30秒定时器课程设计报告.doc

数字电路课程设计报告设计课程题目：30秒定时器专业：*班级：*学号：*姓名：*指导老师：*设计时间：2010年12月1日题目：30秒定时器摘要：随着时代的进步，电子行业的发展，定时器的应用也越来越广泛。但传统的定时器都是使用发条驱动式、电机传动式或电钟式等机械定时器。电子定时器相对产痛定时器来说，体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长、而且安全可靠、调整方便、适于频繁使用。该电子定时器满足对电器的电源进行控制，同时要方便用户对电子定时器的操作。最大时间能达到30S。 关键词：秒脉冲发生器、控制电路、计数器、译码显示电路、74HC192引言：我们在日常生活中，经常碰到一些需要定时的事情，例如：印相或放大照片，需要定在零点几秒的时间，洗衣机洗涤衣物需要定在几分钟到几十分钟的时间，电风扇需要定在数十分钟的时间。完成这种定时的定时器有多种多样。在电子技术突飞猛进的今天，电子定时器一定会逐步取而代之，这是不言而喻的。一、设计目的掌握译码器、锁存器、定时器等的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路；分析与设计时序控制电路。画出30秒定时器的所有组成电路和整机逻辑电路图，掌握定时器的工作原理及其设计方法，并对各电路和原件的应用有所了解。二、设计任务1、30秒计时功能，两位数字显示，计时间隔为1秒。2、进行30秒减计时结束后，发光二极管点亮，显示器显示00。3、设置外部开关，可使定时器直接清零，启动计时、暂停/连续计时。三、整机框图30秒定时器的原理框图如图： 图一：30秒定时原理框图30秒定时器主要由秒脉冲发生器、控制电路、计数器、译码显示器电路四部分组成。计数器完成30秒减计时功能，而控制电路是直接控制计数器的清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示等功能。操作直接清零开关时能够使计数器清零并且使数码显示器显示00，当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP(脉冲信号)，同时计数器完成计数功能，译码显示电路显示30秒；当启动开关断开时，计数器开始计数：当暂停/连续开关闭合时，控制电路封锁时钟信号CP，计数器处于封锁状态，计数器停止计数；当暂停/连续断开时，计数器连续累计计数。四、各部分电路设计 1、秒脉冲电路 图二：秒脉冲电路 秒脉冲产生电路采用555定时器来实现。555定时器是一种多用途集成电路，应用相当广泛，通常只需外接几个阻容元件就可以很方便的构成施密特触发器和多谐振荡器。利用555定时器构成多谐振荡器的方法是把它的阀值输入端TH和触发输入端TR相连并对地接电容C，对电源VDD接电阻R1和R2，然后再将R1和R2接DIS端就可以了。由555定时器构成的秒脉冲产生电路如图二所示。多谐振荡器的振荡周期为： T=0.7（R1+R2）C=0.7（47+2*47）*1000*10*0.000001=987ms=1s2、减数器电路 减计数电路如图三，计数器74HC192是具有异步清零、异步预置功能的双时钟十进制同步加/减计数器，当S3接+5V时，CR为高电平，计数器清零；当S3接地时，CR为低电平、LD为低电平，D0D3端输入的数据d0d3被置入计数器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。当CR为低电平、LD为高电平时，如果CPD为高电平，由CPU端输入计数脉冲，进行加计数；如果CPU为高电平，由CPD端输入计数脉冲，则进行减计数；如果CPD和CPU端都为高电平，计数器保持状态不变。 图三：30进制减计数器用两片74HC192实现30秒定时器的计数，如下图。当S3接地（即CR=0），同时启动开关S1合上时，两片74HC192的LD=0，计数器置30秒。当S1断开时，LD=1，计数器工作，端CPD输入秒脉冲时，进行减计数。当计数器减计数到0时，BO1和BO2同时输出低电平0。3、译码和数码显示电路 译码器将各级十进制计数器的计数结进行二十进制译码，并驱动数码管用十进制符号显示出来。如图四： 图四：译码和数码显示电路在图中，4511为BCD七段锁存数码驱动器，其输入端A、B、C、D分别接计数器的输出端Q0、Q1、Q2、Q3；输出端ag分别接数码显示器的七段ag。数码显示器选用七段共阴极半导体显示器，显示器的接地线与地线之间串人一个限流电阻，以防止电流过大而烧坏数码管。4、时序控制电路减计数器电路如图五，BO1和BO2是个位和十位计数器的借位输出端，S2是暂停/连续开关，开关S2打向2时，G3输出高电平，控制门G4打开，秒脉冲信号可以通过控制门G4使计数器进行减数计数；开关S2打向1时，G3输出低电平，G4门关闭，秒脉冲信号被封锁，计数器处于锁存状态。计数器进行30秒倒计时后，十位计数器和个位计数器同时借位，BO1和BO2均为低电平，控制门G1输出低电平，二极管发光，同时G5门关闭，计数器不再进行计数，并显示00. 图五：时序控制电路5、整机框图 整机电路如下图所示，当开关S3打到2处，计数器74HC192（1）和74HC192（2）清零；当S3打到1处，计数器处于工作状态。当S1接下时，计数器置30秒。这时如将开关S2打到2处，G3输出高电平，计数器进行减计数。如将S2打到1处，G3输出低电平，减计数器停止计数，显示的数字不变。如再将S2打到2处，则计数器继续进行减计数。当计数器减计数到00时，BO1和BO2同时输出低电平，控制门G1输出低电平，发光二极管发亮，同时G5被封锁，停止减计数。6、元件清单元件名称型号数量电阻510欧姆310K欧姆347K欧姆2电容0.1uF110uF1定时器5551显示器2计数器74HC1922译码器45112发光二极管1开关3时序控制电路1五、调试要点1、用示波器观察555定时器经分频后得到的一个秒脉冲。2、时序控制电路调试：将开关S2打向2侧，秒脉冲信号加入到控制门G4输入端，用示波器观察G5输出端是否有秒脉冲输出。3、30秒减计数器的调试 将开关S2和S3打到1侧。按一下启动开关S1时，计数器值30，显示器应显示30秒。BO1和BO2端输出高电平，G1输出高电平，发光二极管不发光。秒脉冲信号加入到计数器的端，看计数器能否正确进行减计数。开关S2打向2侧，减计数器是否清零。4、整机调试连接好整机电路，进行整个电路调试，直到定时器能够实现30秒正计时和倒计时。六、 性能测试与分析性能测试在实验箱上组装定时器，组装时应严格按图连接引脚，注意走线整齐，布局合理，器件的悬空端、清零端、置1端要正确处理。调试步骤和方法如下：1、 用示波器检测秒脉冲电路输出频率为1Hz。2、 接通电路：S3打向1端，S2打向2端，S1合上。此时观察，显示器示数为30；S3打向2时，计数器开始计数。3、 当30秒计数完成后，二极管发光，显示器示数为0-0。说明此电路功能完好。性能分析：对于秒脉冲电路，4060是14级二进制计数器，CP1和CP0分别为时钟的输入和反时钟输出端，Q13引脚输出的是十四级二分频后的脉冲。输出的脉冲输入到双D触发器74HC74的时钟端，D和Q非引脚连接可实现二分频，Q引脚输出1Hz的脉冲。秒脉冲电路输出1Hz脉冲信号到时序控制电路。S2打向2时，G3输出高电平，控制门G4打开，秒脉冲信号可以通过控制门G4使计数器进行减计数；开关S2打向1时，G3输出低电平，G4门关闭，秒脉冲信号被封锁，计数器处于锁存状态。计数器进行30秒倒计时后，十位计数器和个位计数器同时借位，BO1和BO2均为低电平，控制门G1输出低电平，二极管发光，同时G5门关闭，计数器不再进行计数，并显示00。当秒脉冲信号通过时序控制电路进入计数器输入端时，CPu置高电位，此时用两片74HC192实现30秒定时器的计数。当S3接地（即CR=0），同时启动开关S1合上时，两片74HC192的LD=0，计数器置30秒。当S1断开时，LD=1，计数器工作，CPD端输入秒脉冲时，进行减计数。当计数器计数到零时，BO1和BO2同时输出低电平0。当CPu和CPD都为高电平时，计数器保持状态不变。译码输出控制显示器示数，当计数器置数端均为零时，计数器置数为30秒，此时计数器输出端分别为0011-0000；相对应显示器显示为3-0，计数器处于计数状态时，显示器从3-0减计数至0-0。七、结论与心得通过为期两周的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。根本不知道在现实中还存在有很多问题。设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。所以，一开始，我遇到了很多麻烦。通过老师和同学们的帮助，我渐渐的有了眉目。这样，在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。设计电路，还要考虑到它的前因后果。什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，也提高了我的分析问题的能力。原来，我们学习的电路只是一个理论知识，通过这次实习。使我的理论知识上升到了一个实践的过程。同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解。总之，通过这次实习，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提高了我考虑问题，分析问题的全面性以及动手操作能力。