可预置定时器0~99s

1、一、 设计目的：1、 熟悉集成电路的引脚安排；2、 掌握各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、 了解定时器的组成及其工作原理；5、 熟悉定时器的设计与制作；6、 理论应用于实践，提高学生的动手能力。二、 设计任务内容及要求： 设计并制作一可预置定时器，定时器可自行设置定时时间，可定时时间不少于60秒。 必要说明：将所设计的电路用proteus软件画出原理图；整个设计过程中要求学生在老师指导下，独立完成，并在计算机上仿真；通过电路的设计，使学生进一步对所学的理论知识加深与巩固，正确书写设计报告。三、 设计思路：1、设计定时器电路；2、设计可预置时间的定时电路；3、设计

2、报警电路；4、设计时序控制电路。四、 方案比较：经过上述五种电路图的了解以及比较之后，我们运用自己所学的知识设计了满足任务要求的可预置定时器。五、 电路原理设计：原理框图： 可预置定时器的总体框图如图所示，包括六大模块：秒脉冲发生器、预置电路、计时电路、译码显示电路、报警电路和控制开关电路。时钟脉冲发生电路产生秒脉冲，计数器完成计时，控制电路控制计时器的启动与置数，译码显示电路显示时间，报警电路完成报警功能。秒脉冲发生器预置电路计时电路译码显示电路控制开关电路报警电路六、 芯片介绍本次课程设计的定时报警电路经分析设计，具体电路可由十进制递减计数器、置数控制电路、时钟信号控制电路、译码显示电路和

3、报警电路组成。本次课设选用十进制加减计数器74LS192来完成设计，另外所需的芯片有CD4511译码器、四2输入与门74HC08、六反相器74LS04、555定时器。下面介绍所用的芯片。6.1、74LS19274LS192是可预置的双时钟方式的十进制可逆计数器，其部分引脚功能如下： 74LS192引脚图TCD：借位输出端（低电平有效）；TCU：进位输出端（低电平有效）；CLKD：减计数时钟输入端（上升沿有效）；CLKU：加计数时钟输入端（上升沿有效）；CLEAR：异步清除端；LOAD：异步并行置入控制端（低电平有效）；AD：并行数据输入端；QAQD：输出端十进制同步加/减计数器（双时钟）。其逻

4、辑功能表如表所示表1 集成计数器40192逻辑功能表清零预置使能预置数据输入数据输出CLEARLOADCPUCPDDCBAQDQCQBQAH×××××××LLLLLL××DCBADCBALHH××××加法计数LHH××××减法计数 根据其引脚图、各引脚功能以及功能表可以知道，当 14管脚接低电平，11管脚为高电平时，芯片处于计数工作状态，再给5脚高电平，4脚接脉冲时，脉冲每产生一个上升沿便进行一次减计数。而低位的脉冲由震荡电路

5、产生，低位的借位端接到高位的4脚CPD，于是在低位产生借位时高位便减计数一次，这样就实现了两位十进制减计数功能。6.2、CD4511CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 CD4511引脚图 CD4511的工作真值表如下表所示： CD4511真值表其功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出

6、全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”；它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出； LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1A4:为8421BCD码输入端。 ag：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被

7、点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 6.3、74HC0874HC08是CMOS的四2输入与门，用于与逻辑运算。引出端符号： 1A-4A 输入端 1B-4B 输入端 1Y-4Y 输出端74HC08引脚图 74HC08逻辑图 74HC

8、08 功能表如下表所示：极限值：   电源电压7V ； 输入电压5.5v   AB间电压5.5v ；   输出截止电压7v  工作环境温度（070）；存储温度（65150）  6.4、74LS04 74LS04是内含6组相同的反相器，用于非逻辑运算。 引出端符号：1A-6A 输入端 1Y-6Y 输出端74LS04引脚图 74LS04逻辑图74LS04功能表如下表所示：极限值： 电源电压7V ； 输入电压7V 工作环境温度（070）；存储温度（65150）6.5、555定时器5

9、55定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。A) 引脚图如下：NE555定时器引脚图B) 功能表如下：输入输出阈值输入（vI1）触发输入（vI2）复位（）输出（vO）放电管T××00导通<<11截止>>10导通<>1不变不变NE555定时器功能表C）内部电路图如下：555定时器内部电路图七、单元电路设计本次课程设计的定时报警电路可由置数控制电路、十进制递减计数器、秒脉冲发生电路、译码显示电路、报警电路等几部分组成。 7.1、置数控制电路 置数电路的设计可以用开关直接输入置数数据，可以用74LS192计数器来实现计数

10、，从而实现置数功能。 可预置定时器的置数控制电路部分是由2个74LS192十进制可逆计数器，2个按钮开关和电阻构成的。电阻在这里是防止短路的。 计数开始时，现在RD端输入一个正脉冲，此时两个计数器均被置为0状态。此时在LD端输入1，RD端输入0，则计数器处于计数状态。 在个位的74LS192（1）的CU端逐个输入计数器脉冲CP，个位的74LS192开始进行加法计数。在第十个CP脉冲上升沿到来后，个位74LS192的状态从1001 到 0000，同时其进位输出C从0 到 1。此上升沿使十位的74LS192（2）从0000开始计数，直到第一百个CP脉冲作用后，计数器由1001 1001恢复为000

11、0 000，完成一次计数循环。7.2、递减计数器电路的主要部分是十进制递减计数器，由74LS192构成。下图为8421BCD码三十进制递减计数器原理图。 Q3 Q2 Q1 Q0BO2 CPDLD2 CPUCR D3 D2 D1 D074LS192 Q3 Q2 Q1 Q0BO2 CPDLD2 CPUCR D3 D2 D1 D074LS1925V5V 8421BCD码三十进制递减计数器原理图它的计数原理是LD、CPU置1，CR置0时，若时钟脉冲加到CPD端，则计数器在预置数的基础上完成减计数。预置数为N=（1001 1001）8421BCD=（99）10。当低位BO1发出借位脉冲时，高位计数器才作

12、减计数。当计数器全为零时，BO2将低电平送入两个计数器的LD端，重新置数为99，计数器又开始下一循环的计数。（LD异步并行置入控制端，BO借位输出端，CR清零）74LS192的时序图如下图所示：7.3、秒脉冲发生电路脉冲发生器可以用555定时器来实现，也可以用正弦波振荡器来实现。555定时器可以产生方波，用来为后面的时序电路提供时钟脉冲。555定时器可以搭置固定占空比的方波发生器，也可以搭置可调占空比的矩形波发生器，其两种方案的电路如下图：用555定时器搭置的脉冲发生器：方案1 占空比可调的方波发生器 方案2 可调周期的方波发生器方案1：如果电路的，而且占空比固定不变。如果要实现占空比可调，可

13、采用如方案1图所示电路。由于电路中二极管、的单向导电特性，使电容器的充放电回路分开，调节电位器，就可调节多谐振荡器的占空比。电位器RP触点以上的电阻为，触点以下的电阻为。设= + ,=+,图中，通过、向C1充电，充电时间为：0.7电容器通过、及555中的三极管T放电，放电时间为：0.7因而，振荡频率为：电路输出波形的占空比为：方案2：如上图，接通电源后，电容C2被充电，当上升到 时，使为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C2通过RV1和T放电，下降。当下降到时，翻转为高电平。设为RV1触点上方的电阻与R1的和，为触点下方的电阻。电容器C2放电时间为：当放电结束时，T截止，将通过、向电容器充

14、电，由上升到所需的时间为：当上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的振荡频率为：B）用正弦波振荡器构成的脉冲发生器： 正弦波振荡器构成脉冲发生器原理图正弦波振荡器产生振荡脉冲，由施密特触发器产生方波，由于本设计未采用此电路，所以具体工作原理不在赘述。C）方案比较：555是比较常见的芯片，此课题中需要产生时钟脉冲，而由正弦波振荡器构成的脉冲源的频率调节实现比较困难。但是555定时器构成的脉冲源可以实现周期可调与占空比可调。而周期可调的脉冲发生电路，满足此课题的要求。因此选用周期可调的方波脉冲发生电路。D）实际电路：分析其工作原理：当电路与电

15、源接通瞬间，C2两端没有存储电荷，两端电压为0，555定时器的2、6端输入电压为0，即出现6端输入电压小于2/3VCC，2端的输入电压小于1/3VCC的情况，集成运算放大器A1输出高电平，放大器A2输出低电平，基本RS触发器置“1”工作状态，输出信号Vo为高电平，使晶体管截止，电源VCC经R1、R2、C2到公共端对电容C2充电，这种情况一直维持到C2两端的电压略超过2/3VCC；当C2的两端电压略超过2/3VCC时，出现6端输入电压大于2/3VCC，2端的输入电压大于1/3VCC的情况，放大器A1输出低电平，放大器A2输出高电平，基本RS触发器清零工作状态，输出信号Vo为低电平，使晶体管导通，

16、电容C2经C2、R6、晶体管T到公共端放电。这种情况一直维持到C2的两端电压略低于1/3VCC。此后又从新回到上述的充电过程，如此周而复始，形成振荡，产生矩形脉冲波输出。电路的工作波形如图所示。 电路的电压波形其工作原理为：555定时器产生方波作为时钟信号，脉冲发生器的时钟周期由C2和R2决定。将脉冲发生器的脉冲周期设为1,即T=1s则可以产生脉冲周期为1s的方波脉冲。实际电路中，我们选用的是RA=1K欧姆，RB=21.1欧姆，C2=33Uf , 代入电路的振荡频率为： 可算得t=1.0030 s 1 s 。 7.4、译码显示电路本设计中采用两片CD4511译码芯片来驱动两个七段共阴数码管，构

17、成译码显示电路，芯片和数码管之间连接如图所示：CD4511译码驱动芯片能够提供较高的上拉电流，ag是 7 段输出，可以直接驱动七段数码管。8421 BCD 码对应的显示见下图：1）.数码管引脚图 2）.数码管使用方法LED数码管分共阳型和共阴型两种，这里我们选择七段共阴型数码管。数码管的a、b、c、d、e、f引脚分别接到CD4511译码驱动芯片对应的引脚。公共端com分别与连接在P2口的NPN的集电极相连接。NPN的发射极并联接地。CD4511对应的引脚ABCD分别连在AT89S52的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3引脚。当数码管选通时，通过控制P0口来实现七段数码管动态显示数据。当从D

18、CBA输入相应二进制数码时，数码管能显示出相应的数字，这样可用于计时过程中的时间显示 7.5、报警电路当定时器的输出到一定的时刻时，需要报警。可以用LED灯来提示，也可以用喇叭来报警。当定时器的输出满足一定条件时，可以用特定条件下产生的信号来触发报警电路，实现报警。报警电路，是用触发器或者555定时器实现。具体的实现电路原理图如下： 方案1 用扬声器实现 方案2 用发光二极管实现 方案1：利用555定时器产生振荡波，当报警信号到来时,驱动扬声器发声，从而实现报警。 方案2：使用JK触发器或者D触发器，驱动发光二极 管来实现报警功能。当报警信号脉冲到来时，输入到触发器的时钟脉冲输入端，是输出端的

19、电平翻转为高电平，从而驱 动发光二极管发光。本电路采用发光二极管来报警，当计数器计时到零 后，BO2输出低电平，因此可以将BO2通过一个反相器与LED相连，此反相器可由BO2接入与非门两输入端构成。当BO2为低电平时LED就会发光，起到报警作用。& 报警电路实际电路： 7.6、控制开关电路该设计中的控制电路只采用了2个开关来实现清零、暂停/继续等功能，具体操作过程及原理如下：.清零开关：清零开关接到两个计数器的清零端，由电路图可以知道，当开关断开时，清零端通过电阻到地为低电平，清零无效，闭合时清零端被接到电源正极，为高电平，清零有效，输出清零，经过译码后数码管显示00。 .置数开关：从

20、电路图上可看出，置数开关接到两个计数器的置数端，当开关断开时，置数端为高电平，置数端无效，处于计数状态，当开关闭合时，置数端有效，计数器输出被置为与各对应输入相同的状态，而电路中已将两个计数器的数据输入DCBA分别接为00××、××××，其中后6位的×表示接的拨码开关，可改变开关状态来改变相应输入端口的高低电平，经过译码后，数码管显示相应预置的数据，即实现了置数功能。.暂停/继续开关：很明显，此开关和秒脉冲都接到了与门的几个输入端，开关闭合时为高电平，与门输出只与其他输入有关，秒脉冲可以送到低位计数器的减计数时钟端，当开关断

21、开时，与门的输入为断路，与门被封锁，这样，秒脉冲不能送到低位计数器的减计数时钟端，电路暂停计时。这样便实现了电路的暂停继续计时功能。八、 电路仿真及调试 8.1、设计电路图 将各个单元连接在一起便构成了可预置定时报警电路，电路接上+5V的电源后即可工作，首先可清零开关置于断开，通过置数开关给电路置数99以内的任意数据，需要开始时，将清零开关闭合，这样电路便进行倒计时工作，中途可以通过清零、置数、暂停开关实现相应功能，计时时间到或者清零时，报警电路产生光报警信号。8.2、仿真及调试在本次设计中采用proteus软件进行仿真，在proteus中新建文件，按照电路图连接好电路后点仿真按钮，即可看到仿

22、真效果，并且各个功能都能实现，如图7是计时过程中的某一状态，数码管递减显示计时时间，并且发光二极管不亮，即没有报警信号。当计时结束时，会看到报警电路的二极管闪烁，产生报警信号。 A）、软件仿真 步骤仿真：接通电源，闭合清零开关，断开暂停开关，使其定时器清零；然后再断开清零开关，通过置数按钮开关置数65，在闭合清零开关，从65计时到0时，发光二极管闪烁达到报警功能。proteus中仿真效果图 B）、元件清单 制作电路前先生成元件清单，以便于准备元件等材料。本电路需要芯片，LED，开关，导线，数码管，电阻，电容等元件，还要准备电路板来焊接电路。另外所需的工具有电烙铁，焊锡丝等。 元件类型数量数值7

23、4LS1924CD4511274LS04174HC081555定时器1电阻510K 10K 1K 1K 21.1K电容233uf 10nf发光二极管1数码管2开关4 元件清单C）、组装调试定时器电路： 按照电路原理图焊接电路。在焊接是要注意，不能随意摆放元件，应该事先想好元件应摆放的位置，以免以后连线出现问题。把元件摆放到电路板上合适的位置后，根据电路图焊接导线。焊接时，注意各个引脚的位置，不错位。同时，在焊接好所有的功能数据引脚时，一定要将所以芯片的VCC与GND正确连接在电源上，以保证各个芯片的正常工作。 实际电路图如下图：九、课程设计心得本学期我们开设了电子技术基础（数字部分）课，这门学

24、科属于电子电路范畴，与我们的专业有着密切的联系，且是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期暨电路刚学完之际，紧接着来一次数字电子线路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过这次课程设计，我们才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，才真正意识到我们只有通过勤奋的努力，才能够真正体会到科技带给人类的幸福。在本次课程设计中，经过五种方案的比较，原理我们已经清楚了，因此在电脑上仿真出计时器并不难。在这次课设中，我使用了一种软件proteus，该软件使用简单，操作方便，结果直观，非常适合本次数电课设的仿真。通过本次课设我又熟悉了这一种仿真软件的用法。通过proteus我们设计出了电路的原理图，经