30秒计时器设计报告.docx
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30秒计时器设计报告
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
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Multisim12.0仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识,并在Multisim12.0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2.1.1555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。
图2.1.2555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:
tW1=0.7(R1+R2)C
tW2=0.7R2C
T=tW1+tW2=0.7(R1+2R2)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2.1.3555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2.2.174HC192管脚图
74HC192具有下述功能:
1异步清零:
MR=1,Q3Q2Q1Q0=0000。
(此功能可实现计数器的清零)
②异步置数:
MR=0,
=0,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。
③保持:
MR=0,
=1,CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数:
CR=0,
=1,CPU=CP,CPD=1,Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
⑤减计数:
CR=0,
=1,CPU=1,CPD=CP,Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
图2.2.230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2.3.174LS48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BI=0时,无论其它输入端是什么电平,所有各段输入a~g均为0,所以字形熄灭。
试灯输入LT
当LT=0时,BI/RBO是输出端,且RBO=1,此时无论其它输入端是什么状态,所有各段输出a~g均为1,显示字形8。
动态灭零输入RBI
当LT=1,RBI=0且输入代码DCBA=0000时,各段输出a~g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RBO
BI/RBO作为输出使用时,受控于LT和RBI。
当LT=1且RBI=0,输入代码DCBA=0000时,RBO=0;若LT=0或者LT=1且RBI=1,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LT=1,这时候,译码器各段a~g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
LT
RBI
DCBA
a
b
c
d
e
f
g
0
H
H
0000
H
1
1
1
1
1
1
0
1
H
x
0001
H
0
1
1
0
0
0
0
2
H
x
0010
H
1
1
0
1
1
0
1
3
H
x
0011
H
1
1
1
1
0
0
1
4
H
x
0100
H
0
1
1
0
0
1
1
5
H
x
0101
H
1
0
1
1
0
1
1
6
H
x
0110
H
0
0
1
1
1
1
1
7
H
x
0111
H
1
1
1
0
0
0
0
8
H
x
1000
H
1
1
1
1
1
1
1
9
H
x
1001
H
1
1
1
0
0
1
1
10
H
x
1010
H
0
0
0
1
1
0
1
11
H
x
1011
H
0
0
1
1
0
0
1
12
H
x
1100
H
0
1
0
0
0
1
1
13
H
x
1101
H
1
0
0
1
0
1
1
14
H
x
1110
H
0
0
0
1
1
1
1
15
H
x
1111
H
0
0
0
0
0
0
0
BI
x
x
xxxx
L
0
0
0
0
0
0
0
RBI
H
L
0000
L
0
0
0
0
0
0
0
LT
L
x
xxxx
H
1
1
1
1
1
1
1
表2.3.274LS48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Multisim12.0按要求在Multisim12.0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2.4.130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Multisim12.0,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,使我们做到理论和与实际的联系,收获很大。
并且我也深深地体会到自己所学知识的不足,激发了我的自学能力和应对挑战的能力。
为今后学习打下了良好的基础,也培养了我们严谨务实的作风。
附录:
元件清单
元件名称
型号
规格
数量
数码管
LED-5161AS
直插式
2
8421BCD码计数器
74LS192D
直插式
2
脉冲电路
555
直插式
1
译码器
74LS48D
直插式
2
电容
CAPACITOR
2
电阻
RESISTOR
5.1K、1K、8.2K、68K
5
导线
若干
电源
VCC
5V
4
发光二极管
LED
1
开关
DIPSW
2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
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- 30 计时器 设计 报告