1、鄭州科技學院數字電子技術課程設計任務書專業(yè)自動化班級一班 學號xxxxx 姓名 xxxx 一、設計題目 30秒定時器 二、設計任務與要求1. 倒計時定時器，計數時間間隔1秒。2. 用數碼管顯示計數值。3. 可以復位和暫停。4. 計時結束后報警。三、參考文獻1 江曉安，董秀峰. 數字電子技術. 西安：西安電子科技大學出版社，20082 王毓銀. 脈沖與數字電路（第3版）. 北京：高等教育出版社，19993 謝自美. 電子線路設計、實驗、測試，第二版. 武漢：華中科技大學出版社，20004 陳明義. 電子技術課程設計實用教程. 長沙：中南大學出版社，2010四、設計時間 年 月 日 至 年 月 日

2、指導教師簽名： 專業(yè)負責人簽名： 年 月 日材料分享#鄭州科技學院數字電子技術課程設計題 目 30秒定時器 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 院 （系） 電氣工程學院 指導教師 完成時間 目 錄1 設計目的12 設計思路13 設計過程13.1 方案論證13.2 電路設計24 系統(tǒng)調試與結果105 心得體會116 參考文獻12附錄1 原理圖13附錄2 實物圖14附錄3 元器件清單151 設計目的（1） 熟悉集成電路的引腳安排。（2） 掌握芯片的邏輯功能及使用方法。（3 ）了解電路板結構及其接線方法。（4） 了解30秒定時器的組成及工作原理。（5） 熟悉30秒定時器的設計與制作。2 設計思路本次設計電路

3、需要設計一個具有30秒倒計時功能的電路，計數時間間隔一秒，并且在倒計時過程中可以對電路進行暫停、繼續(xù)和重置的功能，在倒計時結束時，即數碼管顯示00后，發(fā)出相應的報警信號。我們可以用555定時電路構成的多諧振蕩器來產生頻率為10Hz的脈沖，即輸出周期為0.1秒的方波脈沖，將該方波脈沖信號送到計數器74LS192的CP減計數脈沖端,再通過譯碼器74LS48把輸入的8421BCD碼經過內部電路“翻譯”成七段（a，b，c，d，e，f，g）輸出，顯示十進制數，然后在適當的位置設置開關或控制電路即可實現(xiàn)計數器的直接清零，啟動和暫停/連續(xù)、譯碼顯示電路的顯示與滅燈及光電報警等功能，本次電路用一個發(fā)光二極管作

4、報警信號。3 設計過程3.1 方案論證30秒倒計時的總體方框圖如圖3-1所示圖3-1 總體電路框圖30秒定時器主要有秒脈沖發(fā)生器、控制電路、計數器、譯碼顯示和報警電路四部分組成。計數器完成30秒減計時功能，而控制電路是直接控制計數器的清零、啟動計時、暫停/繼續(xù)計數、譯碼顯示等功能。當操作直接清零開關時能夠使計數器清零并且數碼顯示00；當啟動計數時，計數器完成置數功能，數碼顯示30并開始遞減；當暫停開關閉合時，控制電路封鎖時鐘脈沖信號，計數器處于封鎖狀態(tài)，停止計數，當暫停開關斷開時，計數器繼續(xù)計數；當計數結束時，數碼管顯示00，報警電路接通，即發(fā)光二極管發(fā)光。秒脈沖發(fā)生器可以產生電路的時鐘脈沖和

5、定時標準的信號，用555定時電路作為秒脈沖發(fā)生器，555定時器結構簡單，使用靈活，用途廣泛，可以組成多種波形發(fā)生器多諧振蕩器定時延時電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器報警電路檢測電路頻率變換電路等。3.2 電路設計(1) 計數器模塊電路計數器是一個用以實現(xiàn)計數功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進行計數，還常用做數字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數字運算以及其他特定的邏輯功能。本實驗中計數器選用中規(guī)模集成電路74LS192進行設計，74LS192是異步、可預置的十進制加法/減法計數器，它采用8421BCD碼二-十進制編碼，其功能表如表3-1所示。 表31 74LS192的功能表CPUCPDLDCR操作0

6、0置數110加計數110減計數1110保持1清零由此看出,當LD=1,CR=0,CPD=1時,如果有時鐘脈沖加到CPU端,則計數器在預置數的基礎上進行加法計數,當計數到9時,CO端輸出進位下降沿跳變脈沖；當LD=1，CR=0，CPD=1時，如果有時鐘脈沖加到CPD端，則計數器在預置數的基礎上進行減法計數，當計數到0時，BO端輸出借位下降沿跳變脈沖。由此設計出三十進制減法計數器，具體電路圖如圖3-2所示。圖中QA QD 分別接七段譯碼器的四個輸入端。LOAD為預置輸入控制端，低電平有效 ，CLR為異步清零端，高電平有效。由于本次電路需要計數器進行減法運算，所以74ls192中的UP端即CPU加計

7、數時鐘輸入端需要一直處于高電平，所以UP端直接和電源相連。圖中的CLR即為74ls192芯片的MR清零端，所以要一直接低電平，電路中直接接地。圖中預置數為（0011 0000）8421BCD=（30）10 。當低位計數器的借位輸出端BO輸出借位脈沖時，高位計數器才開始進行減法計數。當計數到高、低位計數器都為零時，高位計數器的借位輸出端BO輸出借位脈沖，使置數端LD=0，則計數器完成計數，相應的報警電路導通。圖中第二個計數器的DOWN即CPD減計數時鐘輸入端需要連接相應的脈沖信號，以控制計數器的正常工作。U574LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11

8、BO13CO12CLR14U774LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14VCC5VJ3Key = Space圖3-2 計數器電路 74LS192的管腳圖和功能如圖3-3所示圖3-3 74ls192管腳排列及邏輯符號 經查閱資料得：CPU等同于在Multisim軟件中的UP端，即表示加計數時鐘輸入端；CPD等同于在Multisim軟件中的DOWN端，即表示減計數時鐘輸入端。PL表示預置輸入控制端，異步預置，等同于LOAD端。TCU為進位輸出，等同于CO；TCD為借位輸出，等同于BO。（2） 秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器產生的信號

9、是電路的時鐘脈沖和定時標準，秒脈沖信號輸入到計數器的減計數時鐘輸入端，完成計數的功能。秒脈沖可以由555定時器電路組成的多諧振蕩器提供。555定時器是一種模擬和數字相混合的集成電路，其結構簡單，使用靈活，用途廣泛，可以組成多種波形發(fā)生器多諧振蕩器定時延時電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器報警電路檢測電路頻率變換電路等。通常只需在555定時器外接幾個阻容元件就可以很方便的構成施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。用555定時器構成多諧振蕩器電路如圖3-4a所示，多諧振蕩電路是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源后不需要外加觸發(fā)信號，電路狀態(tài)能夠自動地不斷變換，產生矩形波的輸出，如圖3-5所示的示波器輸出。電路中有兩個暫穩(wěn)

10、態(tài),利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uO逐漸升高,升到2VCC/3時,uO跳變到低電平,放電端D導通,這時,電容器C通過電阻R2和D端放電,使uO下降,降到VCC/3時,uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán),振蕩不停, 電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電,輸出連續(xù)的矩形脈沖,其波形如圖3-4b所示。8 476 555 321 5R1R2ucC+VCCuo0.01Ftuo0tw2tw1tuc0T（a）5555555（b）圖3-4 555 構成的振蕩電路及其波形圖3-5 555定時器發(fā)出的矩形波輸出信號uO的脈寬tW1、tW2、

11、周期T的計算公式如下: tW10.7(R1R2)C (3-1)tW20.7R2C (3-2) TtW1tW20.7(R12R2)C (3-3)根據要求，該系統(tǒng)中要使555構成的多諧振蕩電路產生10Hz的脈沖，因此我們可以令R1= 47k，R2= 47k，C= 0.1uF，得到周期T=0.7(47+2X47)X0.01=0.987 S，按照圖3-6連接的電路就可以產生10Hz的方波脈沖，即時間為一秒。圖3-6 秒脈沖發(fā)生器電路在實際電路中我們用NE555定時器芯片，其管腳排列圖如圖3-7所示圖3-7 NE555定時器芯片管腳圖經查閱資料可得圖中各引腳代表為：1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復位

12、5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8電源電壓Vcc 。（3） 控制電路 控制電路即要滿足對電路的啟動、暫停、繼續(xù)、重置的功能，其中電路的啟動和重置要結合74ls192的預置端，當預置端LOAD接低電平時，電路時鐘輸入封鎖，完成預置，顯示30，所以此時秒脈沖對計數器無效，只有LOAD為高電平時，74ls192才接受脈沖，開始減數。利用這一特性，用一個單刀雙擲開關即可完成電路的預置和啟動的功能。另一部分，在電路運行過程中，要對電路進行暫停和繼續(xù)的操作，也就是說不影響秒脈沖的產生，而只是暫時讓計數器接受不到傳過來的秒脈沖。由此可以想到用一個與門電路連接秒脈沖的輸出和控制電路，當執(zhí)行暫停操作時，控制

13、電路輸出低電平，則與門輸出為低電平，此時計數器接收不到脈沖信號而停止工作；當執(zhí)行繼續(xù)操作時，控制電路輸出高電平，與門輸出則為高電平，計數器接受脈沖信號，繼續(xù)進行計數工作。由于由與非門構成的基本RS觸發(fā)器有直接置零端和直接置一端，因此可以用基本的RS觸發(fā)器來完成本部分的控制電路。電路連接圖如圖3-8所示，74ls00為與非門，74ls08為與門，Q點即為基本RS觸發(fā)器的輸出端。此時也需要一個單刀雙擲開關，控制兩個輸入端。圖 3-8 暫停/繼續(xù) 控制電路（4）譯碼顯示電路計數器的計數結果要通過譯碼顯示電路才能顯示出來，譯碼顯示電路通常由譯碼器、驅動器和顯示器等部分構成。本次電路中我們用發(fā)光二極管（

14、LED）組成字型數碼管來來顯示數字。這種數碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數碼管或LED七段顯示器。因為計算機輸出的是BCD碼，要想在數碼管上顯示十進制數，就必須先把BCD碼轉換成 7 段字型數碼管所要求的代碼。我們把能夠將計算機輸出的BCD碼換成 7 段字型代碼，并使數碼管顯示出十進制數的電路稱為“七段字型譯碼器”。因此我們采用了常用的74LS48作為電路中的譯碼器。圖3-9是74LS48的外部管腳圖圖3-9 74ls48管腳圖由于七段顯示譯碼器74ls48輸出高電平有效，所以用共陰極數碼管。該七段顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。其中BI/RBO為滅燈輸入端，

15、當BI=0時，無論輸入什么電平，所有字段均不顯示；LT是試燈輸入端，當LT=0時，BI/RBO是輸出端，且BI/RBO=1，所有各段輸出ag均為1，顯示字形8 。RBI為動態(tài)滅燈輸入，當LT=1，RBI=0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應的字形8熄滅，故稱“滅零”;RBO為動態(tài)滅零輸出，BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當LT1且RBI0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數字時，多個譯碼器之間的連接。 譯碼顯示部分的電路如圖3-10所示，數碼管為共陰極，在數碼管的公共接

16、地端串聯(lián)一個穩(wěn)壓二極管，以達到保護數碼管的作用。按圖示電路連接好數碼管和譯碼器的各個對應引腳，完成譯碼顯示的部分電路設計。圖3-10 譯碼顯示電路（5）報警電路當計數器遞減計數到零時 , 控制電路應發(fā)出報警信號 , 使計數器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路工作，如圖3-11所示。當計數到零時,兩計數器借位端輸出多為低,故本設計將高位片借位BO反饋到二極管負極性端,此時+5V電源經電阻使發(fā)光二極管發(fā)出光電報警信號,完成報警功能,而在遞減計數時,高為片借位端輸出為高電平,二極管不報警。圖3-11 報警電路4 系統(tǒng)調試與結果 按照設計好的電路圖，先在Multisim軟件中進行電路仿真，調節(jié)好各部分的

17、參數，仿真成功后，進行元器件的選擇，然后焊接電路。焊接時以單元電路為基準，一部分一部分的焊接，特別注意各個芯片引腳之間的焊接。單元電路焊接好后，應該先認真的進行通電前的檢查。檢查電路中元器件是否接錯，電源對地是否短路，芯片驅動電源是否連接，連線是否正確。確認無誤后方可通電。實驗經仿真軟件Multisim仿真無誤后，經過一天的電路焊接，初步檢查無誤，然后通電，第一次發(fā)現(xiàn)電路短路，于是用萬用表測量單元電路，找到短路的部分后進行修改，修改后電路接通，但是數碼管顯示的數正好與預置的數譯碼后對應相反，即本來顯示00，結果顯示-，于是猜測數碼管接反。經對74ls48輸出端測量后，發(fā)現(xiàn)其輸出高電平，對應的數

18、碼管應該為共陰極。而我們焊接在電路中的數碼管經測量為共陽極。這是由于購買元器件的時候一時疏忽，沒有注意到這個問題。后經調換安裝后，數碼管只能顯示兩種狀態(tài)，一個是預置的數30，一個是結束的時候顯示00，并且二極管發(fā)光。也就是說，電路沒有中間的狀態(tài)，即計數器接收不到秒脈沖發(fā)出的脈沖信號。于是提出猜測計數器能夠置數，且二極管能夠導通，證明計數器和譯碼電路沒有錯。只有可能是控制電路和555定時器電路有問題。經過測量555輸出有方波，且RS觸發(fā)器能正常輸出。這就不對了，我們測量的電路沒有問題，電路連接也不錯，可為什么就是不能正常工作呢？帶著這些疑問，我們找到了老師，經過和老師的探討和檢查測量以后，發(fā)現(xiàn)用

19、于置數的輸入端A B端，本來應該AB端連接在一起和兩個計數器的UP端串聯(lián)后一直接高電平，即直接接到電源正極，而我們的電路卻經過了單刀雙擲開關，導致開關按下顯示00，按上則置數30. 后經過修改后，又陸續(xù)更改了幾處錯誤后，電路終于正常工作了。5 心得體會 數字電子技術是電子類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課，本周進行的數字電子技術課程設計不僅是對課本上理論知識的鞏固和加深，同時也是對我們專業(yè)技能的一種提升。為期一周的課程設計，讓我們深深的認識到了自己的不足，我們動手能力的欠缺，對知識的掌握不深，以及對實際電子元器件的不了解。當我們面對選題的時候，覺得都沒有什么難度，利用所學的知識很容易實現(xiàn)。比如，

20、我們的選題為30秒定時器的設計，看到這個題目，我立馬想到了數字電子技術課上老師講到的計數器，可以用一個計數器和譯碼顯示電路將電路設計出來?？墒钱斘艺嬲佑|到這個電路的設計時，才了解實際遠比我想象的要復雜得多，先說計數器要選擇具有減法功能的可逆計數器，然后是譯碼電路，要根據所選譯碼器的型號配對合適的數碼管，比如74ls47要連接共陽極的數碼管，而74ls48則要連接共陰極的數碼管，千萬不能搞錯，還有脈沖信號、控制電路等好多細節(jié)問題要解決。因此，整個課程設計過程中顯得時間非常緊張，有大量的工作要做。我們小組有四個人，大家合理分工，有負責查閱資料的，有負責分析電路的，有負責購買元器件的，還有負責焊接電路的。最后大家齊心協(xié)力，在規(guī)定時間內完成了電路的仿真，焊接