30秒计时器课程设计

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第1页共20页吉林建筑大学城建学院课程设计报告题目名称30秒计数显示器设计院（系）电气信息工程系课程名称数字电子技术班级建筑电气与智能化2013-1学号学生姓名指导教师起止日期吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第2页共20页目录摘要…………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………………Ⅱ第1章绪论…………………………………………………………………………11.1设计目的……………………………………………………………………11.2设计要求……………………………………………………………………1第2章总体方案设计………………………………………………………………22．1设计方案……………………………………………………………………22．2工作原理……………………………………………………………………3第3章单元电路设计………………………………………………………………43.174LS247……………………………………………………………………43.2555定时器…………………………………………………………………43.374LS48译码器……………………………………………………………6第4章安装调试…………………………………………………………………74.1计时器电路…………………………………………………………………74.2译码显示电路………………………………………………………………74.3仿真原理图…………………………………………………………………84.4电路测试…………………………………………………………………10总结…………………………………………………………………………………11致谢………………………………………………………………………………12参考文献…………………………………………………………………………13附录吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第3页共20页摘要电子课程设计是数字电子技术学习中非常重要的环节，它将理论知识和实践能力完美的结合，锻炼学生的能力。本课程实际是脉冲数字电路的简单应用，设计30秒计时器。此计时器有启动、暂停、和连续功能，可方便地实现断点计时功能。计时间隔为1S，计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。本设计具有成本低，使用的元件少，制作简单，计时准确、精确、稳定，使用简单方便的特点。本设计实现了在许多场合进行时间追踪的功能，在社会上有广泛的应用价值。关键字：计时器；数字电路；显示器吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第4页共20页ABSTRACTElectroniccoursedesignisveryimportantroleindigitalelectronictechnologytolearn,itwouldbeaperfectcombinationoftheoreticalknowledgeandpracticalability,trainingstudents'ability.Thiscourseisactuallyasimpleapplicationofthepulsedigitalcircuit,designof30secondstimer.Thetimerhasstarted,pause,andcontinuousfunction,caneasilyimplementbreakpointstimerfunction.Timingintervalof1s,diminishingthetimertimingtozero,thedigitaldisplaycan'tdestroythelamp,photoelectricalarmsignalatthesametime.Thisdesignislowcost,theuseoffewercomponents,simple,timeaccurate,precise,stable,usingthecharacteristicsofsimpleandconvenient.Thisdesignrealizedthefunctionoftimetrackinginmanyoccasions,hasextensiveapplicationvalueinsociety.Keywords：Timer；Digitalcircuit；Display吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第5页共20页第1章绪论1.1设计目的在学习了数字电子技术理论课和进行了基础实验后，进行课程设计，进一步提高学生运用所掌握的数字电子电路的分析和设计方法与分析实际电路的基本技能，并了解基本单元电路在实际生活中的应用。通过课程设计掌握数字电路系统的设计方法、装调技术及30秒计时器的设计，使得学生将所掌握的电子技术理论知识与实际相结合，提高学生的动手设计能力和科研创新能力，更好的培养学生的学习兴趣。1.2设计要求1.设计一个30秒计数电路，并且具有时间显示功能。2.设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计数。3.要求计数电路器递增计数，每隔一秒钟，计时器加1。4.当计数器递增计时到30时，显示器上显示30，同时发出光电报警信号。5.焊接实物。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第6页共20页第2章总体方案设计2.1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计数功能，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00s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，计数器继续递增计数，总体方案框图如2-1。该图包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等5个部分。计数器完成30秒计数功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停/连接计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。秒脉冲发生器计数器控制电路报警电路译码显示外部操作开关图2-1总体方案框图吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第7页共20页2.2工作原理用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。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第8页共20页第3章单元电路设计3.1555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。555定时器管脚图如下：图3-1555管脚图用555定时器构成多谐振荡器电路如图3-2（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3-2（b）所示。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(3-1）tW2＝0.7R2C（3-2）T＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)C（3-3）吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第9页共20页图3-2555构成的震荡电路及波形要使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，按照图3-3连接的电路就可以产生1Hz的秒脉冲。图3-3555定时器构成的多系振荡电路3.274LS192十进制计数器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74LS192来实现要求的加法计数功能。它的计数原理是：使加计数脉冲信84765553215R1R2ucC+VCCuo0.01µFtuo0tw2tw1tuc0CCV32CCV31T（a）5555555（b）吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第10页共20页号引脚CPu=1，计数脉冲加入个位74LS192引脚CPD脚，当减、加计数到三十时，个位74LS192的CO端发出错位脉冲，使十位计数器加计数，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加计数。图3-4是74HC192的管脚图。图3-474LS192管脚图3.3计数器电路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，PL=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0；3.保持：MR=0，PL=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态；4.加计数：CR=0,PL=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数；5.减计数：CR=0,PL=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数。图3-530秒计数器的计数电路吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第11页共20页8421码十进制加法技术器的状态表如下：表3-18421码十进制加法技术器的状态表3.474LS48译码器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74LS48，74LS48管脚图如图3-6。图3-674LS48管脚图实验时，译码器74LS48的输出Ya～Yg对应接数码管的各端a～g，然后由译码器的计数脉冲数二进制数十进制Q3Q2Q1Q0000000100011200102300113401004501015601106701117810008910019100000进位吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第12页共20页输-出端QD、QC、QB、QA按8421BCD码输入逻辑信号，数码管便能显示相应的十进制数字符号。译码器共阴极接法如图3-7所示：图3-7译码器共阴极接法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：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。当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RB