搜索
摘要本电路主要由五个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、控制电路和报警电路，主要采用555作为振荡电路,由74LS192、74LS48和七段共阴LED数码管构成计时显示电路,具有直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、清零、译码显示电路的显示等功能。当控制电路的置数开关闭合时，在数码管上显示数字45，每当一个秒脉信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动减1，当计时器递减到零时，报警电路发出光电报警信号。整个电路的设计借助于Multisim11.0仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim11.0下设计和进行仿真，得到了预期的结果。设计内容及要求：本设计主要能完成：显示45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45秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等。方案论证及比较：方案一：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波，接着将该信号送到计数器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”成七段输出，这样加在LED七段数码管上显示十进制数，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、报警等功能。方案二:由14位二进制串行计数器/分频器和振荡器CD4060、BCD同步加法计数器CD4518构成的秒信号发生器。电路中利用CD4060组成两部分电路。一部分是14级分频器，其最高分频数为16384；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器。震荡器输出经14级分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由1/2CD4518构成的二分频器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲。接着将该信号送到计数器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”成七段输出，这样加在LED七段数码管上显示十进制数，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、报警等功能。方案三：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，再将该脉冲信号加到由74LS161构即周期为1秒，接着将该信号送到计数器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”成七段输出，这样加在LED七段数码管上显示十进制数，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、报警等功能。方案选择:本课程设计中对秒脉冲信号的精度要求并不是很高，并且方案二中用CD4060和分频器构成的基准秒脉冲发生电路较于前者要复杂的多，而且CD4060和CD4518我们平常很少用，对其功能和引脚信息了解不多；虽然方案三的秒脉冲会稳定些，但因为电路加入了74LS161用于异步清零法分频而使电路变得复杂许多，为了更简洁、方便、易于实现和各个功能，我们选用了方案一。单元设计3.1时间脉冲产生电路的设计产生1Hz时间脉冲的电路图由于R1=15kΩ,R2=68kΩ,C1=10μF,C2=10nFT=(R1+2R2)C㏑2，算得T=1s3.2计数电路的设计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来实现要求的减法计数功能。图2.5是74LS192的管脚图。图1.674LS192管脚图74LS192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按减法规律计数按照课程设计任务书要求，需要计时45s，因此该设计中需要用到一个四进制的减法计数器和一个十进制的减法计数器。我们可以用两片74LS192来实现这两个计数器。计数模块中的两片计数器的加计数器脉冲输入端都要接高电平，且要将低位片的借位信号加到高位片的减计数脉冲输入端。高位片计数器的借位信号控制报警信号，在进行减计数时，借位信号一直为高。45秒倒计时计数电路可以按照图2.6连接。图1.745秒倒计时器的计数电路2.3.3译码显示电路本次设计中我们用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称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2.7是74LS48的外部管脚图图1.874LS48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/RBOBI/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。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。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RBOBI/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。本次设计的译码显示电路可以按照图1.9连接电路图1.9译码显示电路3.5报警电路设计中要求电路在计数为0时实现光电报警的功能。设计方案中发光二极管实现了这一功能。电路图如下图。当高位计数器的数值减到0时，向前借位借口~BO又高电平变为低电平，有点路可知这是LED二极管亮，达到光电报警的作用。图1.10光电报警电路暂停、置位、清零控制电路暂停/连续可以通过在将借位信号和暂停/连续控制信号和时序脉冲信号加到一起相与之后作用到个位计数器减计数脉冲输入端，即实现计数器递减计数到零时，显示器不灭灯。连接电路如图2.10的“暂停”，当开关打到低电平时计时器暂停，当开关打到高电平时计时器正常计时。启动置位可通过192的异步置数：MR=0PL=0时，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0来使计时器置位启动。LCAD（即PL）端的置位功能连接如图图1.11。清零可以通过192的异步清零：MR=1时，Q3Q2Q1Q0=0000来使计时器清零。CLR（即MR）端的清零功能的电路连接如图图1.11。十位调整、个位调整控制电路图如图图1.11图1.11控制电路2.4仿真原理图具有数字显示的篮球竞赛45S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）和报警电路，总体仿真电路如下图。打开仿真软件Multisim11.0按要求在Multisim11.0里连接好如图所示的电路后就可以按下F5就可以进行电路仿真了，最后的仿真结果是：计时器可以从45倒计时到0停止，并且倒计时到0时二极管发光。同时也可以通过图中的开关按钮来完成时间的调整、置位、清零和暂停。图2.1245秒倒计时器整体电路图2.2工作原理由555定时器输出秒脉冲经过U3入到计数器U2的DOWN端,作为减计数脉冲。当计数器计数计到0时,U2的(13)脚输出借位脉冲使十位计数器U1开始计数。当计数器计数到“00”时LED1发光二极管亮,即光电报警。若K2拨到左端,计数器立即复位置数,K2拨到右端计数器又开始计数。若需要暂停时,把K1拨到左端,使计数器保持不变,把K1拨到右端后,计数器继续计数。把K3拨到右端为直接清零。注：U3为74ls11，U1、U2为74ls192.设计特点及实用价值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。篮球作为一项全民健身项目，已有一定的历史。在中国，篮球很盛行，篮球比赛也日趋职业化。篮球比赛中时间要用倒计时器，该计时器要有递减计时及报警功能，因此符合比赛中的需要，所以，设计一款计时器是非常有必要也非常有前景的。总结与心得体会在本次的课程设计中通过自己找材料，分析、设计等，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、整定时器555等元件的应用。这次设计所用的的工具是Multisim11.0,由于之前学过这软件，所以画图和仿真就比较方便，使设计的质量得到了保证。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。通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力，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。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。仿真结果：置数/启动暂停/继续清零