逆计时数显定时器

1、 电子课程设计 逆计时数显定时器 学院：电子信息工程学院 专业、班级：自动化12 姓名： 学号： 指导教师：任青莲 2014年12月 目录一、设计任务与要求41.1、基本要求41.2、设计任务及目标4二、总体框图42.1、设计思想42.2、设计方案5三、选择器件53.1、实验所需器件：53.2、所需器件说明：5四、功能模块64.1、脉冲发生器64.2、8421BCD码递减计数器64.2.1、74LS192的工作原理74.2.2、技术单元电路74.3、译码显示电路84.3.1、集成计数器74LS16084.3.2、LED显示器94.4、辅助控制电路104.4.1、报警电路104.4.2、暂停/连

2、续电路（时钟信号控制电路）114.5、置数/工作电路124.6、清零/工作电路12五、总体设计电路图135.1、总体设计电路图135.2、仿真结果135.3、硬件实验15六、心得体会15逆计时数显定时器一、设计任务与要求1.1 基本要求：（1） 具有显示30秒计时功能；（2） 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；（3） 在直接清零时，要求数码管显示器灭灯；（4） 计时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒； （5） 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。1.2 设计任务及目标： （1） 根据原理图分析各单元电路的功能； （2） 熟悉电路中所

3、用到的各集成块的管脚及其功能； （3） 进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求； （4） 写出完整、详细的课程设计报告。二、总体框图秒脉冲发生器计数器译码显示控制电路报警电路2.1设计思想1设计一个秒脉冲发生器。2设计30秒递减计时电路，由秒脉冲发生器控制其计数，每隔1秒钟，计数器减1每5秒显示一次计数，即30,25,2000。3设计译码显示电路，显示器能显示计数器的即时计数数值。4设计报警电路，当计数器递减计时到零时（即定时时间到，显示器上显示00），发出报警信号。5设计外部操作开关控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时。2.2设计方案1.分析设计任务，计数器和控制电路是系统

4、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。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，数码显示器灭灯。2.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“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；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。三、器件选择3.1实验所需器件74LS192计数功能芯片74LS160计数功能芯片74LS00芯片 7

5、4LS02芯片74LS04芯片 74LS10芯片2脉冲发生器 LED显示器3.2所需器件说明74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。74LS160是十进制计数器，直接清零，异步清零端MR非为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。160的预置是同步的，当置入控制器PE非为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3数据端P0-P3一致。74LS00是2输入端四与非门。 如输入端为 A，B，输出端为Y 则 Y=/AB。74LS02是四2输入或非门.作用是二个输入的或运算,运算后反相输出。74LS04是非门，反相作用。74LS10N是3输

6、入端与非门，74LS04D是反相器。74LS10N与非了以后，经过74LS04D的反相器，整个运算是3输入与运算功能。四、功能模块4.1脉冲发生器设计一个50Hz的脉冲发生器。4.2 8421BCD码递减计数器计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计，74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，它采用8421码二一十进制编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。74LS192的功能表如表1所示。74192功能表：表1 74LS192功能表输            &

7、#160;    入输       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加计数减计数保持4.2.1 74LS192的工作原理当/LD= 1，CR=0时，若时钟脉冲加入到CPU端，且CPd=l则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，/CO端发出进位下跳变脉冲；若时钟脉冲加入到端CPd，且CPU=1，则计数器在预置数基础上完成减计数功能，当计数减到0时，/BO端发

10、出借位跳变脉冲。由74LS192构成的三十进制递减计数器如图1所示。图1 三十进制递减计数器图中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端（上升沿有效）。/LD是异步并行置数控制端（低电平有效）。/CO、/BO分别是进位、借位输出端（低电平有效）。CR是异步清零端，D3D0是并行数据输入端，Q3Q0是输出端。4.2.2 计数器单元电路74LS192的计数原理是：只有当借位/BO1端发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。当高电位、低电位位计数器处于全零,且cpd为0时，置数/LD2端等于0，计数器完成并行置数，在CPd 端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。计数器单元电路

11、如图2所示。图2 计数器单元电路该电路图上的两个74192的输出端分别接译码器7447的ABCD端作为译码输入，计数器预置数为30，但计数器减为00时，高位的计数器/BO端输出报警信号报警电路报警。4.3 译码显示电路4.3.1 集成计数器74LS160 1.如图74LS160为异步清零计数器，即RD端输入低电平，不受CP控制，输出端立即全部为“0”，功能表第一行。74LS160具有同步预置功能，在RD端无效时，LD端输入低电平，在时钟共同作用下，CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能。RD和LD都无效，ET或EP任意一个为低电平，计数器处于保持功能，即输出

12、状态不变。只有四个控制输入都为高电平，计数器实现模10加法计数，Q3 Q2 Q1 Q0=1001时，ROC=1。图 3 74LS160 2CLK是脉冲输入端；RCO是进位信号输出端；ENP和ENT是计数器工作状态端；CLR是异步清零端；LOAD是置数端；VCC接正电源，GND接地；AD是数据输入端，QAQD是计数器状态输出端。电源电压5V，输入电压5V。其状态如表2所示。表2 表2 3.如图4所示由3个74LS160组成的计数器装置，使整个计时器在倒计时的基础上，实现每五秒显示一次计数，并且是按照要求显示数字 30,25,20,15,10,05

13、,00.而且每一个显示的数字逗停五秒钟，五秒钟后开始下一个计数，以此类推，知道计数到00将信号传递给报警装置，报警装置进行报警。三个74LS160芯片中，其中U9和U10起计数作用，在两个74LS192倒计时，并且从30 计时到00，连续计时的基础上，实现每五秒钟计数一次，即每次所计的数为30,25,20,15,10,05,00.并且可以暂停也可以连续计数，而且还可以清零。第三个74LS160芯片U11，在整个计数器装置中起连续计数作用，给74LS160一个脉冲信号，让它从30 计数到00，一直都是连续计数，并且可以清零，也可以暂停连续，只不过让它在计数过程中每五秒只显示一个数字，而其中的四个

14、数字在五秒钟内被过度掉，只是不显示而已。译码显示电路如图4所示。图4 74LS160组成的计数器4.3.2 LED显示器LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是：1.看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在焊之前用万电用表测一下它的极性，其管脚图如下图4所示，如果为共阴极的，其管脚COM端接地；如果为共阳极的，起管脚COM段要接高电平。2.还要注意在数码管电路上加上一保护电阻，起限电流的作用。图5 LED显示器4.4 辅助控制电路为了保证系统的设计要求 , 在设计控制电路时 , 应正确处理各个信号之间的时序关系。从系统的设计要求可知 , 控制电路要完成以下四项功能 : 操

15、作“清零”开关，要求计数器清零；闭合启动，减计时器进入计数状态。闭合 “启动” 开关时 , 计数器应完成置数功能 , 显示器显示 30 秒字样 ; 断开“启动”开关时 , 计数器开始进行递减计数。 当 “暂停 / 连续”开关处于 “暂停”位置时 ,控制电路封锁时钟脉冲信号 CP , 计数器暂停计数 , 显示器上保持原来的数不“暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置时 , 计数器继续累计计数。 当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 ) 时 , 控制电路应发出报警信号 , 使计数器保持零状态不变 , 同时报警电路工作。4.4.1 报警电路报警电路用二极管设计。报警电路如图6所示。图6 光电报警电

16、路当计数到零时,两计数器借位端输出多为低（0）,故本设计将高位片借位反馈到二极管负极性端,此时+5V电源经1k电阻使发光二极管发出光电报警信号,完成报警功能,而在递减计数时,端输出为高（1）,二极管不报警.4.4.2 暂停/连续电路（时钟信号控制电路）暂停/连续电路如图7所示。 、图7 暂停/工作电路（时钟信号控制电路）同时应注意的是，如图可以知道两个与非门构成的基本RS触发器，构成去抖动电路，防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，暂停计时和继续计时。控制电路中SR锁存器功能表：SRQQ锁存器状态00不变不变不确定01010101011100 保持 接74LS192的预置数

17、控制端,当开关合上时, =0,74LS192进行置数;当断开时, =1,74LS192处于计数工作状态,从而实现功能的要求，当然本设计只要将启动信号直接加到置数端。图3.9是时钟脉冲信号CP的控制电路,控制CP 的放行与禁止。当定时时间未到时,74LS192的借位输出信号路,=1,则CP信号受“暂停/连续”开关的控制,当处于“暂停”位置时,门输出0,门关闭,封锁CP信号,计数器暂停计数;当处于连续”位置时,门输出1,门打开,放行CP信号,计数器在CP作用下,继续累计计数。当定时时间到时=0,门G2关闭,封锁 CP信号,计数器保持零状态不变。从而实现了功能、的要求。注意,是脉冲信号,只有在保持为

18、低电平时,输出的低电平才能保持不变。至于功能的要求,可通过控制74LS192的异步清零端CR 实现 ( 图中未画出 ) 。4.5、置数/工作电路由于置数为“30”，所以要将高、低电平加在两片74LS192组成的30进制计数器的输入端D、C、B、A的相应端。第一片74LS192的DC端接高电平，BA端接低电平；第二片74LS192的四个输入端均接低电平；两片74LS192的/LOAD端均接高电平。当开关闭合时，计数器置数，数码管显示“30”字样；当开关断开时，计数器开始进行计数。4.6、清零/工作电路 清零/工作电路由单刀双掷开关与电阻组成。当开关打到清零端，即接高电平时，输出高电平至74192

19、的CLR端，计数器清零；当开关打到工作端，即接地，输出低电平至74192的CLR端，清零端无效，计数器处在工作状态。16五、总体设计电路图5.1、 总体设计电路图注：此处用数码管代替了译码显示管与七段显示管5.2、 仿真结果5.3 硬件实验六、心得体会通过本次课程，使我所学的理论在实践中得到检验，使我对专业理论的掌握更加深刻。在自己动手操作的时候遇到了很多以前没有想到的问题，比如说做报警电路时，刚开始做的时候怎么都不发光，特别的不解，后来经过几次修改电阻值，才得到理想结果，再比如刚开始把设计做好的时候，在软件上仿真，也得不到预期效果，后来翻阅书本，才知道原来还有电源接地和信号接地的不同，而我们只是想当然的认为只有是接地就对了。在设计过程中，最让我头疼的就是参数的设定了，而每次只要是参数不正确，就不可能得到预期的结果，设计也会停滞不前。好在每次的问题，经过我们共同的努力，和老师的指导，都或多或少的得到了解决，通过这些问题的解决使自己处理实际问题的能力进一步提高，让自己充分认识到了理论与实际之间的差别。身为自动化专业的学生，设计是我们将来必需的技能。而这次课设恰恰给我们提供了一个应用自