电子技术课程设计--倒计时器的设计.doc

课程设计名称： 电子技术课程设计

题 目： 倒计时器

学 期：2013-2014学年第2学期
专 业：自动化
班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师：

11

课程设计任务书

一、设计题目

倒计时器的设计

二、设计任务
显示两位数倒计时，如99到1
1.当到9时喇叭自动响0时结束
2.用LED数码管显示结果
3.可以实现预置数功能

三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天：针对选题查资料，确定设计方案；
第2天：方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择；
选用芯片参考：减法器、74160A、74LS48、LED数码管、74190等。
第3～4天：利用Multisim或PROTUES电路仿真，画电路原理图；
第5天：编写整理设计报告。

四、设计要求
1. 画出整体电路图（Protel或Altium Designer或Multisim，推荐Altium Designer）。
2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。
3. 写出设计报告书。

指 导 教 师：
时 间：

摘要

倒计时器在日常生活中应用比较广泛，比如篮球比赛是用的30秒倒计时，还有交通灯使用的60秒倒计时等等，但是这些倒计时器仅用在特定的场合，通用性比较差。为此，本文通过简单的数字逻辑电路器件，搭建成了可以实现预置数功能的倒计时器。本次设计的倒计时器主要由六个模块构成：置数电路、脉冲发生器、计数器、显示电路、控制电路和报警电路。用拨码开关和74LS147D优先编码器实现置数，用两片74LS192D连成100进制减法计数器并通过555定时器构成多谐振荡电路提供脉冲，LED数码管显示，当倒计时记到09时用蜂鸣器实现报警直到00结束，最后通过控制电路实现倒计时器的置数、暂停、清零。
本倒计时器可以实现任意两位数的倒计时，实时性强，可操作性好，较好的解决了目前倒计时器通用性差的问题。
关键词：倒计时器；LED；报警；控制

目录

综述 1
1方案设计与分析 2
1.1设计原理 2
1.2设计方案 2
1.3电路设计框图 3
2单元电路设计 4
2.1置数电路 4
2.1.1电路组成 4
2.1.2工作原理 4
2.2计数器电路 5
2.3显示电路 5
2.4脉冲发生电路 6
2.4.1 555定时器 6
2.4.2用555定时器构成多谐振荡器 6
2.5报警电路 7
2.6控制电路 8
3总体电路仿真 9
设计体会 10
参考文献 11

综述
倒计时器在人们日常生活中应用广泛，为人们提供了很大的便利，倒计时器的样子和功能也多种多样。我设计的倒计时器由置数电路、计数器、脉冲发生器、显示器、控制电路、报警电路组成。由数码管显示器来显示计数器所输出的信号。采用了74LS系列中小规模集成芯片。先通过555定时器构成多谐振荡电路输出脉冲，再通过74LS192芯片来实现倒着计数的功能，在置数端置成需要的数，最后把输出连接到LED数码管上显示数字。我设计的倒计时器主要是要完成倒计时任务，其具体实现的功能有：显示两位数倒计时，如99到1;当到9时喇叭自动响0时结束;用LED数码管显示结果;可以实现预置数功能，暂停/开始功能，清零功能。可以用作任意两位数的倒计时并实现其一系列功能。

1 方案设计与分析
1.1 设计原理
我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的减计数脉冲端，输出端通过LED数码管显示十进制数，在74LS192的四个输入端接74LS147的输出，在74LS147的输入用拨码开关输入，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、显示电路的显示，置入任意两位数作为计数起点，以及报警等功能。
1.2 设计方案
在此，提出两种方案，主要是置数电路和计数器，方案一：置数电路可以直接用开关输入计数器高低电平，表示二进制数，如图1-1：计数器采用74LS190级联成100进制减法计数器。方案二：采用拨码开关，和74LS147优先编码器，进行置数，将74LS147输出，经反相器取反，输入计数器，如图1-1：计数器采用74LS192级联成100进制减法计数器。
方案一，置数开关能置入0到15的十进制数，但是仅需要置入0到9即可，还有开关有机械抖动，可能会使置数不稳。74LS190作为计数器实现直接置零不是很方便，需要占用置数功能。方案二可以很好的弥补方案一的缺陷，所以选择方案二。

图1-1
1.3 电路设计框图
脉冲发生器
计数器
计数器
十位显示
个位显示
报警电路
控制电路
置数电路

图1-2 设计原理框图

2 单元电路设计
2.1 置数电路
2.1.1 电路组成
由9位拨码开关、74LS147，74LS04组成。将开关组一端与VCC连接，另一端与74LS147的九个输入端连接。74LS147输出端分别连接4个非门。开始时开关全部闭合，非门输出0000，然后开关依次从上往下断开，非门依次输出0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，对应着十进制数从1到9。（电路如图2-1所示）

图2-1置数电路
2.1.2 工作原理
74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。
74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421 BCD编码。当9个输入全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421 BCD编码输出。
2.2 计数器电路
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。本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。
按照课程设计任务书要求计数器。我们将用两片74LS192级联成100进制减法计数器如图2-2

图2-2计数电路
2.3 显示电路
显示电路用DCD_HEX数码管显示器（自带译码器的7段数码管）显示十进制数字，它有四个输入端，可以直接接入到192四个输出端上。

图2-3显示电路
2.4 脉冲发生电路
2.4.1 555定时器
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。
2.4.2 用555定时器构成多谐振荡器
用555定时器构成多谐振荡器电路。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC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uC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。即按照图2-4连接的电路就可以产生1Hz的方波脉冲。

图2-4 555定时器构成的多谐振荡电路
2.5 报警电路
任务要求在倒计时器倒计时到9秒时发出警报，当倒计时到0时报警结束。因次我们可以将192的输出端按照图2-5连接，当192的高位到低位输出0000 xxxx 时（即倒计时到9秒时）开始报警，当输出0000 0000时报警结束。

图2-5 报警电路
2.6 控制电路
暂停/连续控制：当暂停/开启开关打到低电平时计时器暂停，当开关打到高电平时计时器正常计时。
清零控制：当开关接高电平时，电路清零，显示清零。电路连接如图2-6

图2-6 控制电路

3 总体电路仿真
本倒计时器由5个模块组成：时钟模块（即秒脉冲发生模块）、计数模块、显示模块、控制模块和报警电路。总体仿真电路如下图3-1。打开仿真软件Multisim 10.0按要求在Multisim 10.0里连接好如图所示的电路点击仿真按钮，进行仿真，在脉冲发生电路仿真中我们可以用示波器来观察产生的脉冲是否为1Hz。最后的仿真结果是：计时器可以从任意置入的一个两位数开始倒计时，并在计时显示09时，蜂鸣器鸣响，显示00时，报警停止。按下暂停/启动开关，可以暂停启动计数，按下清零，时计数清零，按下置数开关，并拨动拨码开关，可以实现置数功能。

图3-1 总体仿真电路图

设计体会
通过这次设计，我掌握了74LS192、74LS04、74LS32、74LS147等芯片的原理，简单了解了倒计时器的电路原理，初步掌握了两位倒计时器的设计、调试及测试方法，提高设计电路，改进电路的能力，巩固了已学的理论知识，建立数字电子技术理论和实践的结合，了解两位倒计时器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、组织两位倒计时器的各个单元电路。
在实验中，出现问题是难免的。重要的是分析问题，找出出现问题的原因，从而解决它。一般的说，有四个方面的原因产生问题（故障）：器件故障、接线错误、设计错误和测试方法不准确。在查找故障过程中，首先要熟悉经常发生的典型故障。
（1）器件故障器件故障是器件失效或器件接插问题引起的故障，表现为器件工作不正常。这需要更换一个好器件。
（2）接线错误是最常见的错误。据有人统计，在教学实验中，大约70%以上的故障是由接线错误引起的。常见的接线错误包括忘记接器件的电源和地；连接线和插孔接触不良连线经多次使用后，有可能外面的塑料包皮完好，但内部线断；连线多节、漏接、错接；连线过长、过乱造成混乱。
（3）设计错误自然会造成与预想的结果不一致。原因是对实验要求没有看透，或者对所用器件的原理没有掌握。因此实验前一定要理解实验要求，掌握实验线路原理、精心设计。初始设计完成后一般应付对设计进行优化。最后画好逻辑图以及接线图。
（4）测试方法不正确如果不发生前面所述三种错误，实验一般会成功。但有时测试方法不正确也会引起观测错误。例如，一个稳定的波形，如果用示波器观测，而示波器没有同步，侧造成波形不稳定的假象。因此要学会正确使用所有仪器、仪表。
这次课程设计提升了我的应用意识，提高了我的动手能力。只有在实践应用中，切身感悟书本里的思想，解决自身需要，才能真正吸收优秀的思想为自己所用。我感触最深的就是查阅了大量的设计资料。为了让自己的设计更加完善，我们需要了解大量的技术信息，芯片种类。比如这次用74LS147设计置数电路。摒弃了使用二进制置数的弊端。大量的设计资料文献，能让我们所想的功能和电路成为现实，是我们顺利完成设计任务的保证。

参考文献
[1] 阎石；清华大学电子学教研组.数字电子技术基础[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.
[2]董玉冰.Multisim 9在电工电子技术中的应用[M].第一版.北京：清华大学出版社，2008.
[3]王冠华.Multisim 10 电路设计及应用[M].第一版.北京：国防工业出版社，2008.
[4]范文兵.数字电子技术基础[M].第一版.北京:清华大学出版社，2007.
[5]杨志忠.数字电子技术[M].第二版.北京：高等教育出版社2007.