秒倒計時器的設(shè)計課程設(shè)計

1、目錄一、計時器概述11、計時器的特點(diǎn)及應(yīng)用12、設(shè)計任務(wù)及要求1二、電路設(shè)計原理及單元模塊11、設(shè)計原理12、設(shè)計方案23、單元模塊3 3.1、所用各個芯片功能3 3.2、各單元電路7四、安裝與調(diào)試111、電路的安裝112、電路的調(diào)試12五、結(jié)論與心得12六、參考文獻(xiàn)131、總電路圖142、元件清單143、實(shí)物1524秒倒計時器的設(shè)計和制作一、計時器概述1、計時器的特點(diǎn)及應(yīng)用 在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)，還可以用來做為各種藥丸、藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會的應(yīng)用是相當(dāng)普遍

2、的。 在籃球比賽中，規(guī)定了球員的持球時間不能超過24秒，否則就違例了。本課程設(shè)計“智能籃球比賽倒計時器的設(shè)計”，可用于籃球比賽中，用于對球員持球時間24秒限制。一旦球員的持球時間超過了24秒，它自動的報警從而判定此球員的違例。2、設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計一個24秒倒計時器，具體功能要求如下： 1、用小規(guī)模集成電路設(shè)計24秒倒計時電路； 2、用555定時器產(chǎn)生1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號； 3、當(dāng)計時器顯示00，同時報警； 4、計時器應(yīng)具有清零、啟動、暫停/繼續(xù)計時等控制功能。二、電路設(shè)計原理及單元模塊 1、設(shè)計原理 24秒計時器的總體參考方案框圖如圖1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、報警電路

3、和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數(shù)器完成24秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。  秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計對此信號要求并不太高，故電路可采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。  譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在實(shí)驗(yàn)中可用發(fā)光二極管和鳴蜂器代替。       &#

4、160;        主體電路： 24秒倒計時。24秒計數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一個開關(guān)，比賽開始后，24秒的置數(shù)端無效，24秒的倒數(shù)計時器的倒數(shù)計時器開始進(jìn)行倒計時，逐秒倒計到零。選取“00”這個狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截斷信號，讓該信號與時鐘脈沖信號通過一個與門將時鐘截斷，使計時器在計數(shù)到零時停住。2、設(shè)計方案圖1、電路框圖總體電路說明：  倒計時功能主要是利用192計數(shù)芯片來實(shí)現(xiàn)，同時利用反饋和置數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，以適合分和秒的不同需要。由于該系統(tǒng)特殊的需要，到計時器到零時，通過停止控制電路使計數(shù)器停止計

5、數(shù)并發(fā)出蜂鳴警報。3、單元模塊 3.1、所用各個芯片功能 3.1.1、555定時器555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖如右圖所示。圖2、555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加

6、上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。表61 555定時器的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TRQ放電管T功能0××0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置1111

7、0導(dǎo)通清零表1 555定時器的功能表3.1.2、74LS487448是7段顯示譯碼器,輸出高電平有效的譯碼器。工作電壓為5V，用于驅(qū)動共陰極數(shù)碼管，7448除了有實(shí)現(xiàn)8段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 功能或數(shù)字輸入輸出顯示字形abcdefg滅燈××××××00000000滅燈試燈0×××××111111118動態(tài)滅燈10

8、000000000000滅燈011000011111110011×000110110000121×001011101101231×001111111001341×010010110011451×010111011011561×011010011111671×011111110000781×100011111111891×1001111110119101×101010001101無效輸出111×101110011001121×110010100011131×11011

9、1001011141×111110001111151×111110000000表2、74LS48功能表 3.1.3、74LS19274LS192是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：操作×××1清零××00置數(shù)110加計數(shù)110減計數(shù)1110保持3.1.4、數(shù)碼管數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，晶美、

10、光電、不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實(shí)都是同樣的產(chǎn)品。數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元，也就是多一個小數(shù)點(diǎn)（DP）這個小數(shù)點(diǎn)可以更精確的表示數(shù)碼管想要顯示的內(nèi)容；按能顯示多少個（8）可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二

11、極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。LED數(shù)碼管引腳定義3.2、各單元電路3.2.1、秒脈沖發(fā)生電路秒脈沖的產(chǎn)生由555定時器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所示。當(dāng)開關(guān)斷開時，兩電阻阻值設(shè)置為20K與62K，使得555定時器產(chǎn)生周期為1s的脈沖；當(dāng)開關(guān)閉合時，電路不能輸出信號，于是沒有脈沖輸入74LS192中，故74LS192在保持狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)暫停功能。3.2.2、倒計時電路24秒倒計時電路。這部分電路的主體部分在時鐘脈沖的

12、輸入情況下工作，下面進(jìn)行具體分析。計數(shù)器的倒計時功能。用兩片74LS192分別做個位（低位）和十位（高位）的倒計時計數(shù)器，將低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖，同時將外界時鐘脈沖信號輸入到個位（低位）的down端，實(shí)現(xiàn)電路的倒計時功能。將兩片芯片的置數(shù)輸入端分別置為“2”與“4”，當(dāng)控制電路給予兩芯片置數(shù)端低電平（有效電平）時，能使其置為“24”。同時將清零端接地。下圖為倒計時電路的具體電路3.2.3、控制電路 停止：我采用十位（高位）的借位輸出端作為停止電路的信號，當(dāng)數(shù)碼管顯示為“00”，即十位（高位）輸出均為低電平時，此時其借位輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，將其與秒脈沖信號發(fā)生電路的輸出端通過

13、一個與邏輯，再通到個位（低位）的down端，此方法截斷了秒脈沖信號，實(shí)現(xiàn)了停在“00”的功能。另外，當(dāng)計數(shù)器正常計數(shù)時，十位（高位）借位輸出端始終保持高電平，當(dāng)其與秒脈沖信號發(fā)生電路的輸出端通過一個與邏輯，再通到個位（低位）的down端，并不影響秒脈沖的輸入。 置數(shù)：利用一個開關(guān)，及一個與非門，與非門一端接高電平，另一端通過一個1k電阻再接高電平，同時接開關(guān)一段，開關(guān)另一端接地。與非門輸出端與兩塊74LS192的置數(shù)端LOAD相連。如圖當(dāng)開關(guān)J2斷開時，置數(shù)端為“1”，置數(shù)端無效，能正常計數(shù)，當(dāng)開關(guān)J2閉合時，置數(shù)端為“0”，置數(shù)端有效，能置為“24”。3.2.4、報警電路當(dāng)電路顯示為“00”

14、時，利用十位（高位）的借位輸出端為“0”實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管及蜂鳴器的工作，同時，由于蜂鳴器的導(dǎo)通電壓有些大，不能與發(fā)光二極管并聯(lián)，因此通過一個與非門與其相連。如圖3.3、總電路圖由555定時器輸出秒脈沖與十位（高位）的借位輸出端經(jīng)過一個與邏輯輸入到計數(shù)器U3的down端，作為減計數(shù)脈沖。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)計到0時，U3的(13)腳輸出借位脈沖使十位計數(shù)器U2開始計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到“00”時，U2的(13)腳輸出借位脈沖輸出一個低電平，與555定時器輸出秒脈沖通過一個與門，從而截斷秒脈沖，使其停在“00”，同時，報警電路工作，發(fā)光二極管亮，蜂鳴器響。當(dāng)J2斷開時，U2、U3置數(shù)端有效，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，再將

15、J2閉合時，U2、U3置數(shù)端無效，開始正常計數(shù)。在計數(shù)過程中，J1閉合時，使555定時器放電端接地，其輸出端無脈沖輸入，從而實(shí)現(xiàn)暫停功能，當(dāng)J1斷開時，又開始正常計數(shù)。此外，可連上一個電源總開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電源通斷。3、 仿真過程與仿真結(jié)果利用Mustisim電路仿真軟件，連好電路，進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)要求。四、安裝與調(diào)試1、電路的安裝按照萬能板的規(guī)格，設(shè)定好各集成芯片的排放位置、測試各芯片是否與面板接觸良好。用異步可逆雙時鐘BCD計數(shù)器74LS192及相關(guān)門實(shí)現(xiàn)定時倒計時電路。當(dāng)檢測出問題后分析其原因，是元器件本身原因還是接線錯誤，更換元件或重新正確接線，保證電路的正確運(yùn)行。2、電路的調(diào)試

16、我在連接電路時，采用部分單元電路檢測的方法，在逐步連接，先檢測秒脈沖信號發(fā)生電路是否能正常輸出1s脈沖，再連接檢測倒計時電路是否正常計數(shù)，最后連上控制電路與報警電路。在連上報警電路時，由于仿真結(jié)果與實(shí)際上會有一些出入，從而導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)電路正常工作。即當(dāng)蜂鳴器與發(fā)光二極管和電阻并聯(lián)時，電路不能停止在“00”時刻，而在仿真中卻是可行的。在實(shí)際中拿掉蜂鳴器后卻是可行的，于是估計是由于蜂鳴器工作后，使其兩端電壓十分接近，以至于不能區(qū)分高低電平，于是，我在蜂鳴器支路上也串聯(lián)一個330歐姆的電阻，此時，電路能停在“00”時刻，可蜂鳴器不工作，估計是加上電阻后達(dá)不到蜂鳴器的工作電壓。最后，我另加一個與非門將

17、蜂鳴器獨(dú)立出來，此時電路能實(shí)現(xiàn)功能。五、結(jié)論與心得課程設(shè)計是一個很好的學(xué)習(xí)平臺，在本次電子技術(shù)課程設(shè)計中，能夠利用所學(xué)的知識設(shè)計一個實(shí)際有用的電子實(shí)物，十分具有意義，能夠做到學(xué)以致用，將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，很好的提升了自我能力。在整個過程中，基本掌握了電路仿真軟件Multisim的使用，能夠在該軟件上設(shè)計一些常用的電路。2、學(xué)會了查閱芯片手冊，掌握一些常用芯片的功能，3、對排版、焊接技術(shù)有了新的見解，我的排版、焊接技術(shù)有了新的提高 。4、提高了自己的動手能力與實(shí)踐。5、在設(shè)計過程中，有效的運(yùn)用所學(xué)知識，認(rèn)真思考以及通過查閱，討論， 請教老師等方式解決了一個個問題，6、在檢測電路的過程中，學(xué)到了不少東西，能夠把握住一些常見的故障并做修改。7、通過同學(xué)之間的相互交流，討論，能夠?qū)W到很多。六、參考文獻(xiàn)1 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分. 北京：高等教育出版社，20062 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)