畢業(yè)設(shè)計論文倒計時定時器電路設(shè)計

1、目錄摘要1第1章 概述1第2章 電路設(shè)計方案12.1 總體電路設(shè)計方案12.2 單元功能模塊設(shè)計12.2.1 秒信號發(fā)生器12.2.260分頻器電路設(shè)計12.2.3 減法計數(shù)器12.2.4 譯碼顯示電路12.2.5 執(zhí)行電路1第3章整機(jī)電路原理1第4章仿真1總結(jié)1致謝1參考文獻(xiàn)1附錄1電路原理圖1附錄仿真圖1摘要本設(shè)計主要由減法計數(shù)器、譯碼顯示器、秒信號發(fā)生器、分頻器、執(zhí)行路等構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)倒計時、定時和控制執(zhí)行電路工作的功能。倒計時計數(shù)末了時，繼電器動作，控制用電器動作。其中時鐘信號是由多諧振蕩器產(chǎn)生的1hz秒脈沖信號，而且秒脈沖信號可以通過分頻器產(chǎn)生出1/60hz的分脈沖信號，然后通過開關(guān)選

2、擇秒脈沖或分脈沖信號通過開關(guān)選擇輸入電路，對倒計時計數(shù)器進(jìn)行觸發(fā)，計數(shù)器由置數(shù)開關(guān)輸入的預(yù)置數(shù)開始進(jìn)行計數(shù)，其中數(shù)字由譯碼數(shù)碼管顯示，直到倒計時末了，產(chǎn)生信號使繼電器工作，從而通過控制開關(guān)控制受控電器的開或關(guān)。所以，此設(shè)計相當(dāng)于構(gòu)造了一個電器的控制開關(guān)，能夠靈活定時電器的工作時間，從而使電器的開關(guān)更加方便。關(guān)鍵詞 計數(shù)器；譯碼器；顯示器；分頻器第1章 概述倒計時計數(shù)器的用途很廣泛。它可以用作定時，控制被定時電器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)定時開或者定時關(guān)，最長定時時間為99分鐘。他還可以用做倒記時記數(shù)，最長記時時間為99秒，而且有二位數(shù)碼管顯示記數(shù)狀態(tài)，可以靈活的對受控電器進(jìn)行定時開關(guān)。倒計時計時器的核心

3、器件是可預(yù)制數(shù)減計數(shù)器ic3、ic4，其初始數(shù)由撥碼開關(guān)s1、s2設(shè)定，其輸出狀態(tài)由bcd碼七段譯碼器ic1、ic2譯碼后驅(qū)動led數(shù)碼管顯示。門電路d1、d2產(chǎn)生秒信號脈沖，以及經(jīng)ic5等60分頻后得到的分信號脈沖。由開關(guān)s4選擇后作為時鐘脈沖送入減計數(shù)器的cp端。當(dāng)按下啟動按鈕s3后，s1、s2設(shè)定的預(yù)置數(shù)進(jìn)入減計數(shù)器，數(shù)碼管顯示出該預(yù)置數(shù)，然后計數(shù)器就在時鐘脈沖cp的作用下減計數(shù)，數(shù)碼管做同步顯示。當(dāng)?shù)褂嫊r結(jié)束，減計數(shù)器顯示為00時，輸出高電平使vt1、vt2導(dǎo)通，繼電器k1吸合，其常開接點(diǎn)k1-1閉合，接通被控電器，被控電器開始工作；其常閉接點(diǎn)k1-2斷開，切斷被控電器，使此工作結(jié)束工

4、作。同時，自帶音源訊響器發(fā)出提示音。在這個數(shù)字化的時代，倒計時定時器隨處可見，在人們的生活和工作中，倒計時定時器的應(yīng)用也越來越廣泛。在醫(yī)學(xué)設(shè)備、在交通方面、比賽場合等，特別是在一些數(shù)字化、智能化設(shè)備上倒計時定時器得到了很好的應(yīng)用。我相信，倒計時定時器的發(fā)展前景會越來越好。第2章 電路設(shè)計方案2.1 總體電路設(shè)計方案用兩個可預(yù)置數(shù)的減計數(shù)器組成兩位十進(jìn)制減計數(shù)器，通過兩個譯碼器譯碼和兩個led數(shù)碼管顯示器顯示，cmos電路組成秒信號發(fā)生器，另外有控制電路，控制器隨著計數(shù)器計數(shù)的狀態(tài)發(fā)生改變，計時期間，用電器開關(guān)斷開，當(dāng)計時完畢時，用電器開關(guān)閉合，整機(jī)電路方框圖如圖2-1所示。譯碼顯示減計數(shù)器進(jìn)行

5、預(yù)置數(shù)60分頻器秒/分選擇秒信號執(zhí)行圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)系統(tǒng)總框圖，本設(shè)計以集成電路芯片為核心。秒信號是由555時基電路組成的多諧振蕩器構(gòu)成的；60分頻器可由cc4002芯片、兩個與門構(gòu)成；倒計時的秒分選擇可利用一個單刀雙擲開關(guān)來實(shí)現(xiàn)；兩位減法計數(shù)器利用兩個cc14522芯片組成；預(yù)置數(shù)采用兩個開關(guān)組來實(shí)現(xiàn)；而譯碼顯示電路也可通過兩個cc14543七段譯碼器和兩個共陰極數(shù)碼管構(gòu)成；執(zhí)行電路可由二極管、三極管、電阻和繼電器組成，執(zhí)行電路工作時由一個訊響器來發(fā)出提示音。電路工作時，可以先預(yù)置倒計時時間并且用數(shù)碼管顯示出來，然后由秒信號發(fā)生器產(chǎn)生秒信號，秒信號通過60分頻器產(chǎn)生分信號，單刀雙擲開

6、關(guān)進(jìn)行分秒信號選擇，然后分或秒信號輸入減法數(shù)器，減法數(shù)器開始動作進(jìn)行倒計時，當(dāng)計時結(jié)束時減法計數(shù)器輸出高電平使執(zhí)行電路工作，同時訊響器發(fā)出提示音2.2 單元功能模塊設(shè)計2.2.1 秒信號發(fā)生器秒信號發(fā)生器可以由門電路、555時基電路等構(gòu)成，在此設(shè)計中，我選用了555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器作電路的秒信號發(fā)生器。多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。cmos組成的

7、多諧振蕩器在此設(shè)計中用于產(chǎn)生秒信號，其原理圖如圖2-2所示。圖2-2 多諧振蕩器電路的工作原理是：接通電源后，555的3腳(out)輸出高電平，其值接近于電源電壓，7腳(dis)內(nèi)的晶體管截止，電源+vcc通過電阻r23、rp1和r24給電容c1充電，電容上的電壓逐漸上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)比較上限2/3vcc時，使555的3腳輸出變?yōu)榈碗娖?，其值接近于電源?fù)極，7腳內(nèi)的晶體管變?yōu)轱柡停娙輈1放電，其電壓開始逐漸下降。當(dāng)2腳（）、6腳(th)的電壓下降到比較下限1/3vcc時，使555的3腳重新輸出高電平，與此同時7腳內(nèi)的晶體管截止，電容重新開始由電源+vcc經(jīng)電阻r23、rp1和r24充電。這樣周而復(fù)

8、始，在555的3腳上輸出矩形振蕩波形。振蕩周期t和頻率f的計算公式如下： f =1/t=1/（r23+rp1+ r24）c1×ln2因此，只要取合適的值，就可以調(diào)節(jié)振蕩頻率。2.2.260分頻器電路設(shè)計在設(shè)計中需要分脈沖信號，而60分頻器主要將輸入的秒脈沖信號轉(zhuǎn)換成分脈沖信號，也就是將秒脈沖信號的頻率縮小60倍，從而得到頻率為1/60的分脈沖信號，提供給電路使其正常工作。分頻器主要芯片是cc4024，其管腳排列如圖2-3所示：圖 2-3 cc4024管腳圖cc4024功能如表1所示：表1 cd4024功能表輸入輸出crq1-q70保持0計數(shù)×1清0cc4024功能如表1所示

9、，當(dāng)cr端輸入高電平時，輸出全部為1（即清0），而cp端輸入脈沖為上升沿時，cc4024輸出保持不變，當(dāng)cp端輸入脈沖為下降沿時，cc4024正常工作，開始分頻。由于輸入信號為1hz頻率，為了得到1/60hz的分脈沖信號，且又能滿足定時要求的脈沖，可采用cd4024二進(jìn)制計數(shù)器/分頻器進(jìn)行分頻。cd4024是由7個t型觸發(fā)器組成的串行二進(jìn)制計數(shù)器/分頻器。復(fù)位端高電平有效，2個輸入端，一個是時鐘cp，一個是復(fù)位清零端，有7個分頻輸出端q1-q7，最大分頻為27=128。本設(shè)計需要一個60分頻電路。由cc4024構(gòu)成的60分頻電路如圖2-4所示：圖2-4 分頻器產(chǎn)生分信號原理圖60分頻器由ic5

10、、d3等電路組成，從上圖的計數(shù)狀態(tài)表現(xiàn)，當(dāng)?shù)?0個秒脈沖信號到達(dá)，計數(shù)狀態(tài)為“0111100”時，與門d3輸出一高電平使ic5清零。計數(shù)狀態(tài)回復(fù)為“000000”，并開始新的一輪計數(shù)，d3輸出信號為輸入信號的1/60，實(shí)現(xiàn)了分頻。如表2所示：表2 cc4024分頻原理輸入脈沖q7q6q5q4q3q2q10000000010000001······················

11、··5901110116001111002.2.3 減法計數(shù)器倒計時定時器的核心是可預(yù)置數(shù)減法計數(shù)器，用于倒計時?？深A(yù)置數(shù)的二位十進(jìn)制減計數(shù)器由二片cc14522二-十進(jìn)制1/n計數(shù)器組成，其管腳圖如圖2-5所示：圖2-5 cc14522管腳圖cc14522計數(shù)器功能表如表3所示：表3 cc14522功能表 cc14522功能如表3所示，當(dāng)cr接高電平cp、ld任意時，不管輸入端輸入何電平，輸出端均輸出低電平；當(dāng)cr接低電平且ld接高電平時，cp、任意時，輸出端電平和輸入端電平相對應(yīng)；當(dāng)cr、ld接低電平cp接高電平，或cr和ld接低電平接高電平cp任意，或cr和ld接低電

12、平cp接高電平輸入時鐘下降沿時，該芯片起保持功能；只有在cr、ld、均接低電平且cp輸入時鐘上升沿時，cc14522芯片才具有計數(shù)功能。兩位減法計數(shù)器原理電路如圖2-6所示：圖2-6 兩位減法計數(shù)器（cc14522）原理圖兩位減法計數(shù)器工作方式：當(dāng)按下啟動按鈕s3時，高電平加至ic3和ic4的pe端，使設(shè)定的預(yù)置數(shù)進(jìn)入計數(shù)器中，然后計數(shù)器就在時鐘脈沖下進(jìn)行減計數(shù)。當(dāng)個位計數(shù)器ic4減到“0000”，再輸入一個時鐘脈沖，就跳變到其最高位“1001”，其中q4端輸入“1”脈沖（可理解為借位信號），使十位計數(shù)器ic4減1，當(dāng)十位，個位都為零時，ic4的 oc 端輸出為1，使個位的端為1，計數(shù)停止。個

13、位計數(shù)器的oc 端為兩位減法計數(shù)器的輸出端。該計數(shù)器的個位，十位分別是 ic4，ic3電路采用正邏輯，即“1”為高電平(vdd)，“0”為低電平(vss)。 cc14522型計數(shù)器的cp端和端均為輸入脈沖端。電路規(guī)定:當(dāng)端接“0”電平時，輸入脈沖應(yīng)加至cp端，且用脈沖的上升沿觸發(fā)；當(dāng)cp接“1”電平時，輸入脈沖應(yīng)加至端，此時用脈沖的下降沿觸發(fā)。選定從cp端輸入脈沖，所以端固定接地為“0”電平，信號發(fā)生器或分頻器輸出的信號作為輸入脈沖加到ic4的cp端。每塊14522的d1d4端是預(yù)置數(shù)輸入端，pe是預(yù)置允許端，高電平有效。cc14522的cr端是復(fù)位清零端.當(dāng)cr=1時，能使計數(shù)器強(qiáng)制清零，計

14、數(shù)電路停止工作。圖中的cr端固定接“0”電平，可使電路循環(huán)工作下去。 計數(shù)器的oc端是全“0”信號輸出端，僅當(dāng)計數(shù)器狀態(tài)為“0000”，且cf為“1”時，oc才輸出“”。cf接高電平，直接與電源相連。由于cf=1，并且計到"0000"狀態(tài)，因此從oc端輸出高電平信號，這個高電平信號，一方面作為第二次置數(shù)信號(pe=1)，另一方面ic3、ic4的oc端通過一個與門相連作為兩個減法計數(shù)器的輸出端，還可以使端強(qiáng)制歸零，計數(shù)器停止工作。計數(shù)器完成預(yù)置后，從個位計數(shù)器開始做減法運(yùn)算。多諧振蕩器的輸出信號是一串脈沖，cp端每輸入一個脈沖，ic4就自動(這是由集成電路內(nèi)部控制的)減1，當(dāng)

15、ic4減到“0000”時，q3端輸出一個高電平傳到ic3的cp端，使ic3自動減1，從而實(shí)現(xiàn)借位功能。2.2.4 譯碼顯示電路cc14543是一片 cmos bcd鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，用于驅(qū)動共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器。具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能，能提供較大的電流，直接驅(qū)動led顯示器。cc14543管腳圖如2-7所示： 圖2-7 cc14543管腳圖如圖 2-7 所示：其中a、b、c、d為 bcd 碼輸入端，d為最低位。dfi為燈測試端，加低電平時，顯示器正常顯示，加高電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器

16、是否有故障。bi為消隱功能端，高電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， b1端應(yīng)加低電平。另外 cc14543有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。le是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰led數(shù)碼管。另外，cc14543顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀。所謂共陰 led 數(shù)碼管是指 7 段 led 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。表3cc14543真值表輸 入輸 出lebi dfid3d2d1d0abcdefg顯示xx1xxxx11111118x10xx

17、xx0000000消隱10000001111110010000010110000110000101101101210000111111001310001000110011410001011011011510001100011111610001111110000710010001111111810010011110011911010100000000消隱11010110000000消隱11011000000000消隱11011010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111xxxx 鎖 存消隱cc14543的鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組

18、成，工作時由傳輸門的導(dǎo)通或截止控制le端的電平狀態(tài)。當(dāng)le為“0”電平導(dǎo)通，tg2截止；當(dāng)le為“1”電平時，tg1截止，tg2導(dǎo)通，此時有鎖存作用。（1）譯碼 cc14543譯碼用兩級或非門擔(dān)任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數(shù) 據(jù)b、c進(jìn)行組合，然后將輸入的數(shù)據(jù)a、d一起用或非門譯碼。 （2）消隱 bi為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使b端輸出為低電平，字形消隱。用cc14522芯片構(gòu)成的譯碼顯示電路如圖2-8所示：圖2-8 譯碼顯示電路兩位減計數(shù)器的輸出狀態(tài)由譯碼顯示電路顯示，便于人們直接觀察。譯碼器電路采用兩片bcd七段鎖存譯碼集成電路cc14543組成，將減計數(shù)器中ic3

19、，ic4輸出端的bcd碼（二-十進(jìn)制8421碼）接入cc14543的a、b、c、d輸入端譯碼后，驅(qū)動七段led數(shù)碼管顯示。由于采用共陰極數(shù)碼管，所以ic1，ic2的dfi端接地。r1-r14為數(shù)碼管限流電阻。cc14543具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，用以驅(qū)動led。2.2.5 執(zhí)行電路執(zhí)行電路當(dāng)?shù)褂嫊r結(jié)束，減計數(shù)器顯示為00時，輸出高電平使vt1、vt2導(dǎo)通，繼電器k1吸合，其常開接點(diǎn)k1-1閉合，接通被控電器，使電器開始工作；其常閉接點(diǎn)k1-2斷開，切斷被控電器，是電器結(jié)束工作。同時；自帶音源訊響器ha發(fā)出提示音。綜上所述執(zhí)行電路可由兩部分組成：一部分是控制電路，一部分是

20、報警電路。 控制電路工作電路如圖2-9所示：圖2-9 控制電路原理圖報警電路如圖2-10所示：圖2-10 報警電路原理圖第3章整機(jī)電路原理根據(jù)對單元電路的設(shè)計，繪制出整機(jī)電路圖如附錄1所示，電路工作原理如下：將單刀雙擲開關(guān)s3置于高電平，ic3、ic4的允許置數(shù)端pe接高平，此時開始預(yù)置數(shù)（預(yù)置數(shù)通過譯碼顯示后直接在數(shù)碼管上顯示）。把s3置于低電平，電路開始工作。由555時基電路產(chǎn)生的秒脈沖信號或由分頻器分頻后產(chǎn)生的分脈沖信號通過開關(guān)s4的選擇使秒脈沖或分脈沖進(jìn)入兩位減法計數(shù)器的cp端。當(dāng)?shù)谝粋€上升沿到來時，兩位減法計數(shù)器開始工作，ic4首先做減法運(yùn)算，并通過譯碼后在數(shù)碼管上做同步顯示。觀察數(shù)

21、碼管，當(dāng)個位減法計數(shù)器ic4減到“0000”時，ic4輸出端的高位q4輸出高電平并且ic4的輸出端跳變到其最高位“1001”，此時q4產(chǎn)生的上升沿輸入到十位計數(shù)器ic3的cp端使ic3自動減1，從而實(shí)現(xiàn)了兩位計數(shù)器的功能。當(dāng)個位計數(shù)器和十位計數(shù)器ic4、ic3都減到“0000”時，ic3和ic4的oc端均輸出高電平，這兩個輸出端通過一個與門輸出一個高電平，一方面這個高電平輸入ic4的端使ic4停止計數(shù)，由于沒有ic4的借位信號輸入，ic3也停止計數(shù)，至此兩位計數(shù)器工作停止；另一方面高電平輸入執(zhí)行電路，三極管vt1和vt2導(dǎo)通，執(zhí)行電路開始工作。vt2導(dǎo)通時繼電器的常閉觸點(diǎn)斷開常開觸點(diǎn)閉合，控制

22、被控電器的開關(guān)；與此同時vt1導(dǎo)通，訊響器發(fā)出提示音，倒計時控制結(jié)束。第4章仿真在仿真軟件multisim10.0中，按附錄1中的原理圖接線。在仿真過程中，為了便于觀察我加入了一個單刀雙擲開關(guān)把兩位減法計數(shù)器由同步變?yōu)楫惒绞狗抡鏁r間大大縮短。秒脈沖如圖5-1所示：圖-秒脈沖信號本設(shè)計控制電器采用執(zhí)行電路來實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行電路仿真如圖5-2所示：圖5-2執(zhí)行電路仿真減法計數(shù)器要求能預(yù)置數(shù)，預(yù)置數(shù)仿真電路如圖5-3所示：圖5-3預(yù)置數(shù)仿真電路總結(jié)隨著期末的到來，課程設(shè)計也接近了尾聲，經(jīng)過兩周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對我所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)

23、現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。此次課程設(shè)計使我重新又學(xué)習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)的有關(guān)知識，電子電路cad，word等常用辦公軟件掌握的更加熟練，以及了解了更多的常用芯片的工作原理與工作方式。在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用