30秒定时器设计

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，计数时间间隔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，2008[2]王毓银.脉冲与数字电路（第3版）.北京：高等教育出版社，1999[3]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，2000[4]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、设计时间年月日至年月日指导教师签名：专业负责人签名：年月日郑州科技学院《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目录1设计目的.............................................................................................................................12设计思路.............................................................................................................................13设计过程.............................................................................................................................13.1方案论证.................................................................................................................13.2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..........................................................................................................1511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，计数时间间隔一秒，并且在倒计时过程中可以对电路进行暂停、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3-1所示秒脉冲发生器译码显示计数器控制电路报警电路2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，555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所示。表3—174LS192的功能表CPUCPDLDCR操作××00置数↑110加计数1↑10减计数1110保持×××1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3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QA～QD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74ls192中的UP端即CPU加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74ls192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（00110000）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。图3-2计数器电路74LS192的管脚图和功能如图3-3所示图3-374ls192管脚排列及逻辑符号U574LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U774LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14VCC5VJ3Key=Space4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，其结构简单，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3-4b所示。5图3-4555构成的振荡电路及其波形图3-5555定时器发出的矩形波输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:tW1＝0.7(R1＋R2)C(3-1)84765553215R1R2ucC+VCCuo0.01µFtuo0tw2tw1tuc0CCV32CCV31T（a）5555555（b）6tW2＝0.7R2C(3-2)T＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋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R1=47k，R2=47k，C=0.1uF，得到周期T=0.7(47+2X47)X0.01=0.987S，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。A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVDD5VR447kΩR547kΩC11µFC20.1µF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，其管脚排列图如图3-7所示图3-7NE555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GND2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7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74ls192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，74ls192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