逆計(jì)時(shí)數(shù)顯定時(shí)器

1、 電子課程設(shè)計(jì) 逆計(jì)時(shí)數(shù)顯定時(shí)器 學(xué)院：電子信息工程學(xué)院 專業(yè)、班級(jí)：自動(dòng)化12 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師：任青蓮 2014年12月 目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求41.1、基本要求41.2、設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)4二、總體框圖42.1、設(shè)計(jì)思想42.2、設(shè)計(jì)方案5三、選擇器件53.1、實(shí)驗(yàn)所需器件：53.2、所需器件說(shuō)明：5四、功能模塊64.1、脈沖發(fā)生器64.2、8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器64.2.1、74LS192的工作原理74.2.2、技術(shù)單元電路74.3、譯碼顯示電路84.3.1、集成計(jì)數(shù)器74LS16084.3.2、LED顯示器94.4、輔助控制電路104.4.1、報(bào)警電路104.4.2、暫停/連

2、續(xù)電路（時(shí)鐘信號(hào)控制電路）114.5、置數(shù)/工作電路124.6、清零/工作電路12五、總體設(shè)計(jì)電路圖135.1、總體設(shè)計(jì)電路圖135.2、仿真結(jié)果135.3、硬件實(shí)驗(yàn)15六、心得體會(huì)15逆計(jì)時(shí)數(shù)顯定時(shí)器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 基本要求：（1） 具有顯示30秒計(jì)時(shí)功能；（2） 系統(tǒng)設(shè)置外部操作開(kāi)關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)功能；（3） 在直接清零時(shí)，要求數(shù)碼管顯示器滅燈；（4） 計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)，其計(jì)時(shí)間隔為1秒； （5） 計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，同時(shí)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及目標(biāo)： （1） 根據(jù)原理圖分析各單元電路的功能； （2） 熟悉電路中所

3、用到的各集成塊的管腳及其功能； （3） 進(jìn)行電路的裝接、調(diào)試，直到電路能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求； （4） 寫(xiě)出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二、總體框圖秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器譯碼顯示控制電路報(bào)警電路2.1設(shè)計(jì)思想1設(shè)計(jì)一個(gè)秒脈沖發(fā)生器。2設(shè)計(jì)30秒遞減計(jì)時(shí)電路，由秒脈沖發(fā)生器控制其計(jì)數(shù)，每隔1秒鐘，計(jì)數(shù)器減1每5秒顯示一次計(jì)數(shù)，即30,25,2000。3設(shè)計(jì)譯碼顯示電路，顯示器能顯示計(jì)數(shù)器的即時(shí)計(jì)數(shù)數(shù)值。4設(shè)計(jì)報(bào)警電路，當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)（即定時(shí)時(shí)間到，顯示器上顯示00），發(fā)出報(bào)警信號(hào)。5設(shè)計(jì)外部操作開(kāi)關(guān)控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停/連續(xù)計(jì)時(shí)。2.2設(shè)計(jì)方案1.分析設(shè)計(jì)任務(wù)，計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)

4、的主要部分。計(jì)數(shù)器完成30s計(jì)時(shí)功能，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。在操作直接清零開(kāi)關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。2.當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP，同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示“30”字樣；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在暫停位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于保持狀態(tài)；當(dāng)暫停連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在連續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。三、器件選擇3.1實(shí)驗(yàn)所需器件74LS192計(jì)數(shù)功能芯片74LS160計(jì)數(shù)功能芯片74LS00芯片 7

5、4LS02芯片74LS04芯片 74LS10芯片2脈沖發(fā)生器 LED顯示器3.2所需器件說(shuō)明74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。74LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，直接清零，異步清零端MR非為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP信號(hào)狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。160的預(yù)置是同步的，當(dāng)置入控制器PE非為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3數(shù)據(jù)端P0-P3一致。74LS00是2輸入端四與非門。 如輸入端為 A，B，輸出端為Y 則 Y=/AB。74LS02是四2輸入或非門.作用是二個(gè)輸入的或運(yùn)算,運(yùn)算后反相輸出。74LS04是非門，反相作用。74LS10N是3輸

6、入端與非門，74LS04D是反相器。74LS10N與非了以后，經(jīng)過(guò)74LS04D的反相器，整個(gè)運(yùn)算是3輸入與運(yùn)算功能。四、功能模塊4.1脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)一個(gè)50Hz的脈沖發(fā)生器。4.2 8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器選用中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制可編程同步加/減計(jì)數(shù)器，它采用8421碼二一十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加/減計(jì)數(shù)功能。74LS192的功能表如表1所示。74192功能表：表1 74LS192功能表輸            &

7、#160;    入輸       出CR  LD  CPU CPD D0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q31   X    X    X    X   X   X   X0   0    X    X    I0

8、   I1  I2 I30   1        1    X   X   X   X0   1    1        X   X   X   X0   1  

9、0; 1     1    X   X   X   X0  0   0   0I0 I1 I2   I3加計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)保持4.2.1 74LS192的工作原理當(dāng)/LD= 1，CR=0時(shí)，若時(shí)鐘脈沖加入到CPU端，且CPd=l則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)的基礎(chǔ)上完成加計(jì)數(shù)功能，當(dāng)加計(jì)數(shù)到9時(shí)，/CO端發(fā)出進(jìn)位下跳變脈沖；若時(shí)鐘脈沖加入到端CPd，且CPU=1，則計(jì)數(shù)器在預(yù)置數(shù)基礎(chǔ)上完成減計(jì)數(shù)功能，當(dāng)計(jì)數(shù)減到0時(shí)，/BO端發(fā)

10、出借位跳變脈沖。由74LS192構(gòu)成的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器如圖1所示。圖1 三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器圖中CPU、CPD分別是加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖輸入端（上升沿有效）。/LD是異步并行置數(shù)控制端（低電平有效）。/CO、/BO分別是進(jìn)位、借位輸出端（低電平有效）。CR是異步清零端，D3D0是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3Q0是輸出端。4.2.2 計(jì)數(shù)器單元電路74LS192的計(jì)數(shù)原理是：只有當(dāng)借位/BO1端發(fā)出借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器才作減計(jì)數(shù)。當(dāng)高電位、低電位位計(jì)數(shù)器處于全零,且cpd為0時(shí)，置數(shù)/LD2端等于0，計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)，在CPd 端的輸入時(shí)鐘脈沖作用下，計(jì)數(shù)器再次進(jìn)入下一循環(huán)減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器單元電路

11、如圖2所示。圖2 計(jì)數(shù)器單元電路該電路圖上的兩個(gè)74192的輸出端分別接譯碼器7447的ABCD端作為譯碼輸入，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為30，但計(jì)數(shù)器減為00時(shí)，高位的計(jì)數(shù)器/BO端輸出報(bào)警信號(hào)報(bào)警電路報(bào)警。4.3 譯碼顯示電路4.3.1 集成計(jì)數(shù)器74LS160 1.如圖74LS160為異步清零計(jì)數(shù)器，即RD端輸入低電平，不受CP控制，輸出端立即全部為“0”，功能表第一行。74LS160具有同步預(yù)置功能，在RD端無(wú)效時(shí)，LD端輸入低電平，在時(shí)鐘共同作用下，CP上跳后計(jì)數(shù)器狀態(tài)等于預(yù)置輸入DCBA，即所謂“同步”預(yù)置功能。RD和LD都無(wú)效，ET或EP任意一個(gè)為低電平，計(jì)數(shù)器處于保持功能，即輸出

12、狀態(tài)不變。只有四個(gè)控制輸入都為高電平，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模10加法計(jì)數(shù)，Q3 Q2 Q1 Q0=1001時(shí)，ROC=1。圖 3 74LS160 2CLK是脈沖輸入端；RCO是進(jìn)位信號(hào)輸出端；ENP和ENT是計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)端；CLR是異步清零端；LOAD是置數(shù)端；VCC接正電源，GND接地；AD是數(shù)據(jù)輸入端，QAQD是計(jì)數(shù)器狀態(tài)輸出端。電源電壓5V，輸入電壓5V。其狀態(tài)如表2所示。表2 表2 3.如圖4所示由3個(gè)74LS160組成的計(jì)數(shù)器裝置，使整個(gè)計(jì)時(shí)器在倒計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)每五秒顯示一次計(jì)數(shù)，并且是按照要求顯示數(shù)字 30,25,20,15,10,05

13、,00.而且每一個(gè)顯示的數(shù)字逗停五秒鐘，五秒鐘后開(kāi)始下一個(gè)計(jì)數(shù)，以此類推，知道計(jì)數(shù)到00將信號(hào)傳遞給報(bào)警裝置，報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警。三個(gè)74LS160芯片中，其中U9和U10起計(jì)數(shù)作用，在兩個(gè)74LS192倒計(jì)時(shí)，并且從30 計(jì)時(shí)到00，連續(xù)計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)每五秒鐘計(jì)數(shù)一次，即每次所計(jì)的數(shù)為30,25,20,15,10,05,00.并且可以暫停也可以連續(xù)計(jì)數(shù)，而且還可以清零。第三個(gè)74LS160芯片U11，在整個(gè)計(jì)數(shù)器裝置中起連續(xù)計(jì)數(shù)作用，給74LS160一個(gè)脈沖信號(hào)，讓它從30 計(jì)數(shù)到00，一直都是連續(xù)計(jì)數(shù)，并且可以清零，也可以暫停連續(xù)，只不過(guò)讓它在計(jì)數(shù)過(guò)程中每五秒只顯示一個(gè)數(shù)字，而其中的四個(gè)

14、數(shù)字在五秒鐘內(nèi)被過(guò)度掉，只是不顯示而已。譯碼顯示電路如圖4所示。圖4 74LS160組成的計(jì)數(shù)器4.3.2 LED顯示器LED顯示器是較常用的顯示數(shù)碼管，但在使用時(shí)要注意的是：1.看清楚自己用的數(shù)碼管是共陰極還是共陽(yáng)極的，最好在焊之前用萬(wàn)電用表測(cè)一下它的極性，其管腳圖如下圖4所示，如果為共陰極的，其管腳COM端接地；如果為共陽(yáng)極的，起管腳COM段要接高電平。2.還要注意在數(shù)碼管電路上加上一保護(hù)電阻，起限電流的作用。圖5 LED顯示器4.4 輔助控制電路為了保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 , 在設(shè)計(jì)控制電路時(shí) , 應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可知 , 控制電路要完成以下四項(xiàng)功能 : 操

15、作“清零”開(kāi)關(guān)，要求計(jì)數(shù)器清零；閉合啟動(dòng)，減計(jì)時(shí)器進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。閉合 “啟動(dòng)” 開(kāi)關(guān)時(shí) , 計(jì)數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能 , 顯示器顯示 30 秒字樣 ; 斷開(kāi)“啟動(dòng)”開(kāi)關(guān)時(shí) , 計(jì)數(shù)器開(kāi)始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。 當(dāng) “暫停 / 連續(xù)”開(kāi)關(guān)處于 “暫?！蔽恢脮r(shí) ,控制電路封鎖時(shí)鐘脈沖信號(hào) CP , 計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù) , 顯示器上保持原來(lái)的數(shù)不“暫停 / 連續(xù)” 開(kāi)關(guān)處于“連續(xù)”位置時(shí) , 計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。 當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 ) 時(shí) , 控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào) , 使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時(shí)報(bào)警電路工作。4.4.1 報(bào)警電路報(bào)警電路用二極管設(shè)計(jì)。報(bào)警電路如圖6所示。圖6 光電報(bào)警電

16、路當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí),兩計(jì)數(shù)器借位端輸出多為低（0）,故本設(shè)計(jì)將高位片借位反饋到二極管負(fù)極性端,此時(shí)+5V電源經(jīng)1k電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報(bào)警信號(hào),完成報(bào)警功能,而在遞減計(jì)數(shù)時(shí),端輸出為高（1）,二極管不報(bào)警.4.4.2 暫停/連續(xù)電路（時(shí)鐘信號(hào)控制電路）暫停/連續(xù)電路如圖7所示。 、圖7 暫停/工作電路（時(shí)鐘信號(hào)控制電路）同時(shí)應(yīng)注意的是，如圖可以知道兩個(gè)與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，構(gòu)成去抖動(dòng)電路，防止產(chǎn)生機(jī)械開(kāi)關(guān)的毛刺現(xiàn)象，并控制輸入信號(hào)的輸入從而達(dá)到，暫停計(jì)時(shí)和繼續(xù)計(jì)時(shí)?？刂齐娐分蠸R鎖存器功能表：SRQQ鎖存器狀態(tài)00不變不變不確定01010101011100 保持 接74LS192的預(yù)置數(shù)

17、控制端,當(dāng)開(kāi)關(guān)合上時(shí), =0,74LS192進(jìn)行置數(shù);當(dāng)斷開(kāi)時(shí), =1,74LS192處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)功能的要求，當(dāng)然本設(shè)計(jì)只要將啟動(dòng)信號(hào)直接加到置數(shù)端。圖3.9是時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP的控制電路,控制CP 的放行與禁止。當(dāng)定時(shí)時(shí)間未到時(shí),74LS192的借位輸出信號(hào)路,=1,則CP信號(hào)受“暫停/連續(xù)”開(kāi)關(guān)的控制,當(dāng)處于“暫?！蔽恢脮r(shí),門輸出0,門關(guān)閉,封鎖CP信號(hào),計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù);當(dāng)處于連續(xù)”位置時(shí),門輸出1,門打開(kāi),放行CP信號(hào),計(jì)數(shù)器在CP作用下,繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)=0,門G2關(guān)閉,封鎖 CP信號(hào),計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變。從而實(shí)現(xiàn)了功能、的要求。注意,是脈沖信號(hào),只有在保持為

18、低電平時(shí),輸出的低電平才能保持不變。至于功能的要求,可通過(guò)控制74LS192的異步清零端CR 實(shí)現(xiàn) ( 圖中未畫(huà)出 ) 。4.5、置數(shù)/工作電路由于置數(shù)為“30”，所以要將高、低電平加在兩片74LS192組成的30進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸入端D、C、B、A的相應(yīng)端。第一片74LS192的DC端接高電平，BA端接低電平；第二片74LS192的四個(gè)輸入端均接低電平；兩片74LS192的/LOAD端均接高電平。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，計(jì)數(shù)器置數(shù)，數(shù)碼管顯示“30”字樣；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始進(jìn)行計(jì)數(shù)。4.6、清零/工作電路 清零/工作電路由單刀雙擲開(kāi)關(guān)與電阻組成。當(dāng)開(kāi)關(guān)打到清零端，即接高電平時(shí)，輸出高電平至74192

19、的CLR端，計(jì)數(shù)器清零；當(dāng)開(kāi)關(guān)打到工作端，即接地，輸出低電平至74192的CLR端，清零端無(wú)效，計(jì)數(shù)器處在工作狀態(tài)。16五、總體設(shè)計(jì)電路圖5.1、 總體設(shè)計(jì)電路圖注：此處用數(shù)碼管代替了譯碼顯示管與七段顯示管5.2、 仿真結(jié)果5.3 硬件實(shí)驗(yàn)六、心得體會(huì)通過(guò)本次課程，使我所學(xué)的理論在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)，使我對(duì)專業(yè)理論的掌握更加深刻。在自己動(dòng)手操作的時(shí)候遇到了很多以前沒(méi)有想到的問(wèn)題，比如說(shuō)做報(bào)警電路時(shí)，剛開(kāi)始做的時(shí)候怎么都不發(fā)光，特別的不解，后來(lái)經(jīng)過(guò)幾次修改電阻值，才得到理想結(jié)果，再比如剛開(kāi)始把設(shè)計(jì)做好的時(shí)候，在軟件上仿真，也得不到預(yù)期效果，后來(lái)翻閱書(shū)本，才知道原來(lái)還有電源接地和信號(hào)接地的不同，而我們只是想當(dāng)然的認(rèn)為只有是接地就對(duì)了。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，最讓我頭疼的就是參數(shù)的設(shè)定了，而每次只要是參數(shù)不正確，就不可能得到預(yù)期的結(jié)果，設(shè)計(jì)也會(huì)停滯不前。好在每次的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)我們共同的努力，和老師的指導(dǎo)，都或多或少的得到了解決，通過(guò)這些問(wèn)題的解決使自己處理實(shí)際問(wèn)題的能力進(jìn)一步提高，讓自己充分認(rèn)識(shí)到了理論與實(shí)際之間的差別。身為自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計(jì)是我們將來(lái)必需的技能。而這次課設(shè)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自