10秒倒计时器的电子课程设计

1机械与电子工程学院课程设计报告课程名称数字电子技术课程设计设计题目10秒倒计时器的设计所学专业名称电子信息工程班级学号学生姓名指导教师2014年6月3日1机电学院电子信息工程课程设计任务书设计名称：10秒倒计时器的设计学生姓名：指导教师：起止时间：自2014年5月21日起至2014年6月4日止一、课程设计目的1).熟悉集成电路及有关电子元器件的使用;2).了解计时器主体电路的组成及工作原理;3).学习数字电路中基本555定时器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。二、课程设计任务和基本要求设计任务：1).设计好完整的操作方案。2).对电路的原理进行简要分析。3).在Multisim仿真软件中绘制出完整仿真电路图。并且尽可能地使整个电路简洁、整齐、一目了然。4).对设计的电路进行调试，完成课程设计应达到的目的.基本要求：1）具有10秒倒计时功能；2)设置外部操作开关，控制计时器的直接清零/复位、开始和暂停/连续计数功能；3)计时器计时间隔为1秒；4)计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，保持并闪烁光电报警。5计时器暂停计数时，数码管闪烁提醒；1机电学院电子信息工程课程设计指导老师评价表院（部）机电学院年级专业12电信学生姓名学生学号题目10秒倒计时器的设计一、指导老师评语指导老师签名：年月日二、成绩评定指导老师签名：年月日目录摘要与关键字．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11倒计时器组成及原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1.1倒计时计数器组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1.2工作原理………………………………………………………………………32.拟定设计方案………………………………………………………………………42.1用Multisim进行仿真计……………………………………………42.2设计实现数码管示…………………………………………………42.3设计555定时振荡实现秒振荡发生功能………………………42.4设计实现减法计数功能……………………………………………52.5设计实现二位数减法计数功能……………………………………52.6设计实现反馈电路实现30秒计数功能……………………………52.7设计实现控制电路实现启动、清零/复位和暂停/继续计数控制电52.7.1清零/复位电路………………………………………………………………52.7.2暂停/继续计数电路…………………………………………………………62.7.3启动电路……………………………………………………………………72.8设计实现闪烁报警电路…………………………………………83.功能说明总结…………………………………………4.课程设计小结……………………………………………………………………9参考文献…………………………………………………………………………………10附录一附录二1摘要与关键词摘要：电子秒表是现实生活中的很常见的装置，常见的电子秒表种类很多，其主要运用于运动中。数字式电子秒表是常见的电子秒表中的一种，它有显示更直观等好处。本次课程设计采用现代数字电路设计方法应用Multism进行设计并仿真。从总体设计框图开始，将设计任务逐步分解，直到可以用标准的集成电路部件实现，然后将各部件联结成系统，通过Multism进行设计的分析综合和时序仿真验证。本文在原理简要处，还加入了程序设计中用到的几种集成元件的管脚图，以及简单介绍了这些元器件所能实现的功能。先后设计出了计秒、计分和计时电路，并完成了初步的调试与仿真。最后，在分析时序仿真结果的基础上，对设计电路进行进一步的修改和完善，已达到对设计电路正确运行且学会运用Multism电路设计与仿真的目的。操作步骤与解释：（1）启动仿真电路，可观察到数字时钟的秒位开始计时，计数到60后复位为0，并进位到分计时电路。（2）观察到数字时钟的分位开始计时，计数到60后复位为0，并进位到时计时电路（3）开关J1可控制时计时电路的方式选择。（4）控制键可控制秒脉冲直接引入时、分计数器。（5）出现整点，即时计数器发生变化。关键字：计数器;555定时器;多谢振荡器；课程设计21倒计时器组成及原理1.1倒计时计数器组成倒计时计数器选用TTL集成电路，主要由秒定时振荡发生器、减法计数器、译码器、七段数码显示器、控制电路、闪烁报警电路等组成，在电路工作过程中，电路能够通过控制器实现开始计数、清零/复位、暂停/继续计数等功能，在倒计时结束保持00状态并不断闪烁提示报警，原理图如下：图11.2工作原理当电路工作时，由555定时器组成多谐振荡器，选取适当的电容使振荡周期为1s；用两片减法计数器芯片级联组成二位数计数器，用七段数码管显示计数；控制电路通过控制减法计数器的控制端实现对电路保留、启动、清零/复位和暂停/继续计数功能的控制；利用JK触发器的翻转状态特性和译码器BI/RBO端的控制实现闪烁报警功能。32拟定设计方案2.1用Multisim进行仿真设计Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。Multisim中提供了丰富的硬件数据可供选择，它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。通过Multisim可以及时仿真实现电路设计功能并及时发现存在的问题进行改正，可以确保设计的电路能够正常实现应有的功能。2.2设计实现数码管显示选取共阴极七段红色数码管作为显示器，译码器选择74LS48N，将译码器的LT、RBI端直接接高电平，BI/RBO也接高电平，将七段数码管的七个引脚分别接100Ω电阻后于译码器输出端相连，在译码器输入端输入电平实现了数码管显示功能。2.3设计555定时振荡实现秒振荡发生功能如图2，用555定时器、电容电阻组成多谐振荡发生器，C1选择1uF，图中C1为100nF为仿真实验用数据，C2选择10nF，电阻均为5.1kΩ，由周期计算公式：T≈0.7（R1+2R2）C1≈1s4图2谐振荡发生器2.4设计实现减法计数功能选用74LS191N加减计数器作为减法计数器芯片，U/D加减控制端接高电平将74LS191N设置为减法计数状态，将74LS191N输出端与74LS48N译码器的输入端相接，脉冲接555定时振荡电路产生的谐振脉冲，实现减法计数功能。2.5设计实现二位数减法计数功能级联两片均设置为减法计数器的74LS191N，将低位减计数器的进位端RCO接高位减计数器的EN使能端（图中为CTEN端），将数码管、电阻及译码器74LS48N按2.2中说明连接，实现二位数减计数功能。2.6设计实现反馈电路实现10秒计数功能如图3，采用74LS191N异步置数，高位反馈输出OA、OB通过两个2输入与非门两次与非反馈给D触发器RESET端，为实现控制功能准备，最终反馈给预制LD端（电路图中为LOAD端）；低位反馈输出OB、OD同高位方法实现。高位预置数端DCBA预置0100，低位预置数端DCBA预置1001，实现10秒计数。5图3反馈电路设计图2.7设计实现控制电路实现启动、清零/复位和暂停/继续计数控制电路2.7.1清零/复位电路高、低位74LS191N的反馈信号分别通过两个2输入与非门两次与非输入D触发器的RESET端，同时D端与清零/复位控制电路相连，D触发器输出Q再反馈会LOAD端（即LD端），两个D触发器的D端均与开关J4所在清零/复位控制电路电阻、二极管右端，开关左端相接（如图3），高位74LS191N的高电平预置数与低位74LS191N的高电平预置数端与D输入接线位置相同，使得开关闭合前高低位74LS191N的高电平预置数及D为高电平，闭合后高低位74LS191N的高电平预置数及D为低电平，从而控制LD预置端实现清零和复位功能。如图4，J4控制电路为清零/复位控制电路，J4为控制开关，闭合清零，开启复位。6图4清零/复位电路图2.7.2暂停/继续计数电路单刀单掷开关J1所在电路为暂停/继续计数功能电路。如上图4，开关J1闭合前，J1所在电路反馈低电平，当J1闭合后，J1所在电路反馈高电平，反馈信号经如下图5两个或非门两次或非输入D触发器输入D端（如下图5），D触发器输出Q接低位74LS191N的CTEN端（及EN使能端），上面的JK触发器的输出端与第一个或非门的另一输入端相连。电路工作时，当J1断开，正常工作，当J1闭合时，使能端CTEN变为高电平，低位74LS191N输出保持，使电路进入暂停状态，断开J1则继续计数。7图5暂停/继续计数电路设计图2.7.3启动电路如上图5，J3所在为启动控制电路，当J1处于断开状态，RESET端为低电平，当闭合J1后，RESET端为高电平，JK触发器输出置0，正常工作状态下第一级或非门另一输入为0，经两级或非后输入D触发器，且输入为低电平，即输出端Q输出低电平至CTEN（EN使能端）使电路启动。74LS191N功能表如图：预置使能加/减控制时钟预置数据输入输出工作模式LDEND/UCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00xxxd3d2d1d0d3d2d1d0异步置数11xxxxxx保持数据保持100xxxx加法计数加法计数101xxxx加法计数减法计数图682.8设计实现闪烁报警电路根据译码器控制端BI/RBO功能功能（输入）输入输入/输出输出LTRBIA3A2A1A0BI/RBOabcdefg灭灯xxxxxx00000000图7如图7，当BI/RBO为0时，不论LT，RBI及A3A2A1A0为何值，输出为0且数码管为灭灯状态。当BI/RBO为1时，正常输出输入数据。对于JK触发器，J端接高电平，K端与低位74LS191N的使能端EN（电路图中CTEN端）相接，则K端在计数使能时为低电平，暂停或计数到00时为高电平，由JK触发器功能表如下：图8如图9，将74LS48N译码器的BI/RBO与该JK触发器的输出端相连，由图8可知当J=1，K=0时，BI/RBO置1，数码管正常工作；当J=1，K=1时，BI/RBO翻转，使数码管时亮时灭闪烁。图9闪烁报警电路设计图经过以上功能分析、设计和仿真，30s计数器的各项功能得到实现，在清零/复位与暂停/继续控制JK输出10置111翻转9电路中，当J1闭合，暂停计数时，发光二极管点亮，J1断开，继续计数时，发光二极管灭；当J4闭合，数码管清零，发光二极管点亮，当J4断开后，发光二极管灭。3，功能说明总结实现从29到00的30秒倒计时计数功能，时间间隔为1s，具有启动，清零/复位与暂停/继续计数功能；同时当清零与暂停时，清零/复位或暂停/继续计数功能电路中的发光二极管点亮，作为功能标识；暂停时，数码管显示闪烁提醒，倒计时到00时计数保持00，并且闪烁报警，提示计数结束。J1为单刀单掷开关，是暂停/继续计数功能控制开关，闭合J1,开关，计数暂停，断开J1开关，计数继续；J3为自动复位开关，时计数启动开关，当清零/复位开关断开复位后，按下J3启动计数；J4为单刀单掷开关，是清零/复位功能控制开关，闭合J3开关，数码管清零保持，再断开J3开关，复位29，等待启动开关J3启动。4.课程设计小结课程设计过程中对学到的各种芯片的功能，作用有了更加深入的学习，尤其是通过Multisim的设计与仿真，Multisim之前没有接触过，这几天学习了其基本功能和仿真实验。在设计10秒倒计时计数器时，用到了74LS191N加/减计数器，共阴极数码管，74LS48N译码器，555定时器组成多谐振荡器电路，JK触发器和D触发器等元器件，对这些元器件的特性，功能有了进一步深入的了解。通过555定时器构成多谐振荡电路的仿真对其电路结构有了更深刻的印象，掌握了通过改变RC的值对振荡周期进行调整。