30秒计时器设计报告.doc

课程设计报告 题 目 30s定时器设计 院 部 名 称 班 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 目录前言一、电路设计原理与方案41.1 设计原理41.2 设计方案4二、各单元电路设计42.1 脉冲发生电路42.2 计数电路62.3译码显示电路82.4 控制电路10三、仿真原理图11四、总结 13附录、元件清单14 前言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。 本设计主要能完成：显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为30秒递减计时其计时间隔为0.1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发光二极管led点亮，停止减计数等。 整个电路的设计借助于multisim 12.0仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在multisim 12.0下设计和进行仿真，得到了预期的结果。 一、电路设计原理与设计方案1.1 设计原理我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74ls192的cp减计数脉冲端,再通过译码器74ls48把输入的8421bcd码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示与灭灯及光电报警等功能。1.2 设计方案该系统应包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)等几部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能以及工作时间的调节。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器显示零。当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号cp，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当按下十位调节开关时，计数器加1；当按下个位调节开关时，计数器同样加1；当暂停、连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停、连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。二、各单元电路设计2.1 脉冲发生电路555定时器555定时器主要是通过外接电阻r和电容器c构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。图2.1.1 555管脚图用555定时器构成多谐振荡器用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.3(a)所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源vcc通过r1和r2向电容器c充电,使uc逐渐升高,升到2vcc/3时,uo跳变到低电平,放电端d导通,这时,电容器c通过电阻r2和d端放电,使uc下降,降到vcc/3时,uo跳变到高电平,d端截止,电源vcc又通过r1和r2向电容器c充电。如此循环,振荡不停, 电容器c在vcc/3和2vcc/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图2.3(b)所示。8 476 555 321 5r1r2ucc+vccuo0.01ftuo0tw2tw1tuc0t（a）5555555（b） 图2.1.2 555构成的振荡电路及即波形输出信号uo的脉宽tw1、tw2、周期t的计算公式如下:tw10.7(r1r2)ctw20.7r2cttw1tw20.7(r12r2)c要使555构成的多谐振荡电路产生1hz的脉冲，因此可以令r1= 8.2k，r2= 68k，c= 10uf，得到周期t=1s，即按照图2.4连接的电路就可以产生1hz的秒脉冲。图2.1.3 555定时器构成的多系振荡电路2.2 计数器电路计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。本次课程设计中选用74hc192来实现要求的减法计数功能。图2.1是74hc192的管脚图。 图2.2.1 74hc192管脚图74hc192具有下述功能： 异步清零：mr=1，q3q2q1q0=0000 。（此功能可实现计数器的清零）异步置数：mr=0， =0，q3q2q1q0=d3d2d1d0 。保持： mr=0，=1，cpu=cpd=1,q3q2q1q0保持原态加计数：cr=0, =1，cpu=cp，cpd=1，q3q2q1q0按加法规律计数减计数：cr=0, =1，cpu=1，cpd= cp，q3q2q1q0按减法规律计数图2.2.2 30秒倒计时器的计数电路它的计数原理是：使加计数脉冲信号引脚cpu=1，计数脉冲加入个位74hc192引脚cpd脚，当减计数到零时，个位 74hc192的端发出错位脉冲，使十位计数器减计数，当高、低位计数器处于全零时，cpd（dwn）端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下次循环减计数。2.3 译码显示电路数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，也称led数码管或led七段显示器。因为计算机输出的是bcd码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把bcd码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的bcd码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74ls48。图2.3是74ls48的外部管脚图图2.3.1 74ls48管脚图七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 它有3个辅助控制端lt、rbi、bi/rbo,现简要说明如下： 灭灯输入bi/rbo bi/rbo是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当bi/rbo作输入使用且bi0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。 试灯输入lt 当lt0时，bi/rbo是输出端，且rbo1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1,显示字形8。 动态灭零输入rbi当lt1，rbi0且输入代码dcba0000时，各段输出ag均为低电平，与bcd码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。利用lt=1与rbi=0可以实现某一位的“消隐”。此时bi/rbo是输出端，且rbo=0。 动态灭零输出rbobi/rbo作为输出使用时，受控于lt和rbi。当lt1且rbi0，输入代码dcba=0000时，rbo=0；若lt=0或者lt1且rbi1，则rbo=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 对输入代码0000，译码条件是：lt和rbi同时等于1，而对其它输入代码则仅要求lt1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入bcd码决定的，并且满足显示字形的要求。74ls48的功能表如下：74ls48功能表十进数或功能输入bi/rbo输出ltrbid c b aabcdefg0hh0 0 0 0h11111101hx0 0 0 1h01100002hx0 0 1 0h11011013hx0 0 1 1h11110014hx0 1 0 0h01100115hx0 1 0 1h10110116hx0 1 1 0h00111117hx0 1 1 1h11100008hx1 0 0 0h11111119hx1 0 0 1h111001110hx1 0 1 0h000110111hx1 0 1 1h001100112hx1 1 0 0h010001113hx1 1 0 1h100101114hx1 1 1 0h000111115hx1 1 1 1h0000000bixxx x x xl0000000rbihl0 0 0 0l0000000ltlxx x x xh1111111表2.3.2 74ls48的功能表本次设计的译码显示电路可以按照图2.5连接电路图2.3.3 译码显示电路2.4控制电路开关s1闭合后，74hc192实现置数功能，七段数码管显示30；当s1断开后，计数器开始计数；当暂停/连续开关s2拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停/连续开关s2拨在连续时，计数器继续累计计数；在减计数的过程中也可按下s1实现复位，使计时器开始重新计时。(参考仿真原理图2.4.1)三 仿真原理图30s计时器的设计主要分为五个模块：时钟模块（即秒脉冲发生模块）、计数模块、译码显示模块、辅助时序控制模块（简称控制电路），打开仿真软件multisim 12.0按要求在multisim 12.0里连接好如图所示的电路后就可以进行电路仿真了，总体仿真电路如下图。图2.4.1 30秒倒计时器整体电路图开关s1闭合，置数：开关s1断开，开始计数；s2闭合，计数暂停四、课程设计总结 课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力，同时也增强了我其它方面的能力。在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：集成电路74ls系列、二极管、555等元件的应用。这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次设计所用的的工具是multisim 12.0,由于之前没有接触过类似的软件，所以画图和仿真就没那么方便，但我也尽我所能去做好此次设计。本次课程设计提高了我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力。组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。同时也加强了对课本知识的理解，使我