秒计时器电路设计.doc

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1、 数字电路课程设计说明书数字电路课程设计说明书 学院名称： 班级名称： 学生姓名： 学 号： 题 目： 指导教师 姓 名： 起止日期： 目录目录 第一部分：正文部分.1 一、选题背景.1 二、方案论证.1 2.1 功能要求.1 2.2 实现方案.1 三、过程论述.1 3.1 倒计时计数器.2 3.2 秒脉冲产生电路.3 3.3 信号转换器.4 3.4 完整电路图.5 四、结果分析.5 五、结论.7 第二部分：图纸部分.7 一、电路图纸.7 二、元件清单.8 第三部分：参考文献.8 第四部分：指导教师评语.9 第五部分：成绩评定.9 1 第一部分：正文部分第一部分：正文部分 一、选题背景一、选题

2、背景 随着“秒时代”的到来，人们的生活也更加精准和快捷，对计时准确性和 可靠性的要求越来越高。人类社会正处于高度发达的信息化社会，而信息化社 会的进步又离不开电子产品的进步与革新。随着工业水平的飞速发展，在很多 领域需要集成数以万计的电子器件来控制和操作多种繁琐的操作和功能，从而 提高生产的效率，促进经济的发展。计时器在生活中的应用极其广泛，不胜枚 举。诸如各项运动赛事的计时，定时警报，交通信号灯，以及各种航空航天、 智能家居等多领域的计时功能，它已经渗透到了我们生活的大大小小各个方面， 成为科学技术发展不可或缺的重要组成之一。本设计应用基本数字电路知识， 用数码管作倒计时显示，最终实现从 5

3、9s00s 的倒计时功能。 二、方案论证二、方案论证 2.1 功能要求 （1）能够实现从 59 到 00 的 60 秒倒计时计数功能，时间间隔为 1 秒，数 码管显示计数值； （2）提供外部操作开关，控制计数器的开始计数功能； （3）计数器递减计时，到 00 时，发光二极管点亮提示计数结束。 2.2 实现方案 依据功能要求，该秒计数器系统主要应由秒脉冲信号发生器、倒计时计数 电路以及信号转换器组成，原理框图如图 1 所示。秒脉冲信号发生器是该系统 中的倒计时计数电路的标准时钟信号源。倒计时计数器输出一组驱动信号 T0， 然后点亮发光二极管提示计数结束。倒计时计时电路是系统的关键组成部分， 由它

4、来控制信号转换器的工作。 T0 图 1 秒计时器原理框图 三、过程论述三、过程论述 秒脉冲发生器倒计时计数器信号灯转换器 2 3.1 倒计时计数器 该系统核心部分就是倒计时计数器。具体工作方式为：事先置数后，按下 开始开关，显示器显示初始值，然后以每秒减 1 的计数方式工作，直至减到两 个数码管显示的值为“00”时，计数器计数工作停止，并向信号转换器提供 T0 信号，点亮发光二极管，提示计数结束。 倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输 出值。 计数器选用集成电路 74LS192 进行设计。74LS192 是一种典型的高性能、 低功耗 CMOS4 位同步二进制加计数器

5、，除了具有这个功能外还有并行数据的同 步预置功能，时钟脉冲 CLK 是计数脉冲输入端，也是芯片内 4 个触发器的公共 时钟输入端，CLR 为异步清零端，当它为低电平时，无论其输入端为何种状态， 都使片内所有触发器状态置 0，LOAD 为并行置数使能端，当它为低电平时，数 据输入端 D3D0 的逻辑值置入计数器。B0 为借位输出端。CO 为进位输出端。 其功能表如图 2 所示： 表 1 74LS192 功能表 输入输出 MR PL CPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0 10000 00dcbadcba 011加计数 011减计数 3 要实现 60 秒的倒计时，需选用两个 74LS192

6、芯片级联成一个从 99 倒计到 00 的计数器，当清除端 CR 为高电平“1”时，计数器直接清零；CR 置低电平则 执行其它功能。当 CR 为低电平，置数端 LD 也为低电平时，数据直接从置数端 D0、D1、D2、D3 置入计数器。当 CR 为低电平，LD 为高电平时，执行计数功能。 执行加计数时，减计数端 CPD 接高电平，计数脉冲由 CPU 输入；执行减计数时， 加计数端 CPU 接高电平，计数脉冲由减计数端 CPD 输入。因此该电路设计将用 到的计数器由两片 74LS192 同步十进制可逆计数器构成。利用借位输出端 BO 与下一级的 CPD 连接, 实现计数器之间的级联。利用预置数 LD

7、 端实现异步置 数。当 RD= 0, 且 LD= 0 时，不管 CPU 和 CPD 时钟输入端的状态如何, 将使计 数器的输出等于并行输入数据, 即 Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0。例如本设计要求 60 秒倒计时，故预置数为（01011001）2 =（59）10 。电路连接如图 3 所示： 图 2 计时电路 3.2 秒脉冲产生电路 秒脉冲产生电路的功能是产生标准秒脉冲信号，主要由振荡器和分频器组 成。本方案采用 555 定时器与 RC 组成多谐振荡器。555 谐振电路能自发产生一 定占空比的脉冲信号，调整其中 R1、R2 的值，从而得出本实验想要的输入脉冲。 4 接通 VCC 后，VCC

8、 经 R1 和 R2 对 C 充电。当 2 号输入的 VC 上升到 2VCC/3 时，V0=0，T 导通，C 通过 R2 和 T 放电，VC 下降。当 VC 下降到 VCC/3 时，V0 又由 0 变为 1，T 截止，VCC 又经 R1 和 R2 对 C 充电。如此重复上述过程，在输 出端 V0 产生了连续的、周期为 1 秒的矩形脉冲，从而为计时器提供触发信号， 其中，可以通过 R1、R2、C1、C2 来控制放电时间，相关参数计算为： 多谐振荡器的振荡周期 T=0.7*（R1+R2）*C1） 各参数的值为：R1=200K，R2=200K C1=10nF C2=100nF 各参数的值带入上述公式

9、得： T=0.9999s 其电路连接如图 4 所示： 图 3 振荡器电路 3.3 信号转换器 本方案采用三输入与门 74LS11 作为信号转换器，其功能表如下： 5 表 2 74LS11 功能表 输入输出 ABCY LL LL LL HHHH 3.4 完整电路图 图 4 倒计时电路设计 四、结果分析四、结果分析 6 打开 Multisim，连接好电路图后，仿真结果如下： （1）初始置数为“59”，按下开关，开始计数： 图 5 系统开始工作状态图 （2）倒计时直至显示为“00”，发光二极管亮提示计数结束： 图 6 系统结束工作状态图 7 在仿真实验过程中，计时器以每秒减 1 的速度倒计时，并将实

10、时结果显示 在两个数码管上，直到数码管显示“00”，发光二极管被点亮，计时停止。此 过程中系统运行稳定，效果与预想基本吻合，说明该电路的设计是符合该课程 设计的题目要求的，达到了实验目的。在功能拓展上，因为生活中许多方面都 有秒计时器的应用，故可以考虑很多种不同类型的功能设计，比如在此设计的 基础上，构建一个信号灯控制器即可组成交通灯信号控制系统；增加一个蜂鸣 器可组成定时报警系统；加上加、减、保持等操作可组成篮球计时系统等。 五、结论五、结论 在这次课程设计中，我学会了用 Multisim 软件画电路图，而且学会了设计 一些简单的电路图，但是由于所学知识目前仍十分有限，因此对于复杂的电路 理

11、解起来还有很大的难度，对于一些芯片和工具的使用还是不熟练。开始时我 遇到的最大的问题就是选用什么样的元件了，看着这个也能用、却也不会用， 再看那个也是如此。可是经过几次的试验才发现同一个元件不同种用法会更简 单，这也许是对其更深入的了解吧。其次，通过这次的课程设计，让我加深了 对模拟电子技术、数字电子技术的原理的理解。仅仅通过课本和课堂的途径来 汲取知识是远远不够的，自己一定要动手操作。对于那些复杂的电路图，可以 从图中的每一小部分去分析再了解整个电路。虽然耗费的时间比较长，但是最 终设计方案能够完全符合设计要求，让我有了极大的自豪感，也激发了我对这 门课程的热情与兴趣。在以后的日子，更应该着

12、重自己动手能力的提高，专业 本身就是一门需动手操作的，对那些复杂的电路图，一定要敢于去分析，并动 手去操作。但同时，在这次试验中发现了许多自身的不足，如理论知识不扎实， 很多原理都不懂，希望老师在以后的教学中能够更多地结合实际操作来为我们 解答疑难。 第二部分：图纸部分第二部分：图纸部分 一、电路图纸一、电路图纸 8 图 7 完整电路图 二、元件清单二、元件清单 1.74LS192 *22.LM555C *13.74LS11 *1 开关 *1 5.七段数码管 *2 6.发光二极管 *1 7.电阻 *3 8.VCC 5V 第三部分：参考文献第三部分：参考文献 1.王连英基于 Multisim 10 的电子仿真实验与设计. 北京：北京邮电大学出版社， 2009.8； 2.唐小华等. 数字电路与 EDA 实践教程. 北京：科学出版社，2010.8； 3.余孟尝. 数字电子技术基础简明教程（第三版）.北京：高等教育出版社，2006.7。 学生签名： 填表日期： 年 月 日 9 第四部分：第四部分： 指导教师评语指导教师评语 第五部分：成绩评定第五部分：成绩评定 指导教师签名： 填表日期： 年 月 日