30秒定时器设计

1、实用郑州科技学院数字电子技术课程设计任务书专业 自动化 班级 一班学号 xxxxx姓名 xxxx一、设计题目 30秒定时器二、设计任务与要求1 .倒计时定时器，计数时间问隔1秒。2 .用数码管显示计数值。3 .可以复位和暂停。4 .计时结束后报警。三、参考文献1江晓安，董秀峰.数字电子技术.西安：西安电子科技大学出版社，20082王毓银.脉冲与数字电路（第3版）.北京：高等教育出版社，19993谢自美.电子线路设计、实验、测试，第二版.武汉：华中科技大学出 版社，20004陈明义.电子技术课程设计实用教程.长沙：中南大学出版社，2010四、设计时间月 日至 指导教师签名：专业负责人签名:郑州科

2、技学院数字电子技术课程设计题 目 30秒定时器学生姓名 专业班级 学 号院（系）电气工程学院指导教师 完成时间 文案1设计目的12设计思路13设计过程11.1 方案论证11.2 电路设计24 系统调试与结果105 心得体会116 参考文献12附录1原理图13附录2实物图14附录3元器件清单151设计目的(1)熟悉集成电路的引脚安排。(2)掌握芯片的逻辑功能及使用方法。(3 ) 了解电路板结构及其接线方法。(4) 了解30秒定时器的组成及工作原理。(5)熟悉30秒定时器的设计与制作。2设计思路本次设计电路需要设计一个具有 30秒倒计时功能的电路，计数时间问隔一 秒，并且在倒计时过程中可以对电路进

3、行暂停、继续和重置的功能，在倒计时结束时，即数码管显示00后，发出相应的报警信号。我们可以用555定时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，本次电路用一个发光二极管作报警信号。3设计过程3.1 方案论证30秒倒计时的总体方框图如图 3

4、-1所示图3-1总体电路框图30秒定时器主要有秒脉冲发生器、控制电路、计数器、译码显示和报警电 路四部分组成。计数器完成30秒减计时功能，而控制电路是直接控制计数器的 清零、启动计时、暂停/继续计数、译码显示等功能。当操作直接清零开关时能 够使计数器清零并且数码显示 00;当启动计数时，计数器完成置数功能，数码 显示30并开始递减；当暂停开关闭合时，控制电路封锁时钟脉冲信号，计数器 处于封锁状态，停止计数，当暂停开关断开时，计数器继续计数；当计数结束时， 数码管显示00,报警电路接通，即发光二极管发光。秒脉冲发生器可以产生电 路的时钟脉冲和定时标准的信号，用 555定时电路作为秒脉冲发生器，5

5、55定时 器结构简单，使用灵活，用途广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定 时延时电路、单稳态触发器、双稳态触发器、报警电路、检测电路、频率变换 电路等。3.2 电路设计(1)计数器模块电路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。本实验中计数器选用中规模集成电路 74LS192进行设计，74LS192是异步、 可预置的十进制加法/减法计数器，它采用8421BCD码二-十进制编码，其功能 表如表3-1所小。表31 74LS192的功能表CPUCPDLDCR操作XX00置数T110加计数

6、1T10减计数1110保持XxX1清零由此看出，当LD=1,CR=0,CPD=1时,如果有时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上进行加法计数，当计数到9时,CO端输出进位下降沿跳变脉冲； 当LD=1 , CR=0, CPD=1时，如果有时钟脉冲加到 CPD端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计数到 0时，BO端输出借位下降沿跳变脉冲。由此 设计出三十进制减法计数器，具体电路图如图3-2所示。图中QaQd分别接七段译码器的四个输入端。LOAD为预置输入控制端，低电平有效 ，CLR为异 步清零端，高电平有效。由于本次电路需要计数器进行减法运算，所以741s192中的UP端即CPU加

7、计数时钟输入端需要一直处于高电平，所以UP端直接和电 源相连。图中的CLR即为741s192芯片的MR清零端，所以要一直接低电平， 电路中直接接地。图中预置数为(0011 000。8421BCD= (30) 10 。当低位计数器 的借位输出端BO输出借位脉冲时，高位计数器才开始进行减法计数。当计数到 高、低位计数器都为零时，高位计数器的借位输出端 BO输出借位脉冲，使置数 端LD=0,则计数器完成计数，相应的报警电路导通。图中第二个计数器的DOWN 即CPD减计数时钟输入端需要连接相应的脉冲信号，以控制计数器的正常工作。VCC5VJ3U7 N74LS192DKey = Space图3-2计数器

8、电路74LS192的管脚图和功能如图3-3所示F0 后1时wr iQi flLJLlILlILiJLJLeJLlJIjJPl Qi Oq CPD CFu 8 口3 GNDClpoQOPlQIP2Q2P3Q3CPii TCuCPd ICdPLMR(b)图3-3 741s192管脚排列及逻辑符号经查阅资料得：CPU等同于在Multisim软件中的UP端，即表示加计数时 钟输入端；CPD等同于在Multisim软件中的DOWN端，即表示减计数时钟输入 端。PL表示预置输入控制端，异步预置，等同于 LOAD端。TCU为进位输出， 等同于CO; TCD为借位输出，等同于BO。(2)秒脉冲发生器秒脉冲发生

9、器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，秒脉冲信号输入到 计数器的减计数时钟输入端，完成计数的功能。秒脉冲可以由555定时器电路组 成的多谐振荡器提供。555定时器是一种模拟和数字相混合的集成电路，具结构 简单，使用灵活，用途广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时 电路、单稳态触发器、双稳态触发器、报警电路、检测电路、频率变换电路等。 通常只需在555定时器外接几个阻容元件就可以很方便的构成施密特触发器和 多谐振荡器。用555定时器构成多谐振荡器电路如图3-4a所示，多谐振荡电路是一种无 稳态电路，它在接通电源后不需要外加触发信号，电路状态能够自动地不断变换， 产生矩形波的输出，如

10、图3-5所示的示波器输出。电路中有两个暂稳态利用电源 Vcc通过R1和R2向电容器C充电，使uo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uo下降，降到Vcc/3 时,uo跳变到高电平，D端截止，电源Vcc又通过Ri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3-4b所示。RiUc+VccR26 555 3Uo-i 0.01 ii F(b)r r图3-4555构成的振荡电路及其波形图3-5 555定时器发出的矩形波输出信号U。的脉宽tW1、tW2、周期T

11、的计算公式如下：(3-1)twi = 0.7(Ri+R2)Ctw2 = 0.7R2c(3-2)T = twi + tw2 = 0.7(Ri + 2R2)C(3-3)根据要求，该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生10Hz的脉冲，因 此我们可以令 Ri= 47k, R2= 47k, C= 0.1uF ,得到周期T=0.7(47+2X47)X0.01=0.987 S,按照图3-6连接的电路就可以产生 10Hz的方波 脉冲，即时间为一秒。VDD (5VA1VCCRST OUTDISTHRTRICONGND555_VIRTUAL8165图3-6秒脉冲发生器电路在实际电路中我们用NE555定时器芯片，

12、其管脚排列图如图 3-7所示1 -GMD2 -Tngger3 - Output4 - Reset5 - Control voyage Threshold7 - Discharge6 - Vcc图3-7 NE555定时器芯片管脚图经查阅资料可得图中各引脚代表为：1地GND 2触发 3输出4复位5控制电压 6门限(阈值)7放电 8电源电压Vcc(3)控制电路控制电路即要满足对电路的启动、暂停、继续、重置的功能，其中电路的启 动和重置要结合741s192的预置端，当预置端LOAD接低电平时，电路时钟输入 封锁，完成预置，显示30,所以此时秒脉冲对计数器无效，只有 LOAD为高电 平时，741s192

13、才接受脉冲，开始减数。利用这一特性，用一个单刀双掷开关即 可完成电路的预置和启动的功能。另一部分，在电路运行过程中，要对电路进行 暂停和继续的操作，也就是说不影响秒脉冲的产生，而只是暂时让计数器接受不 到传过来的秒脉冲。由此可以想到用一个与门电路连接秒脉冲的输出和控制电 路，当执行暂停操作时，控制电路输出低电平，则与门输出为低电平，此时计数 器接收不到脉冲信号而停止工作；当执行继续操作时，控制电路输出高电平，与 门输出则为高电平，计数器接受脉冲信号，继续进行计数工作。由于由与非门构 成的基本RS触发器有直接置零端和直接置一端，因此可以用基本的RS触发器来完成本部分的控制电路。电路连接图如图 3

14、-8所示，741s00为与非门，741s08 为与门，Q点即为基本RS触发器的输出端。此时也需要一个单刀双掷开关，控 制两个输入端。(4)译码显示电路计数器的计数结果要通过译码显示电路才能显示出来， 译码显示电路通常由 译码器、驱动器和显示器等部分构成。本次电路中我们用发光二极管( LED)组 成字型数码管来来显示数字。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

15、路称为 七段字型译码器因此我们采用了常用的74LS48作为电 路中的译码器。图3-9是74LS48的外部管脚图Vqq f g 3 b c d e111 Id hi hi |5| Ld LzJ LlIB C LT BI/RBO RBI D A GND图3-9 741s48管脚图由于七段显示译码器741s48输出高电平有效，所以用共阴极数码管。该七段显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。其中 BI/RBO为灭灯输 入端，当BI=0时，无论输入什么电平，所有字段均不显示； LT是试灯输入端， 当LT=0时，BI/RBO是输出端，且BI/RBO=1 ,所有各段输出ag均为1,显示字形8 。

16、RBI为动态灭灯输入，当LT=1 , RBI=0且输入代码DCBA=0000时，各段输出ag均为低电平，与BCD码相应的字形8熄灭，故称 灭零”；RBO 为动态灭零输出，BI/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, WJ 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。译码显示部分的电路如图3-10所示，数码管为共阴极，在数码管的公共接 地端串联一个稳压二极管，以达到保护数码管的作用。按图示电路连接好数码管 和译码器的各个对应引脚，完成译码显示的部

17、分电路设计。OOOOOOOU3 74LS48Dabcd TRRU2怛也厩I5用 OOOOOOO ABCD TRRD202BZ2.2U4 74LS48D VCC5VI Q C Q7 1 2 63 5 4图3-10译码显示电路(5)报警电路当计数器递减计数到零时，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，如图3-11所示。当计数到零时，两计数器借位端 输出多为低，故本设计将高位片借位BO反馈到二极管负极性端，此时+5V电源经 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，高为片借 位端输出为高电平，二极管不报警。VCC5V 女1 600 Q图3-11报警

18、电路4系统调试与结果按照设计好的电路图，先在 Multisim软件中进行电路仿真，调节好各部分 的参数，仿真成功后，进行元器件的选择，然后焊接电路。焊接时以单元电路为 基准，一部分一部分的焊接，特别注意各个芯片引脚之间的焊接。单元电路焊接好后，应该先认真的进行通电前的检查。检查电路中元器件是否 接错，电源对地是否短路，芯片驱动电源是否连接，连线是否正确。确认无误后 方可通电。实验经仿真软件Multisim仿真无误后，经过一天的电路焊接，初步检查无误， 然后通电，第一次发现电路短路，于是用万用表测量单元电路，找到短路的部分 后进行修改，修改后电路接通，但是数码管显示的数正好与预置的数译码后对应

19、相反，即本来显示00,结果显示-,于是猜测数码管接反。经对741s48输出端测 量后，发现其输出高电平，对应的数码管应该为共阴极。而我们焊接在电路中的 数码管经测量为共阳极。这是由于购买元器件的时候一时疏忽，没有注意到这个 问题。后经调换安装后，数码管只能显示两种状态，一个是预置的数30, 一个是结束的时候显示00,并且二极管发光。也就是说，电路没有中间的状态，即 计数器接收不到秒脉冲发出的脉冲信号。 于是提出猜测计数器能够置数，且二极 管能够导通，证明计数器和译码电路没有错。只有可能是控制电路和555定时器 电路有问题。经过测量555输出有方波，且RS触发器能正常输出。这就不对了， 我们测量

20、的电路没有问题，电路连接也不错，可为什么就是不能正常工作呢？带 着这些疑问，我们找到了老师，经过和老师的探讨和检查测量以后， 发现用于置 数的输入端A B端，本来应该AB端连接在一起和两个计数器的 UP端串联后一 直接高电平，即直接接到电源正极，而我们的电路却经过了单刀双掷开关， 导致 开关按下显示00,按上则置数30.后经过修改后，又陆续更改了几处错误后， 电路终于正常工作了。5心得体会数字电子技术是电子类专业的一门非常重要的专业基础课，本周进行的数字电子技术课程设计不仅是对课本上理论知识的巩固和加深，同时也是对我们专业技能的一种提升。为期一周的课程设计，让我们深深的认识到了自己的不足， 我

21、 们动手能力的欠缺，对知识的掌握不深，以及对实际电子元器件的不了解。当我 们面对选题的时候，觉得都没有什么难度，利用所学的知识很容易实现。比如， 我们的选题为30秒定时器的设计，看到这个题目，我立马想到了数字电子技术 课上老师讲到的计数器，可以用一个计数器和译码显示电路将电路设计出来。可是当我真正接触到这个电路的设计时， 才了解实际远比我想象的要复杂得多， 先 说计数器要选择具有减法功能的可逆计数器， 然后是译码电路，要根据所选译码 器的型号配对合适的数码管，比如 741s47要连接共阳极的数码管，而 741s48则 要连接共阴极的数码管，千万不能搞错，还有脉冲信号、控制电路等好多细节问 题要

22、解决。因此，整个课程设计过程中显得时间非常紧张，有大量的工作要做。 我们小组有四个人，大家合理分工，有负责查阅资料的，有负责分析电路的，有 负责购买元器件的，还有负责焊接电路的。最后大家齐心协力，在规定时间内完 成了电路的仿真，焊接，调试等过程，期间也遇到了很多问题，比如仿真不稳定、 购买不到所需元器件、电路仿真成功但焊接后不工作等等。 总之，这一周我们虽 然很忙，但我们有条不紊的完成好每一步， 充实的度过每一天，不但学到了很多 知识，还加深了自己与老师和同学之间的关系。6参考文献1江晓安，董秀峰，等.数字电子技术（第3版）M.西安：西安电子科技大学出版社，2012.2王友仁，陈则王，等.数字电子技术基础M.北京：机械工业出版社，2010.3杨力.电子技