课程设计—24S计时器.doc

电子课程设计篮球24S计时器学院：电子信息工程学院班级：自动化091501姓名：吕文波学号：200915040120 指导老师：柴婷婷 2011年12月目录： 一、设计任务及要求3二、总体框图3三、选择器件5四、功能模块7五、总体设计电路图11六、参考文献13七、心得体会14篮球24S计时器一 设计任务与要求1、 有显示24秒的计时功能2、 置外部操作开关，控制计时器的直接清零，起碇和暂停连续功能3、 计时器喂24秒递减计时器，其间隔为1秒4、 计时器递减计时到0时，数码显示器不能灭灯 应发出光电报警信号二 总体框图 1、设计框图 图1 总体框图2、秒脉冲发生器秒脉冲信号发生器需要产生一定精度和幅度的矩形波信号。实现这样矩形波的方法很多，可以由非门和石英振荡器构成，可由单稳态电路构成，可以由施密特触发器构成，也可以由555定时器构成等。不同的电路队矩形波频率的精度要求不同，由此可以选用不同电路结构的脉冲信号发生器。在设计中由于脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度直接影响计数器的精度，因此要求脉冲信号有比较高的精度。一般情况下，要做出一个精度比较高的 频率很低的振荡器有一定的难度 工程上解决这一问题的办法就是先做一个频率比较高的矩形波震荡器，然后将其输出信号通过计数器进行多级分项，就可以得到频率比较低 精度比较高的脉冲信号发生器，其精度取决于振荡器的精度和分级项数。3、24秒减法计数器：24秒减法计数器可以采用74LS160或者74LS192进行设计，在本设计中采用74LS192设计，74LS192是十进制同步加法|减法计数器，具有直接清零 异步置数功能。(74LS192功能表如图1所示)表1 74LS192功能表： CPU CPD LD CR 操作 0 0 置数 1 1 0 加计数 1 1 0 减计数 1 清零4、控制电路 按照系统的要求，电路应该完成以下4个功能；1）当操作直接清零按键时，要求计数器清零。2）当启动按键闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（秒脉冲信号），同时计数器完成置数功能，显示器显示24秒字样。当启动按键释放时，计数器开始减法计数。3）当暂停连续开关处于暂停状态时，控制电路封锁计数脉冲，计数器停止计数，显示器显示原来的数，而且保持不变，当暂停连续开关处于连续状态时，计数器正常计数，另外，外部操作开关都应该采取消抖措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。4）当计数器递减到零时，控制电路输出报警信号，计数器保持状态不变。5、显示电路在设计过程中采用四输入数码管，来显示数字变化。6、报警电路采用发光二极管作为报警灯，当灯亮时视为报警信号。三、选择器件各器件介绍：1).74LS192:为可预置的同步十进制双时钟加减法计数器，它具有上升沿有效地加计数时钟端UP和减计数时钟端DOWN；该计数器具有异步清零端，当清零信号CLR为高电平时，实现清零功能；该计数还有异步置数功能，当置数信号LOAD为低电平时，实现预置数；当计数器加计数，且计数值为9时，进位端CO输出宽度等于加计数脉冲UP的低电平脉冲，当计数器减计数，且计数值为0时借位端BO输出宽度等于减计数脉冲DOWN的低电平.2).555定时器 555定时器可以组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。3).非门74LS044).三输入与门74LS105).二输入与门74LS006).四输入显示器7).LED灯8).电阻表2 器件列表序列号名称型号备注序列号名称型号备注1G174LS049R110K1/8 W2G274LS1010R210K1/8 W3G374LS0011R310K1/8 W4G474LS0012R410K1/8 W5N574LS19213R51001/8 W6N674LS19214S1开关7LEDD1红色15S2开关855516S3开关单刀双掷四、功能模块1.秒脉冲发生器的工作原理 它由比较器1和比较器2非门G1G2组成的SR锁存器和放电三极管Q1组成。比较器1的反相端是阈值输入端；若是同相端不外接控制信号，则是电阻分压得到的参考电压三分之二Vcc。比较器2的同相端是触发端；反相端是电阻分压得到的参考电压三分之一Vcc。当放电晶体管导通时，放电端于地相连。在复位端加低电平信号，锁存器复位，可以使输出Vo低电平。正常工作时，复位端应该加高电平。控制端所加电压可以改变比较器1同相端，比较器2反向端的电压值，因此也就改变了比较器1反相端的阈值电压和比较器2同相端触发电压。若是控制端不外接电压，则比较器1同相端的电压为三分之二Vcc，比较器2反相端的电压为三分之一Vcc。 为了提高电路的负载能力，输出端设置了缓冲器G4。双极性定时器555的电源电压范围是516V，最大负载电流达200mA，CMOS型定时器555的电源范围是318V，最大负载电流为4mA。定时器555的输出高电平近似等于电源电压，低电平近似等于10V。用 555定时器构成的多谐振荡器： 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开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数10分的延时电路，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。 用555定时器构成多谐振荡器电路如下图，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C充电，使Uc逐渐升高，升到三分之二Vcc时，Uo跳变到低电平，放电端导通，这时，电容器C通过电阻R2和D端放电，使Uc下降，降到三分之一Vcc时，Uo跳变到高电平，D端截止，电源Vcc又通过R1和R2向电容C充电。如此循环，振荡不停，电容器C在三分之一Vcc和三分之二Vcc之间充电和放电，输矩形如下图 图2 555组成多谐振荡器 图3 秒脉冲发生电路图图4 秒脉冲信号图2.24秒减法计数器的工作原理 由上述74LS192功能表看出，当LD=1时，CR=0，CPD=1时，如果有时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上进行加法计数，当计数到9（1001），CO端输出进位下降沿跳变脉冲；当LD=1，CR=0，CPU=1时，如果有时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计数到0（0000）时，BO端输出借位下降沿跳变脉冲。由此设计出三十进制减法计数器，预置数位N=（00100100）=（24）,当低位计数器的借位输出端BO输出借位脉冲时，高位计数器材进行减法计数。当计数到高 低位计数器都为0时，高位计数器的借位输出端BO输出借位脉冲，使N3置数端LD=0,则计数器完成置数置零，在CPD端输入脉冲的作用下，进行下一循环的减法计数。图5 减法器电路图3控制电路的工作原理 把S2拨向清零端时，74LS192的CR=1时，计数器清零；当s2拨向工作端时，CR=0，计数器进入工作状态，这时，若按下启动按键S1计数器置数，若释放S1，则计数器在置数的基础上开始递减计数。当S3拨向连续端时，G4输出为高电平，此时如果BO=1，则将G2打开，秒脉冲进入计数器，计数器进行连续计数，当S3拨向暂停端时，G4输出低电平，将G2封锁，计数器没有计数脉冲送入，暂停计数。当计数器满24个脉冲，高位计数器N5的BO端输出低电平，一方面将G2封锁，另一方面点亮发光二极管，发出报警信号。需要说明的是，当N5计数到0时输出的借位信号持续时间很短，为了使得报警状态持续足够的时间，可用锁存器将借位脉冲锁存起来，也可以单稳态电路将借位脉冲的宽度展到足够宽度展到足够宽，然后用锁存或者展宽后的信号控制报警电路。五、总体设计电路图图6 总体设计电路图1、内容；按电路图接好器件，当S1接通后，计数器开始置数24，断开后，计数器开始计数，S3向左接，是进行连续计数，向右是进行暂停，S2左接计数，右接清零，可以通过S1进行计数器的计数工作，S2来实现计数器的再次计数功能。 图7 验证计数结束时报警信号2、硬件验证通过硬件的验证，可以得出此24S计数器总体设计电路图的正确性，只是在时间变化上稍有误差，产生这一现象的原因是：在硬件验证中，电阻与设计电阻稍有偏差，电容可能存在充放电现象。总体来说，硬件验证证明了此设计达到了设计目的。六、参考文献数字电子技术基础教程 夏路易 主编电子技术实验与课程设计第三版 毕满清 主编七、心得与体会对于原理图的分析 ：1.首先实现基本的置数然后24秒递减的功能。置数功能的实现并不难。将LOAD置低电平就可以实现。2.实现计数到零之后停止计数并且报警。首先搞清楚计数到零的标志是什么。当然是十位的借位端出现借位信号（到达00后个位向十位借位，十位不够，向跟高位借位，因此十位的借位端出现低电平）。设计的时候需要考虑，十位的BO平时是高电平，clk能够作用。到零后BO是低电平，clk不能够作用。这个太简单了，不用分析。应该想到将十位的BO和CLK相与之后送给个位的CPD。实现暂停功能的原理其实和到零后自动停止是差不多的。应该想到到零后自动停止是十位的BO给信号，暂停时开关给信号而已。所以这样就很简单了。只需要将此开关的输出和十位的BO还有CLK相与就可以实现了。3.实际实验中容易出现问题的地方 其他的倒没有什么，本人做实验的时候因为开关是拨动的那种。所以往往暂停，开始，暂停，开始这样重复拨动的时候就会出现抖动情况，也就是在这样拨动的过程中会出现数字乱跳的情况。通过紧固连线还有小心的拨动开关不能从根本上解决问题，只是减小几率。在本次的课程设计中通过自己选题，找材料、分析、设计等，掌握了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和团队精神，也增强了我其它方面的能力。在设计中，我充分应用所学的知识，例如，集成电路74LS系列，三极管，二极管，整定时器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