xù)計(jì)數(shù)時(shí)，發(fā)光二極管滅；當(dāng)J4閉合，數(shù)碼管清零，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)J4斷開后，發(fā)光二極管滅。3，功能說明總結(jié)實(shí)現(xiàn)從29到00的30秒倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，時(shí)間間隔為1s，具有啟動(dòng)，清零/復(fù)位與暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)功能；同時(shí)當(dāng)清零與暫停時(shí)，清零/復(fù)位或暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)功能電路中的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，作為功能標(biāo)識

15、；暫停時(shí)，數(shù)碼管顯示閃爍提醒，倒計(jì)時(shí)到00時(shí)計(jì)數(shù)保持00，并且閃爍報(bào)警，提示計(jì)數(shù)結(jié)束。J1為單刀單擲開關(guān)，是暫停/繼續(xù)計(jì)數(shù)功能控制開關(guān)，閉合J1,開關(guān)，計(jì)數(shù)暫停，斷開J1開關(guān)，計(jì)數(shù)繼續(xù)；J3為自動(dòng)復(fù)位開關(guān)，時(shí)計(jì)數(shù)啟動(dòng)開關(guān)，當(dāng)清零/復(fù)位開關(guān)斷開復(fù)位后，按下J3啟動(dòng)計(jì)數(shù)；J4為單刀單擲開關(guān)，是清零/復(fù)位功能控制開關(guān)，閉合J3開關(guān)，數(shù)碼管清零保持，再斷開J3開關(guān)，復(fù)位29，等待啟動(dòng)開關(guān)J3啟動(dòng)。4.課程設(shè)計(jì)小結(jié)課程設(shè)計(jì)過程中對學(xué)到的各種芯片的功能，作用有了更加深入的學(xué)習(xí)，尤其是通過Multisim的設(shè)計(jì)與仿真，Multisim之前沒有接觸過，這幾天學(xué)習(xí)了其基本功能和仿真實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)10秒倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器

16、時(shí)，用到了74LS191N加/減計(jì)數(shù)器，共陰極數(shù)碼管，74LS48N譯碼器，555定時(shí)器組成多諧振蕩器電路，JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器等元器件，對這些元器件的特性，功能有了進(jìn)一步深入的了解。通過555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路的仿真對其電路結(jié)構(gòu)有了更深刻的印象，掌握了通過改變RC的值對振蕩周期進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)然在設(shè)計(jì)各各功能的過程中也遇到了許多問題，如最初使用74LS191N加/減計(jì)數(shù)器的時(shí)候?qū)ζ浞答伜彤惒街脭?shù)功能不是很清楚，在查閱書本和實(shí)踐多次的基礎(chǔ)上終于解決異步置數(shù)問題，又如在設(shè)計(jì)反饋控制電路的過程中，時(shí)選用JK觸發(fā)器還是D觸發(fā)器，最初的設(shè)想是用的JK觸發(fā)器，但是實(shí)驗(yàn)多次后才覺得如果用D觸發(fā)器會(huì)更好，最

17、終用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)清零/復(fù)位控制電路和計(jì)數(shù)器反饋電路；另一個(gè)問題是倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)到00時(shí)的保持與閃爍問題，當(dāng)計(jì)數(shù)到00時(shí)，74LS191N的MAX/MIN端輸出將從低電平變?yōu)楦唠娖?，試了不少方法，有些無法保持00狀態(tài)，有些在00狀態(tài)無法閃爍，最終通過反饋兩個(gè)74LS191N的MAX/MIN端與非兩次后的輸控制D觸發(fā)器U21的SET端控制低位74LS191N的使能端CTEN端（即EN端）實(shí)現(xiàn)保持00計(jì)數(shù)狀態(tài)，并利用JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)和置1功能特性控制74LS48譯碼器的BI/RBO端輸入實(shí)現(xiàn)閃爍功能。每遇到一個(gè)問題都時(shí)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和加深對電路，原理，元器件學(xué)習(xí)的過程，每解決一個(gè)問題，沒實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，都會(huì)十分的興奮，總之，課程設(shè)計(jì)是一個(gè)提高能力，實(shí)踐所學(xué)知識的過程，當(dāng)然，還有許多的元器件，電路原理等有待于進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，對Multisim是一個(gè)開始，希望今后也能進(jìn)一步學(xué)習(xí)到更多這一功能強(qiáng)大仿真軟件的功能。參考文獻(xiàn)：艾永樂 付子義 數(shù)字電子計(jì)數(shù)基礎(chǔ) 2008 北京 中國電力出版社； 邱關(guān)源 羅先覺 電路第五版 2011 北京 高等教育出版社；Multi