30秒定時器設(shè)計解析匯報

1、某某科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)自動化班級一班學(xué)號xxxxx某某xxxx_、設(shè)計題目30秒定時器二、設(shè)計任務(wù)與要求1. 倒計時定時器，計數(shù)時間間隔1秒。2. 用數(shù)碼管顯示計數(shù)值。3. 可以復(fù)位和暫停。4. 計時完畢后報警。三、參考文獻(xiàn)1江曉安，董秀峰.數(shù)字電子技術(shù).某某：某某電子科技大學(xué)，20082王毓銀.脈沖與數(shù)字電路第3版.：高等教育，19993謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試，第二版.某某：華中科技大學(xué),20004陳明義.電子技術(shù)課程設(shè)計實用教程.H：中南大學(xué)，2010四、設(shè)計時間年月曰至年月曰指導(dǎo)教師簽名：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名:某某科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題目30秒定時器學(xué)生某

2、某專業(yè)班級院系電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師完成時間目錄1設(shè)計目的12設(shè)計思路13設(shè)計過程13.1 方案論證1電路設(shè)計24系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果105心得體會116參考文獻(xiàn)11附錄1原理圖12附錄2實物圖13附錄3元器件清單131設(shè)計目的1熟悉集成電路的引腳安排。2掌握芯片的邏輯功能與使用方法。3了解電路板結(jié)構(gòu)與其接線方法。4了解30秒定時器的組成與工作原理5熟悉30秒定時器的設(shè)計與制作。2設(shè)計思路本次設(shè)計電路需要設(shè)計一個具有30秒倒計時功能的電路，計數(shù)時間間隔一秒，并且在倒計時過程中可以對電路進(jìn)展暫停、繼續(xù)和重置的功能，在倒計時完畢時，即數(shù)碼管顯示00后，發(fā)出相應(yīng)的報警信號。我們可以用555定時電路構(gòu)成的多諧

3、振蕩器來產(chǎn)生頻率為10Hz的脈沖，即輸出周期為0.1秒的方波脈沖，將該方波脈沖信號送到計數(shù)器74LS192的CP減計數(shù)脈沖端，再通過譯碼器74LS48把輸入的8421BCEK經(jīng)過內(nèi)部電路“翻譯”成七段a,b,c,d,e,f,g輸出，顯示十進(jìn)制數(shù)，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置開關(guān)或控制電路即可實現(xiàn)計數(shù)器的直接活零，啟動和暫停/連續(xù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈與光電報警等功能，本次電路用一個發(fā)光二極管作報警信號。3設(shè)計過程3.1方案論證30秒倒計時的總體方框圖如圖3-1所示圖3-1總體電路框圖30秒定時器主要有秒脈沖發(fā)生器、控制電路、計數(shù)器、譯碼顯示和報警電路四局部組成。計數(shù)器完成30秒減計時功能，而控制電

4、路是直接控制計數(shù)器的活零、啟動計時、暫停/繼續(xù)計數(shù)、譯碼顯示等功能。當(dāng)操作直接活零開關(guān)時能夠使計數(shù)器活零并且數(shù)碼顯示00;當(dāng)啟動計數(shù)時，計數(shù)器完成置數(shù)功能，數(shù)碼顯示30并開始遞減；當(dāng)暫停開關(guān)閉合時，控制電路封鎖時鐘脈沖信號，計數(shù)器處丁封鎖狀態(tài)，停止計數(shù)，當(dāng)暫停開關(guān)斷開時，計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)；當(dāng)計數(shù)完畢時，數(shù)碼管顯示00,報警電路接通，即發(fā)光二極管發(fā)光。秒脈沖發(fā)生器可以產(chǎn)生電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)的信號，用555定時電路作為秒脈沖發(fā)生器，555定時器結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，用途廣泛，可以組成多種波形發(fā)生器、多諧振蕩器、定時延時電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、報警電路、檢測電路、頻率變換電路等。3.2電

5、路設(shè)計(1)計數(shù)器模塊電路計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進(jìn)展計數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以與其他特定的邏輯功能。本實驗中計數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)展設(shè)計，74LS192是異步、可預(yù)置的十進(jìn)制加法/減法計數(shù)器，它采用8421BC況二-十進(jìn)制編碼，其功能表如表3-1所小。表3174LS192的功能表CPUCPDLDCR操作XX00置數(shù)110加計數(shù)110減計數(shù)1110保持xXX1清零由此看出，當(dāng)LD=1,CR=0,CPD=時，如果有時鐘脈沖加到CPU,如此計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的根底上進(jìn)展加法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到9時,CO端輸出進(jìn)位下降沿跳變脈沖

6、；當(dāng)LD=1,CR=0CPD=，如果有時鐘脈沖加到CPDS,如此計數(shù)器在預(yù)置數(shù)的根底上進(jìn)展減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到0時，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設(shè)計出三十進(jìn)制減法計數(shù)器，具體電路圖如圖3-2所示。圖中QQ分別接七段洋碼器的四個輸入端。LOAW預(yù)置輸入控制端，低電平有效，CLR為異步活零端，高電平有效。由丁本次電路需要計數(shù)器進(jìn)展減法運算，所以74ls192中的U哪即CPlfe計數(shù)時鐘輸入端需要一直處丁高電平，所以UP端直接和電源相連。圖中的CLR即為74ls192芯片的MRW零端，所以要一直接低電平，電路中直接接地。圖中預(yù)置數(shù)為00110000842ibc=30io。當(dāng)?shù)臀挥嫈?shù)器的借位輸出端

7、BO輸出借位脈沖時，高位計數(shù)器才開始進(jìn)展減法計數(shù)。當(dāng)計數(shù)到高、低位計數(shù)器都為零時，高位計數(shù)器的借位輸出端BO輸出借位脈沖，使置數(shù)端LD=0,如此計數(shù)器完成計數(shù)，相應(yīng)的報警電路導(dǎo)通。圖中第二個計數(shù)器的DOWNCPDM計U7n74LS192D數(shù)時鐘輸入端需要連接相應(yīng)的脈沖信號，以控制計數(shù)器的正常工作。VCC5VJ3Key=Space圖3-2計數(shù)器電路P0QOP1QIP2Q2P3Q3CPUTCuCPdTCdPLMRP7P3御|TI15(b)w3I65474LS192的管腳圖和功能如圖3-3所示¥trFoMRtoj瓦園同面同77而L_uLJLdL1JLsJLsJP1QiQOCPDCPlJO?

8、(a)圖3-374ls192管腳排列與邏輯符號經(jīng)查閱資料得：CPl同于在Multisim軟件中的UP端，即表示加計數(shù)時鐘輸入端；CPE同于在Multisim軟件中的DOWN,即表示減計數(shù)時鐘輸入端。PL表示預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置，等同丁LOA酣。TCUK；進(jìn)位輸出，等同丁COTC叫借位輸出，等同丁BQ2秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，秒脈沖信號輸入到計數(shù)器的減計數(shù)時鐘輸入端，完成計數(shù)的功能。秒脈沖可以由555定時器電路組成的多諧振蕩器提供。555定時器是一種模擬和數(shù)字相混合的集成電路，其結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，用途廣泛，可以組成多種波形發(fā)生器、多諧振蕩器、定時延時電

9、路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、報警電路、檢測電路、頻率變換電路等。通常只需在555定時器外接幾個阻容元件就可以很方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖3-4a所示，多諧振蕩電路是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源后不需要外加觸發(fā)信號，電路狀態(tài)能夠自動地不斷變換，產(chǎn)生矩形波的輸出，如圖3-5所示的示波器輸出。電路中有兩個暫穩(wěn)態(tài)，利用電源Vcc通過Ri和R向電容器C充電，使uo逐漸升高，升到2V/3時,uo跳變到低電平'，放電端D導(dǎo)通，這時，電容器C通過電阻R和D端放電，使u。下降，降到VC(/3時，u。跳變到高電平，。端截止，電源Vcc乂通過Ri和R向電容器

10、C充電。如此循環(huán)，振蕩不停，電容器C在VC/3和2VCC3之間充電和放電，輸出連續(xù)的矩形脈沖，其波形如圖3-4b所示。RiUc+VccR265553Uob圖3-4555構(gòu)成的振蕩電路與其波形通道_BT1囹制時間亟堂尸卜360.021ms5,000V3M,O21nts5hOOOVTm|o.oooso.ooov時間軸通道A謾道E觸發(fā)比例lOrns/Div比例5g比例5V/DivXfcS0vfcE0Y位置0電平0V函5網(wǎng)麗些項叵網(wǎng)3茵秘正茲標(biāo)準(zhǔn)自動:1無iExt,Trigger圖3-5555定時器發(fā)出的矩形波輸出信號Uo的脈寬tw>twa周期T的計算公式如下:W1=0.7(R1+R)C(3-1

11、)tW2C(3-2)T=twi+twu0.7(Ri+2R)C(3-3)根據(jù)要求，該系統(tǒng)中要使555構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生10Hz的脈沖，因此我們可以令R=47k,R=47k,C=0.1uF,得到周期T=0.7(47+2X47)X0.01=0.987S,按照圖3-6連接的電路就可以產(chǎn)生10Hz的方波脈沖，即時間為一秒。VDD-5VA1VCCRSTOUTDISTHRTRICONGND555_VIRTUAL圖3-6秒脈沖發(fā)生器電路在實際電路中我們用NE555定時器芯片，其管腳排列圖如圖3-7所示匚18GND2-Tnggsr匚2113-Output4-Reset6-Controlvoyage匚366-

12、Thmtiokf-J7-DischargeS-Vcc匚45圖3-7NE555定時器芯片管腳圖經(jīng)查閱資料可得圖中各引腳代表為：1地GND2觸發(fā)3輸出4復(fù)位5控制電壓6門限(閾值7放電8電源電壓Vcc。3控制電路控制電路即要滿足對電路的啟動、暫停、繼續(xù)、重置的功能，其中電路的啟動和重置要結(jié)合74ls192的預(yù)置端，當(dāng)預(yù)置端LOA或低電平時，電路時鐘輸入封鎖，完成預(yù)置，顯示30,所以此時秒脈沖對計數(shù)器無效，只有LOAM高電平時，74ls192才承受脈沖，開始減數(shù)。利用這一特性，用一個單刀雙擲開關(guān)即可完成電路的預(yù)置和啟動的功能。另一局部，在電路運行過程中，要對電路進(jìn)展暫停和繼續(xù)的操作，也就是說不影響秒

13、脈沖的產(chǎn)生，而只是暫時讓計數(shù)器承受不到傳過來的秒脈沖。由此可以想到用一個與門電路連接秒脈沖的輸出和控制電路，當(dāng)執(zhí)行暫停操作時，控制電路輸出低電平，如此與門輸出為低電平，此時計數(shù)器接收不到脈沖信號而停止工作；當(dāng)執(zhí)行繼續(xù)操作時，控制電路輸出高電平，與門輸出如此為高電平，計數(shù)器承受脈沖信號，繼續(xù)進(jìn)展計數(shù)工作。由丁由與非門構(gòu)成的根本RS觸發(fā)器有直接置零端和直接置一端，因此可以用根本的RS觸發(fā)器來完本錢局部的控制電路。電路連接圖如圖3-8所示，741S00為與非門，741S08為與門，Q點即為根本RS觸發(fā)器的輸出端。此時也需要一個單刀雙擲開關(guān)，控制兩個輸入端。4譯碼顯示電路計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果要通過譯碼顯示

14、電路才能顯示出來，譯碼顯示電路通常由洋碼器、驅(qū)動器和顯示器等局部構(gòu)成。本次電路中我們用發(fā)光二極管LELJ組成字型數(shù)碼管來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因為計算機輸出的是BC現(xiàn)，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把BC況轉(zhuǎn)換成7段字型數(shù)碼管所要求的代碼。我們把能夠?qū)⒂嬎銠C輸出的BC況換成7段字型代碼，并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制數(shù)的電路稱為“七段字型譯碼器"。因此我們采用了常用的74LS48作為電路中的譯碼器。圖3-9是74LS48的外部管腳圖Vqqfg3bcdeIIII2|：|口|5|：|，|丁舟BCLTBI/RBORBIDA

15、GND圖3-974ls48管腳圖由丁七段顯示譯碼器74ls48輸出高電平有效，所以用共陰極數(shù)碼管。該七段顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強器件的功能。其中BI/RBO為滅燈輸入端，當(dāng)BI=0時，無論輸入什么電平，所有字段均不顯示；LT是試燈輸入端，當(dāng)LT=0時，BI/RB。是輸出端，且BI/RBO=1,所有各段輸出ag均為1,顯示字形8。RBI為動態(tài)滅燈輸入，當(dāng)LT=1,RBI=0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為低電平，與BC況相應(yīng)的字形8熄滅，故稱“滅零”;RBO為動態(tài)滅零輸出，BI/RB。作為輸出使用時，受控丁LT和RBI。當(dāng)LT=1且RBI=0,輸入代碼DCBA=000時

16、，RBO=0假如LT=0或者LT=1且RBI=1,如此RBO=1該端主要用丁顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。譯碼顯示局部的電路如圖3-10所示，數(shù)碼管為共陰極，在數(shù)碼管的公共接地端申聯(lián)一個穩(wěn)壓二極管，以達(dá)到保護數(shù)碼管的作用。按圖示電路連接好數(shù)碼管和譯碼器的各個對應(yīng)引腳，完成譯碼顯示的局部電路設(shè)計。D2liHi02BZ2.2U2|1263517ABCDTU374LS48DU474LS48DVCCABCDT126OCIQ3544-i-475V圖3-10譯碼顯示電路5報警電路當(dāng)計數(shù)器遞減計數(shù)到零時，控制電路應(yīng)發(fā)出報警信號，使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變，同時報警電路工作，如圖3-11所示。當(dāng)計數(shù)到零時

17、，兩計數(shù)器借位端輸出多為低，故本設(shè)計將高位片借位BO反應(yīng)到二極管負(fù)極性端，此時+5V電源經(jīng)電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報警信號，完成報警功能，而在遞減計數(shù)時，高為片借位端輸出為高電平，二極管不報警。VCC5VR1600Q圖3-11報警電路4系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果按照設(shè)計好的電路圖，先在Multisim軟件中進(jìn)展電路仿真，調(diào)節(jié)好各局部的參數(shù)，仿真成功后，進(jìn)展元器件的選擇，然后焊接電路。焊接時以單元電路為基準(zhǔn)，一局部一局部的焊接，特別注意各個芯片引腳之間的焊接。單元電路焊接好后，應(yīng)該先認(rèn)真的進(jìn)展通電前的檢查。檢查電路中元器件是否接錯，電源對地是否短路，芯片驅(qū)動電源是否連接，連線是否正確。確認(rèn)無誤后方可通電。實

18、驗經(jīng)仿真軟件Multisim仿真無誤后，經(jīng)過一天的電路焊接，初步檢查無誤，然后通電，第一次發(fā)現(xiàn)電路短路，丁是用萬用表測量單元電路，找到短路的局部后進(jìn)展修改，修改后電路接通，但是數(shù)碼管顯示的數(shù)正好與預(yù)置的數(shù)譯碼后對應(yīng)相反，即本來顯示00,結(jié)果顯示-,丁是猜想數(shù)碼管接反。經(jīng)對74ls48輸出端測量后，發(fā)現(xiàn)其輸出高電平，對應(yīng)的數(shù)碼管應(yīng)該為共陰極。而我們焊接在電路中的數(shù)碼管經(jīng)測量為共陽極。這是由丁購置元器件的時候一時疏忽，沒有注意到這個問題。后經(jīng)調(diào)換安裝后，數(shù)碼管只能顯示兩種狀態(tài)，一個是預(yù)置的數(shù)30,一個是完畢的時候顯示00,并且二極管發(fā)光。也就是說，電路沒有中間的狀態(tài)，即計數(shù)器接收不到秒脈沖發(fā)出的脈

19、沖信號。丁是提出猜想計數(shù)器能夠置數(shù)，且二極管能夠?qū)?，證明計數(shù)器和譯碼電路沒有錯。只有可能是控制電路和555定時器電路有問題。經(jīng)過測量555輸出有方波，且RS觸發(fā)器能正常輸出。這就不對了，我們測量的電路沒有問題，電路連接也不錯，可為什么就是不能正常工作呢？帶著這些疑問，我們找到了教師，經(jīng)過和教師的探討和檢查測量以后，發(fā)現(xiàn)用丁置數(shù)的輸入端AB端，本來應(yīng)該AB端連接在一起和兩個計數(shù)器的UP端申聯(lián)后一直接高電平，即直接接到電源正極，而我們的電路卻經(jīng)過了單刀雙擲開關(guān)，導(dǎo)致開關(guān)按下顯示00,按上如此置數(shù)30.后經(jīng)過修改后，乂陸續(xù)更改了幾處錯誤后，電路終丁正常工作了。5心得體會數(shù)字電子技術(shù)是電子類專業(yè)的一

20、門非常重要的專業(yè)根底課，本周進(jìn)展的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計不僅是對課本上理論知識的鞏固和加深，同時也是對我們專業(yè)技能的一種提升。為期一周的課程設(shè)計，讓我們深深的認(rèn)識到了自己的不足，我們動手能力的欠缺，對知識的掌握不深，以與對實際電子元器件的不了解。當(dāng)我們面對選題的時候，覺得都沒有什么難度，利用所學(xué)的知識很容易實現(xiàn)。比如，我們的選題為30秒定時器的設(shè)計，看到這個題目，我立馬想到了數(shù)字電子技術(shù)課上教師講到的計數(shù)器,可以用一個計數(shù)器和譯碼顯示電路將電路設(shè)計出來?？墒钱?dāng)我真正接觸到這個電路的設(shè)計時，才了解實際遠(yuǎn)比我想象的要復(fù)雜得多，先說計數(shù)器要選擇具有減法功能的可逆計數(shù)器，然后是譯碼電路，要根據(jù)所選譯碼器的型號配對適宜的數(shù)碼管，比如74ls47要連接共陽極的數(shù)碼管，而74ls48如此要連接共陰極的數(shù)碼管，千萬不能搞錯，還有脈沖信號、控制電路等好多細(xì)節(jié)問題要解決。因此，整個課程設(shè)計過程中顯得時間非常緊X,有大量的工作要做。我們小組有四個人，大家合理分工，有負(fù)責(zé)查閱資料的，有負(fù)責(zé)分析電路的，有負(fù)責(zé)購置元器件的，還有負(fù)責(zé)焊接電路的。最后大家齊心協(xié)力，在規(guī)定時間內(nèi)完成了