30秒計時器設(shè)計報告

.z.課程設(shè)計報告題目30S定時器設(shè)計院部名稱班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師目錄前言一、電路設(shè)計原理與方案41.1設(shè)計原理41.2設(shè)計方案4二、各單元電路設(shè)計42.1脈沖發(fā)生電路42.2計數(shù)電路62.3譯碼顯示電路82.4控制電路10三、仿真原理圖11四、總結(jié)13附錄、元件清單14前言電子課程設(shè)計是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個環(huán)節(jié)。在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)、還可以用來做時間提醒設(shè)備等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。本設(shè)計主要能完成：顯示30秒倒計時功能；系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)功能；在直接清零時，數(shù)碼管顯示器全部顯示為“0”；計時器為30秒遞減計時其計時間隔為0.1秒；計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，同時發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮，停止減計數(shù)等。整個電路的設(shè)計借助于Multisim12.0仿真軟件和數(shù)字邏輯電路相關(guān)理論知識，并在Multisim12.0下設(shè)計和進(jìn)行仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果。一、電路設(shè)計原理與設(shè)計方案1.1設(shè)計原理我們可以用555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來產(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8421BCD碼經(jīng)過部作和電路“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)器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈及光電報警等功能。1.2設(shè)計方案該系統(tǒng)應(yīng)包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路(簡稱控制電路)等幾部分構(gòu)成。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停、連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能以及工作時間的調(diào)節(jié)。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器顯示零。當(dāng)啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣；當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當(dāng)按下十位調(diào)節(jié)開關(guān)時，計數(shù)器加1；當(dāng)按下個位調(diào)節(jié)開關(guān)時，計數(shù)器同樣加1；當(dāng)暫停、連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停、連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。二、各單元電路設(shè)計2.1脈沖發(fā)生電路555定時器555定時器主要是通過外接電阻R和電容器C構(gòu)成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路、以及多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。圖2.1.1555管腳圖用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器電路如圖2.3(a)所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/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R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時,uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停,電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖2.3(b)所示。8484765553215R1R2ucC+VCCuo0.01μFtuo0tw2tw1tuc0T（a）5555555（b）圖2.1.2555構(gòu)成的振蕩電路及即波形輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、周期T的計算公式如下:tW1＝0.7(R1＋R2)CtW2＝0.7R2CT＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)C要使555構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生1Hz的脈沖，因此可以令R1=8.2k，R2=68k，C=10uF，得到周期T=1s，即按照圖2.4連接的電路就可以產(chǎn)生1Hz的秒脈沖。圖2.1.3555定時器構(gòu)成的多系振蕩電路2.2計數(shù)器電路計數(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)行計數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設(shè)計中選用74HC192來實現(xiàn)要求的減法計數(shù)功能。圖2.1是74HC192的管腳圖。圖2.2.174HC192管腳圖74HC192具有下述功能：異步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000。（此功能可實現(xiàn)計數(shù)器的清零）②異步置數(shù)：MR=0，=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。③保持：MR=0，=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)④加計數(shù)：CR=0,=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù)⑤減計數(shù)：CR=0,=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)圖2.2.230秒倒計時器的計數(shù)電路它的計數(shù)原理是：使加計數(shù)脈沖信號引腳CPu=1，計數(shù)脈沖加入個位74HC192引腳CPD腳，當(dāng)減計數(shù)到零時，個位74HC192的端發(fā)出錯位脈沖，使十位計數(shù)器減計數(shù)，當(dāng)高、低位計數(shù)器處于全零時，CPD（DWN）端的輸入時鐘脈沖作用下，計數(shù)器再次進(jìn)入下次循環(huán)減計數(shù)。2.3譯碼顯示電路數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。因為計算機(jī)輸出的是BCD碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把BCD碼轉(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(jī)輸出的BCD碼換成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”因此在本次的設(shè)計中我們采用了常用的74LS48。圖2.3是74LS48的外部管腳圖圖74LS48管腳圖七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現(xiàn)簡要說明如下：滅燈輸入BI/RBOBI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當(dāng)BI/RBO作輸入使用且BI＝0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入a～g均為0，所以字形熄滅。試燈輸入LT當(dāng)LT＝0時，BI/RBO是輸出端，且RBO＝1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出a～g均為1,顯示字形8。動態(tài)滅零輸入RBI當(dāng)LT＝1，RBI＝0且輸入代碼DCBA＝0000時，各段輸出a～g均為低電平，與BCD碼相應(yīng)的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實現(xiàn)*一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。動態(tài)滅零輸出RBOBI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當(dāng)LT＝1且RBI＝0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT＝1，這時候，譯碼器各段a～g輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。74LS48的功能表如下：74LS48功能表十進(jìn)數(shù)

或功能輸入BI/RBO輸出LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H11111101H*0001H01100002H*0010H11011013H*0011H11110014H*0100H01100115H*0101H10110116H*0110H00111117H*0111H11100008H*1000H11111119H*1001H111001110H*1010H000110111H*1011H001100112H*1100H010001113H*1101H100101114H*1110H000111115H*1111H0000000BI******L0000000RBIHL0000L0000000LTL*****H1111111表74LS48的功能表本次設(shè)計的譯碼顯示電路可以按照圖2.5連接電路圖譯碼顯示電路2.4控制電路開關(guān)S1閉合后，74HC192實現(xiàn)置數(shù)功能，七段數(shù)碼管顯示30；當(dāng)S1斷開后，計數(shù)器開始計數(shù)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)S2撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)S2撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)；在減計數(shù)的過程中也可按下S1實現(xiàn)復(fù)位，使計時器開始重新計時。(參考仿真原理圖)三仿真原理圖30S計時器的設(shè)計主要分為五個模塊：時鐘模塊（即秒脈沖發(fā)生模塊）、計數(shù)模塊、譯碼顯示模塊、輔助時序控制模塊（簡稱控制電路），打開仿真軟件Multisim12.0按要求在Multisim12.0里連接好如圖所示的電路后就可以進(jìn)行電路仿真了，總體仿真電路如下圖。圖2.4.130秒倒計時器整體電路圖開關(guān)S1閉合，置數(shù)：開關(guān)S1斷開，開始計數(shù)；S2閉合，計數(shù)暫停四、課程設(shè)計總結(jié)課程設(shè)計需要的是活學(xué)活用所涉及的知識。在本次的課程設(shè)計過自己選題，找材料，分析、設(shè)計等，也掌一些軟件的操作方法，這為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。整個設(shè)計實現(xiàn)了從單一的理論學(xué)習(xí)到解決實際問題的轉(zhuǎn)變。通過本次的課程設(shè)計，我最大的收獲就是提高了自身的動手能力，培養(yǎng)了我的尋求解決問題的能力，同時也增強(qiáng)了我其它方面的能力。在設(shè)計中，我充分應(yīng)用我們所學(xué)的知識，例如：集成電路74LS系列、二極管、555等元件的應(yīng)用。這次實踐使我受益匪淺，在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強(qiáng)了我的實際操作能力。在讓我體會到設(shè)計電路艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。這次設(shè)計所用的的工具是Multisim12.0,由于之前沒有接觸過類似的軟件，所以畫圖和仿真就沒則方便，但我也盡我所能去做好此次設(shè)計。本次課程設(shè)計提高了我的綜合動手能力和工程設(shè)計能力，它使我的理論知識得到了綜合應(yīng)用，培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)理論的能力和解決較復(fù)雜的實際問題的能力。電子技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出系統(tǒng)集成化，自動化，設(shè)計自動化，用戶專業(yè)化和測試智能的優(yōu)勢，作為一個大學(xué)生。我們必須時代的發(fā)展，這使我們必須要擴(kuò)展自己的知識，并利用計算機(jī)來輔助分析和設(shè)計，這對我們是有益的。課程設(shè)計的自主設(shè)計、學(xué)習(xí)和研究過程中，通過寫課程設(shè)計的總結(jié)報告，初步訓(xùn)練我的書面表達(dá)能力。組織邏輯能力，這些技能應(yīng)用性強(qiáng)，對我的將來就業(yè)和進(jìn)一步發(fā)展幫助較大。同時也加強(qiáng)了對課本知識的