秒定時(shí)器設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目：30秒定時(shí)器設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的掌握計(jì)數(shù)器、譯碼器、鎖存器、定時(shí)器等模塊電路的邏輯功能和工作原理，設(shè)計(jì)可預(yù) 置時(shí)間的定時(shí)電路；分析與設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路。畫出30秒定時(shí)器的所有組成電路模塊和整機(jī)邏輯電路圖，掌握定時(shí)器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法，并對各電路模塊和元件的應(yīng)用有 所了解。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、設(shè)計(jì)一個(gè)30秒定時(shí)器，具有數(shù)碼顯示30秒計(jì)時(shí)功能。2、設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)連續(xù)功能。3、計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)間隔為1秒。4、計(jì)時(shí)器遞減到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，顯示器顯示00,并發(fā)出光電報(bào)警。三、整機(jī)框圖30秒定時(shí)器的原理框圖如圖1:外部操作開關(guān)圖1： 30秒定時(shí)原

2、理框圖30秒定時(shí)器主要由秒脈沖發(fā)生器、 控制電路、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器電路和報(bào)警電路五部分組成。計(jì)數(shù)器完成 30秒減計(jì)時(shí)功能，而控制電路是直接控制計(jì)數(shù)器的清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示等功能。操作直接清零開關(guān)時(shí)能夠使計(jì)數(shù)器清零并且使數(shù)碼顯示器顯示 00,當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號CP脈沖信號），同時(shí)計(jì)數(shù)器完成計(jì)數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30秒；當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)：當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)閉合時(shí)，控制電路封鎖時(shí)鐘信號CP計(jì)數(shù)器處于封鎖狀態(tài)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停 /連續(xù)斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器連續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)四、各部分電路設(shè)計(jì)秒脈沖產(chǎn)生電路采用555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。555定時(shí)器是一種多

3、用途集成電路， 應(yīng)用相當(dāng)廣泛，通常只需外接幾個(gè)阻容元件就可以很方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器和 多諧振蕩器。利用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的方法是把它的閥值輸入端TH和觸發(fā)輸入端TR相連并對地接電容C,對電源VDD接電阻R1和R2,然后再將R1 和R2接DIS端就可以了。由555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖產(chǎn)生電路如圖二所示。多諧振蕩器的振蕩周期為：T=0.7（ R1+R2 C=0.7（ 47+2*47） *1000*10*0.000001=987ms=1s2、減計(jì)數(shù)器電路減計(jì)數(shù)電路如圖三，計(jì)數(shù)器 74HC192是具有異步清零、異步預(yù)置功能的雙時(shí)鐘十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器，當(dāng)S3接+5V時(shí)，CR為高電平，計(jì)數(shù)器清

4、零；當(dāng)S3接地時(shí)，CR為低電平、LD為低電平，D0D3端輸入的數(shù)據(jù)d0d3被置入計(jì)數(shù) 器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0當(dāng)CR為低電平、LD為高電平時(shí)，如果 CPD為高電平， 由CPU端輸入計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行加計(jì)數(shù)；如果 CR為高電平，由CPD端輸入計(jì)數(shù)脈沖，則進(jìn)行減計(jì)數(shù)；如果CPD和CPU端都為高電平，計(jì)數(shù)器保持狀態(tài)不變。圖3： 30進(jìn)制減計(jì)數(shù)器用兩片74HC192實(shí)現(xiàn)30秒定時(shí)器的計(jì)數(shù)，如圖三。當(dāng) S3接地（即CR=0，同 時(shí)啟動(dòng)開關(guān)S1合上時(shí)，兩片74HC192的 LD=Q計(jì)數(shù)器置30秒。當(dāng)S1斷開時(shí)， LD=1，計(jì)數(shù)器工作，端CPD輸入秒脈沖時(shí)，進(jìn)行減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到 0時(shí), B

5、O和BQ同時(shí)輸出低電平0。3、譯碼和數(shù)碼顯示電路譯碼器將各級十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行二一十進(jìn)制譯碼，并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管用十進(jìn)制符號顯示出來。如圖四：LE 4511D C B Aa bcde f gY.Y.YYdY.YrY,4511 LEn C 1 A圖4：譯碼和數(shù)碼顯示電路在圖四中，4511為BCD七段鎖存數(shù)碼驅(qū)動(dòng)器，其輸入端 A B C D分別接 計(jì)數(shù)器的輸出端Q0 Q1、Q2 Q3;輸出端ag分別接數(shù)碼顯示器的七段ag。數(shù) 碼顯示器選用七段共陰極數(shù)碼管，顯示器的接地線與地線之間串人一個(gè)限流電 阻，以防止電流過大而燒壞數(shù)碼管。4、時(shí)序控制電路圖5：時(shí)序控制電路減計(jì)數(shù)器電路如圖五，B0和BQ是個(gè)位

6、和十位計(jì)數(shù)器的借位輸出端，S2是 暫停/連續(xù)開關(guān)，開關(guān)S2打向2時(shí)，G3輸出高電平，控制門G4打開，秒脈沖信 號可以通過控制門G4使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減數(shù)計(jì)數(shù)；開關(guān) S2打向1時(shí)，G3輸出低電 平，G4門關(guān)閉，秒脈沖信號被封鎖，計(jì)數(shù)器處于鎖存狀態(tài)。計(jì)數(shù)器進(jìn)行 30秒倒 計(jì)時(shí)后，十位計(jì)數(shù)器和個(gè)位計(jì)數(shù)器同時(shí)借位， B0和BQ均為低電平，控制門 G1 輸出低電平，二極管發(fā)光，同時(shí) G5門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器不再進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示 00.5、整機(jī)框圖整機(jī)電路如圖六所示，當(dāng)開關(guān)S3打到2處，計(jì)數(shù)器74HC1921）和74HC192（2）清零；當(dāng)S3打到1處，計(jì)數(shù)器處于工作狀態(tài)。當(dāng) S1接下時(shí)，計(jì)數(shù)器置30 秒。這時(shí)如將開

7、關(guān)S2打到2處，G3輸出高電平，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)。如將 S2 打到1處，G3輸出低電平，減計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示的數(shù)字不變。如再將 S2打 到2處，則計(jì)數(shù)器繼續(xù)進(jìn)行減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到00時(shí)，BQ和BQ同時(shí)輸出 低電平，控制門G1輸出低電平，發(fā)光二極管發(fā)亮，同時(shí)G5被封鎖，停止減計(jì)數(shù)。7 Jlii匚屮屮軻？, I)EL亠汕nCRj.DC3n； r>. i>圖六整機(jī)框圖s b g： d_ £ITu1中*1T1" 1亠亠L(fēng)Ld|jl.E 4511 丄! D C： Hs V,TDia b < J* rzzzid451 I6元件清單元件名稱型號數(shù)量電阻720歐姆

8、1510K歐姆547K歐姆2電容0.1uF110uF1定時(shí)器5551顯示器共陰數(shù)碼管2計(jì)數(shù)器74HC1922譯碼器CD45112非門74HC041二輸入與非門74HC001發(fā)光二極管1開關(guān)3五、調(diào)試要點(diǎn)1、用示波器觀察555定時(shí)器經(jīng)分頻后得到的一個(gè)秒脈沖。2、時(shí)序控制電路調(diào)試：將開關(guān) S2打向2側(cè)，秒脈沖信號加入到控制門 G4輸入 端，用示波器觀察G5輸出端是否有秒脈沖輸出。3、30秒減計(jì)數(shù)器的調(diào)試將開關(guān)S2和S3打到1側(cè)。按一下啟動(dòng)開關(guān)S1時(shí)，計(jì)數(shù)器值30，顯示器應(yīng) 顯示30秒。B0和BO端輸出高電平，G1輸出高電平，發(fā)光二極管不發(fā)光。秒脈 沖信號加入到計(jì)數(shù)器的"端，看計(jì)數(shù)器能否正

9、確進(jìn)行減計(jì)數(shù)。開關(guān) S2打向2 側(cè)，減計(jì)數(shù)器是否清零。4、整機(jī)調(diào)試連接好整機(jī)電路，進(jìn)行整個(gè)電路調(diào)試，直到定時(shí)器能夠?qū)崿F(xiàn)30秒正計(jì)時(shí)和倒計(jì)時(shí)。六、性能測試與分析性能測試在面包板上焊接定時(shí)器，焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按圖連接引腳，注意走線整齊，布局 合理，器件的懸空端、清零端、置 1端要正確處理。調(diào)試步驟和方法如下：1、用示波器檢測秒脈沖電路輸出頻率為 1Hz。2、 接通電路：S3打向1端，S打向2端，S合上。此時(shí)觀察，顯示器示數(shù) 為30； S打向2時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。3、當(dāng)30秒計(jì)數(shù)完成后，二極管發(fā)光，顯示器示數(shù)為 0-0。說明此電路功能完好性能分析：秒脈沖電路輸出1Hz脈沖信號到時(shí)序控制電路。S2打向2時(shí)

10、，G3輸出高電 平，控制門G4打開，秒脈沖信號可以通過控制門G4使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)；開關(guān) S2打向1時(shí)，G3輸出低電平，G4門關(guān)閉，秒脈沖信號被封鎖，計(jì)數(shù)器處于鎖存 狀態(tài)。計(jì)數(shù)器進(jìn)行 30 秒倒計(jì)時(shí)后，十位計(jì)數(shù)器和個(gè)位計(jì)數(shù)器同時(shí)借位，BO1 和BO均為低電平，控制門G1輸出低電平，二極管發(fā)光，同時(shí) G5門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器 不再進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示 00。當(dāng)秒脈沖信號通過時(shí)序控制電路進(jìn)入計(jì)數(shù)器輸入端時(shí)， CPu 置高電位，此時(shí) 用兩片74HC192實(shí)現(xiàn)30秒定時(shí)器的計(jì)數(shù)。當(dāng)S3接地（即CR=0，同時(shí)啟動(dòng)開關(guān) S1合上時(shí)，兩片74HC192的 LD=Q計(jì)數(shù)器置30秒。當(dāng)S1斷開時(shí)，LD=1,計(jì)數(shù) 器工作，CP端輸入秒脈沖時(shí)