位數(shù)顯示計時器定時器數(shù)電課程設(shè)計

1、位數(shù)顯示計時器定時器數(shù)電課程設(shè)計作者:日期:沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計三位數(shù)字顯示計時器定時器設(shè)計班級學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱電子線路課程設(shè)計課程設(shè)計題目三位數(shù)字顯示計時器定時器設(shè)計課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計一個三位數(shù)字顯示計時器、定時器電路，技術(shù)指標(biāo)如下：計時、定時能夠任意啟停，保持計時、定時結(jié)果；開機自動復(fù)位；最大顯示時間為9分59秒；設(shè)置時間，定時報警；二、設(shè)計要求1 .在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。2 .根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3 .畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1 .根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定

2、實驗方案；驗證所設(shè)計的電路，用軟件仿真。2 .進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1.童詩白，華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2006五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績評定表:序號評定項目評分成績1設(shè)計方案正確，具后可行性，創(chuàng)新性（15分）2設(shè)計結(jié)果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果）（15分）3態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律（15分）4設(shè)計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字:201祚12月31日18一、概述此次課設(shè)題目為及時定時系統(tǒng)，計時器和定時器在人們?nèi)粘Ｉ钪杏兄鴱V泛的應(yīng)用，本次課程就是

3、設(shè)計利用555定時器以及數(shù)字邏輯芯片和數(shù)碼管實現(xiàn)數(shù)字電子計時器和定時器功能，能夠滿足基本的功能要求，電路要求由可控脈沖發(fā)生器、計數(shù)電路，顯示數(shù)碼管電路以及報警電路組成。旨在通過這次課程設(shè)計實現(xiàn)知識的活學(xué)活用，能夠?qū)⒅R運用到實踐中去，數(shù)字電路分為組合電路和邏輯電路，而本次課設(shè)則是基于對邏輯同步或者異步知識的掌握，能夠根據(jù)題目選用相應(yīng)的芯片，設(shè)計相應(yīng)的電路，是本次實驗最大的目的。二、方案論證方案一：使用數(shù)字電路的原理設(shè)計本方案，方案一利用555定時器以及數(shù)字邏輯芯片和數(shù)碼管實現(xiàn)數(shù)字電子計時器和定時器功能，電路要求由可控脈沖發(fā)生器、計數(shù)電路，顯示數(shù)碼管電路以及報警電路組成。使用555多諧振蕩器產(chǎn)生

4、脈沖信號，使用數(shù)字芯片進行計數(shù)，通過LED進行報警最后使用顯示譯碼器顯示計數(shù)。所以一共有四部分組成。圖1總體電路的原理框圖方案二采用單片機編程進行設(shè)計實現(xiàn)計時器或者定時器的設(shè)計。本設(shè)計采用的是方案一，由于本學(xué)期只掌握了數(shù)字電路的學(xué)習(xí)，對于單片機的知識有生疏，所以采取方案一實現(xiàn)計時器定時器的設(shè)計。三、電路設(shè)計3.1 電路設(shè)計總體方案3.1.1 設(shè)計基本思路本次設(shè)計功能為計時器與定時器，對于計時器來說，可以認(rèn)為是一個計數(shù)器的應(yīng)用，通過脈沖源產(chǎn)生方波信號，讓信號作用于計數(shù)芯片實現(xiàn)計數(shù)功能，同時，為了滿足三位數(shù)顯示計時器，需要用到數(shù)碼管，為了實驗電路的簡單可操作性，采用自帶譯碼器功能的顯示數(shù)碼管，通過

5、計數(shù)器的串行連接以及對于進制的設(shè)置實現(xiàn)最大輸出9:59。控制電路采用簡易開關(guān)控制脈沖的接入，可以隨時暫停，啟動。報警系統(tǒng)采用發(fā)光二極管實現(xiàn)，通過高低電平實現(xiàn)對于二極管亮暗的控制。定時器在報警電路，脈沖源，控制電路中使用相同的元器件，但是計數(shù)功能發(fā)生改變，通過使用74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)器的功能，用置數(shù)法實現(xiàn)最大值9:59的設(shè)置。3.1.2 設(shè)計總流程圖十進制計數(shù)部分（74LS192fe74LS16Q>報警電路脈沖源圖2總體電路的原理框圖3.2 555多諧振蕩器,74LS16Q74LS192介紹3.2.1 555多諧振蕩器555多諧振蕩器采用555芯片，通過電阻和電容的計算周期，使之產(chǎn)生

6、周期脈沖，555多諧振蕩器的3引腳為脈沖輸出口，將之引入計數(shù)器脈沖端，從而實現(xiàn)計數(shù)功能。VDD圖3555多諧振蕩器電路框圖3.2.2 74LS160160為可預(yù)置的十進制計數(shù)器，共有54/74160和54/74LS160兩種線路結(jié)構(gòu)型式其主要電器特性的典型值如表3-1（不同廠家具體值有差別）：74LS160的主要電器特性異步清零端/MR1為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態(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為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3f數(shù)據(jù)/&入端P0-P3一致。3.2.3 74LS192192為十進制可逆加減法計數(shù)器，通過使能端的控制

7、，實現(xiàn)加減法控制，通過555脈沖加入脈沖端實現(xiàn)計數(shù)，從而控制顯示譯碼器產(chǎn)生十進制數(shù)。定時器電路采用的是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器74LS192,其中74LS192勺VCCf分別為電源、地引腳；PRP1、P2、P刻并行數(shù)據(jù)輸入端；QQQ1、Q2Q縱數(shù)據(jù)輸出端；CPM減法計數(shù)脈沖輸入端；PL為異步預(yù)置輸入控制端（低電平有效）；MR為異步清零復(fù)位輸入控制端（高電平有效）；TCU»進位輸出端（低電平有效）；TCD為借位輸出端（低電平有效）。3.3 數(shù)字邏輯控制，脈沖信號產(chǎn)生，計數(shù)器計數(shù)和數(shù)碼管顯示模塊計時器運用的報警原理為：本次報警實現(xiàn)的是60s報警的任務(wù)，計時器為從0:00開始計時，當(dāng)計

8、時器計時到8:59時，根據(jù)進位要求，接下來的狀態(tài)為9:00,即當(dāng)分位顯示為9是，即為00至I59的60s計時，故只要滿足分位為9即可滿足60s計時的報警功能，分位為9即1001,當(dāng)輸出為1001是與門輸出為高電平，發(fā)光二極管陰極接地，陽極為高電平，導(dǎo)通，發(fā)光報警。圖4計時器報警電路的框圖定時器同樣實現(xiàn)的最后60s報警的功能，由于定時器為從9:59開始倒計時，故當(dāng)分位顯示為0時候，后兩位為59,即可實現(xiàn)從59-00的倒計時功能，當(dāng)分位為0是，二進制為0000,輸出為0,通過反相器呈現(xiàn)高電平，加到二極管的陽極，陰極接地，二極管導(dǎo)通，故發(fā)光報警。圖5定時器報警電路的框圖3.3.1 脈沖信號產(chǎn)生模塊多

9、諧振蕩器為自激振蕩電路，可以利用自身的作用產(chǎn)生脈沖信號，常被用作信號源使用。其中根據(jù)公式T=(R1+2*R2*C*ln2以及秒脈沖的周期T=1s可以算出電阻R1=R2=47K電容C=10uFI松9M圖6555多諧振蕩器電路的波形圖3.3.2 計數(shù)器計數(shù)模塊計數(shù)器計時通過74LS160實現(xiàn)十進制加法計數(shù)，后兩位為60進制計數(shù)器，通過置零法加入與非門實現(xiàn)60進制，然后進位輸出給第一位實現(xiàn)9:59的最大計時。計時器運用置零法，計時器為從0:00開始到9:59為止，首先秒需要實現(xiàn)60進制，所以運用置零法，將第二個芯片變?yōu)?-5循環(huán)，原本的74LS160為十進制加法計數(shù)器，從0開始計數(shù)，接受到第6個脈沖

10、之后變?yōu)?110,產(chǎn)生置零信號加入RD端，重新返回0即可實現(xiàn)0-5循環(huán)圖7計時器計數(shù)電路的原理框圖計數(shù)器定時通過74LS192可逆十進制加減法計數(shù)器實現(xiàn)定時，忽略加法計數(shù)功能，實現(xiàn)減法計數(shù)器的功能。后兩位同樣為60進制，進位輸出到第一位最后實現(xiàn)0:00的定時功能。計數(shù)器：計數(shù)器初態(tài)為0101,選擇串行進位法，當(dāng)進入1001狀態(tài)下譯出LD=0的信號加到置數(shù)端，下一個CLK到來前置入0101信號，從0101-1001進行循環(huán)，進制為5*10+10=60進制。|摩.二-MHDCD HLX BLUEwxr 54LI 01WHEX ORANGEDCD HLX OKAN>itU4 L 二1一 i-L

11、fc7-H 與7*1 耳U8AVDD-HI圖8定時器計數(shù)電路的原理框圖3.3.3 顯示器模塊在顯示譯碼器部分在仿真的時候采用帶有譯碼功能的顯示器進行計數(shù)，但是在硬件連接過程中發(fā)現(xiàn)沒有實際物件，所以在硬件連接部分采用74LS47譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管進行顯示。數(shù)碼管的驅(qū)動電路所采用是共陽極的七段譯碼器74LS47,可以直接與共陽極的數(shù)碼管連接。其中74LS47的OAOBOCODOEOFOG卻為輸出端分別接到數(shù)碼管的A、B、C、DE、F、G腳上。圖9譯碼器顯示電路仿真圖四、性能的測試1 .計時器測試：當(dāng)啟動時，打開開關(guān)，脈沖進入，顯示數(shù)碼管開始從0:00開始計時，直到顯示9:59計時停止，性能良好，可以

12、完美的顯示所要的功能，當(dāng)剩60s時，發(fā)光二極管亮燈，啟動報警裝置，通過開關(guān)實現(xiàn)開機復(fù)位以及隨時暫停啟動的功圖10定時器9:59停止電路仿真圖2 .定時器測試：當(dāng)啟動時，打開開關(guān)進行置數(shù)，顯示數(shù)碼管從9:59開始定時，直到顯示為0:00停止，性能良好，當(dāng)?shù)褂嫊r60s時啟動發(fā)光二極管實現(xiàn)報警裝置，通過開關(guān)配合實現(xiàn)開機自動復(fù)位以及暫停啟動功能。圖11定時器0:00停止電路仿真圖3 .多諧振蕩器測試表1多諧振蕩器電路測試數(shù)據(jù)表R1(KQ)R2(KQ)C1(uf)C2(uf)頻率（Hz）周期47K47K0.011011五、結(jié)論計時器電路有脈沖產(chǎn)生電路，計數(shù)電路，報警電路，控制電路四部分組成，有555多諧

13、振蕩器產(chǎn)生脈沖信號加到計數(shù)器芯片上，當(dāng)開關(guān)閉合即為啟動，加入方波信號，輸入最后一個芯片中，從0-9開始循環(huán)，當(dāng)最后一個芯片到達9后用行進位輸入到第二個芯片中，芯片從0-5開始循環(huán)，到達五之后，秒進制變?yōu)?0進制，分為第三個芯片開始啟動從0變?yōu)?,顯示譯碼器顯示輸出的數(shù)字即可。定時器電路有脈沖產(chǎn)生電路，計數(shù)電路，報警電路，控制電路四部分組成，有555多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號加到計數(shù)器芯片上，當(dāng)開關(guān)閉合即為啟動，加入方波信號，輸入最后一個芯片中，由于是減法計數(shù)器，初始狀態(tài)為9,加入脈沖以后，從9開始減法計數(shù)，當(dāng)從9-0循環(huán)結(jié)束后，啟動第二個芯片，第二個芯片從初始值的5開始減法計數(shù)變?yōu)?,然后傳到第一

14、個芯片開始啟動。六、性價比本次設(shè)計主要采用74LS160及74LS192芯片，相對而言，價格比較便宜，通過本次設(shè)計可以實現(xiàn)現(xiàn)實生活中的計時器與定時器功能，并且性能良好，可以隨意控制，所以設(shè)計性價比優(yōu)，可以廣泛使用。七、課設(shè)體會及合理化建議整個設(shè)計通過了軟件和硬件上的調(diào)試，我想著對于自己以后的學(xué)習(xí)和生活都會有很大的幫助，在這次設(shè)計中遇到了很多實際性的問題，在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上的理論性的東西與實際操作還是有一定的出入，所以這些問題不但要深入的理解，而且還要不斷的更正之前錯誤的思維，一切問題必須靠自己一點一滴的解決，而且在解決中你會感覺到自己飛速的提升。通過這次課設(shè)我也發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，雖然理論方面存在優(yōu)勢，但是在實踐操作上還是有所差距。參考文獻1閻石主編.數(shù)字電子技術(shù).M北京：高等教育出版社，2006年2陳振官等編著.新穎高效聲光報警器.M北京：國防工業(yè)出版社，2005