?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)-30S定時器電路實(shí)現(xiàn)

1、30秒定時器電路實(shí)現(xiàn)摘要隨著時代的進(jìn)步，電子行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，定時器的應(yīng)用也越來越發(fā)廣泛。但傳統(tǒng)的定時器都是發(fā)條驅(qū)動方式、電機(jī)轉(zhuǎn)動式或電鐘式等機(jī)械定時器。電子定時器相對傳統(tǒng)定時器來說，體積小、重量輕、造價輕、精度高、壽命長、而且安全可靠、調(diào)整方便，適于頻繁使用。滿足對電器的電源進(jìn)行控制，同時要方便用戶對電子定時器的操作，具有廣闊的應(yīng)用前景，并開始得到廣泛應(yīng)用。本論文詳細(xì)介紹了定時器的發(fā)展前景、基本原理，并從實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行計(jì)數(shù)器、譯碼器和主芯片的選型，設(shè)計(jì)出一種基于555定時器的30秒定時器，最大時間能達(dá)到30S。本論文還介紹了555定時器的結(jié)構(gòu)特征、控制方法，以及定時的過程，秒脈沖發(fā)生器、時

2、序控制電路、74HC192為計(jì)數(shù)器、LED七段數(shù)碼管為數(shù)碼顯示器和譯碼顯示電路構(gòu)成的30秒定時器的電路組成、工作原理作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞:555定時器;時序控制電路;74HC192;譯碼顯示電路目錄第一章 前言1第二章 定時器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1第三章 定時器23.1 555定時器概述23.2 555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)33.2.1電阻分壓器33.2.2電壓比較器43.2.3基本RS觸發(fā)器43.2.4放電管和輸出緩沖器43.3 555定時器的基本邏輯功能43.4 555定時器的應(yīng)用舉例53.4.1 構(gòu)成施密特觸發(fā)器53.4.2 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器73.4.3 構(gòu)成多諧觸發(fā)器9第四章 模塊電路設(shè)計(jì)104.1秒

3、脈沖電路104.2減計(jì)數(shù)電路114.3譯碼和數(shù)碼顯示電路124.3.1譯碼器124.3.2數(shù)字顯示譯碼器124.4時序控制電路144.4.1時序邏輯電路概述144.4.2時序控制電路144.5整機(jī)框圖電路15第五章 系統(tǒng)調(diào)試165.1系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)165.2系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果16第六章 性能測試與分析17第七章 結(jié)論18謝辭19參考文獻(xiàn)203第一章 前言隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，以及教育體系的不斷更新，社會用人單位對高校人才培養(yǎng)模式提出了更高的要求。復(fù)合型、創(chuàng)新型、實(shí)用型人才日益受到用人單位的青睞?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)是近代科學(xué)發(fā)展的一個重要手段。電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知

4、識和實(shí)踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個環(huán)節(jié)。在許多領(lǐng)域中計(jì)時器均得到了普遍的應(yīng)用，諸如在體育比賽、定時報警器、及家用電器的計(jì)時功能、交通信號燈等等，由此可見定時器在現(xiàn)代社會中的重要性。第二章 定時器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案30秒定時器的原理框圖如圖2-1：圖2-1 30秒定時器原理框圖30秒定時器主要由秒脈沖發(fā)生器、控制電路、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器電路四部分組成。技術(shù)器完成30秒減計(jì)時功能，而控制電路是直接控制計(jì)數(shù)器的清零、啟動計(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)時能夠時計(jì)數(shù)器清零并且使數(shù)碼顯示器顯示00，當(dāng)啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘信號CP（脈沖信號），同時計(jì)數(shù)器

5、完成計(jì)數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30秒；當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)：當(dāng)暫停/連續(xù)開關(guān)閉合時，控制電路封鎖時鐘信號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，計(jì)數(shù)器連續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。第三章 定時器定時器電路在數(shù)字電路中有著廣泛的應(yīng)用，既可以用于脈沖的產(chǎn)生，也可以用于電路的控制與檢測。集成定時器的典型代表是555定時器，它將模擬電路和數(shù)字電路集成與一體，可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，并且?guī)ж?fù)載能力較強(qiáng)。3.1 555定時器概述555定時器是一種電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。只要外部配接少數(shù)幾個阻容元件便可組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、

6、多諧振蕩器等電路。國內(nèi)外生產(chǎn)的555定時器有雙極型產(chǎn)品，也有CMOS產(chǎn)品。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，雙極性555定時器為5V16V，CMOS555定時器為318V，輸出驅(qū)動電流約為200mA，因而其可以提供與TTL及CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平。555定時器還可輸出一定的功率，可驅(qū)動微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。它在脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測量與控制、家用電器與電子玩具等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。555定時器可以分為兩類：雙極型定時器：例如5G1555；CMOS定時器：

7、例如CH7555。二者結(jié)構(gòu)和功能相同，雙極型定時器負(fù)載電流較大，而CMOS定時器功耗較低。555定時器的特點(diǎn)：555定時器成本低，性能可靠，計(jì)時精確度高。只需要外接幾個電阻，電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生和變換電路。其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。555定時器引腳介紹：555集成電路是8腳封裝，雙列直插型，其引腳排列如圖3-1所示：1腳（GND）:地； 2腳（）:觸發(fā)輸入端，觸發(fā)2腳和6腳是互補(bǔ)的，2腳只對低電平起作用，高電平對它不起作用，即電壓小于1Vcc/3，此時3腳輸出高電平； 3腳（OUT）:輸出端，它有0和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加

8、的電平?jīng)Q定；它在高電位接近電源電壓Vcc，輸出電流最大可達(dá)200mA；4腳（）:復(fù)位端，加上低電平時可使輸出為低電平，當(dāng)4腳電位小于0.4V時，不管2、6腳狀態(tài)如何，輸出端3腳都輸出低電平； 5腳（CO）:控制電壓端；可用它改變上下觸發(fā)電平值；6腳（TH）:門限(閾值）端，只對高電平起作用，低電平對它不起作用，即輸入電壓大于2/3Vcc，稱高觸發(fā)端； 7腳（DIS）:稱放電端，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；它與3腳輸出同步，輸出電平一致，但7腳并不輸出電流，所以3腳稱為實(shí)高（或低）、7腳稱為虛高；8腳（Vcc）：是集成電路工作電壓輸入端，電壓為518V，以

9、Vcc表示。圖3-1 555定時器引腳排列圖3.2 555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個晶體三極管，17個電阻，兩個二極管，組成了比較器、RS觸發(fā)器等多組單元電路，特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個電阻分壓器，為上、下比較器提供基準(zhǔn)電壓，所以稱之為555。圖3-2所示為雙極型5G555定時器的邏輯圖，內(nèi)部包括電阻分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、與非門G1和G2組成的基本RS觸發(fā)器、一個放電管VT和輸出緩沖級G3等五部分組成。圖中TH為電壓比較器C1的閾值輸入端，TR為電壓比較器C2的觸發(fā)輸入端，CO為控制端，為直接置0端，DIS為放電端，OUT為輸出端。各部分的作用如下：圖3

10、-2 555定時器邏輯圖3.2.1電阻分壓器它由三個電阻均為5k的電阻串聯(lián)而成，分別為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。其中UR1=2/3VCC為C1同相輸入端的基準(zhǔn)電壓；UR2=1/3VCC為C2反相輸入端的基準(zhǔn)電壓。如在控制端CO加固定電壓Uco時，則UR1=Uco，UR2=1/2Uco。如CO端不用時，為防止高頻干擾，通常在CO端對地接一個0.01uF的電容。3.2.2電壓比較器C1和C2兩個電壓比較器由運(yùn)算放大器組成，同相端和反相端的電壓分別用U+和U-表示。當(dāng)U+U-時，電壓比較器輸出高電平1；當(dāng)U+U-時，電壓比較器輸出低電平0。3.2.3基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器由G1和G2兩

11、個與非門組成，它的輸入信號分別為C1和C2的輸出電壓uc1和uc2，輸入端分別為、，Q和為兩個輸出端，正常工作時，Q和必須互補(bǔ)，即互為反相2。其邏輯功能如下：（1）當(dāng)=0，=1時，觸發(fā)器置0。因=0，G1輸出Q=1，這時G2輸入都為高電平1，輸出Q=0，觸發(fā)器被置0。使觸發(fā)器處于0狀態(tài)的輸入端稱為置0端，也稱為復(fù)位端，低電平有效。（2）當(dāng)=1、=0時，觸發(fā)器置1。因=0，G2輸出Q=1，這時G1輸入都為高電平1，輸出=0，觸發(fā)器被置1。使觸發(fā)器處于1狀態(tài)的輸入端稱為置1端，也稱置位端，也是低電平有效。（3）當(dāng)=1、=1時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。如觸發(fā)器處于Q=0、=1的狀態(tài)時，則Q=0反饋到G

12、1的輸入端，G1因輸入有低電平0，輸出=1；又反饋到G2的輸入端，G2輸入都為高電平1，輸出Q=0。電路保持0狀態(tài)不變。如觸發(fā)器原處于Q=1、=0的1狀態(tài)時，則電路同樣能保持1狀態(tài)不變。為外部信號直接置0端。當(dāng)=0時，基本RS觸發(fā)器置0，這時Q=0，=1，輸出uo=0.工作時，接高電平。3.2.4放電管和輸出緩沖器三極管VT是作為開關(guān)管來使用的，其工作狀態(tài)受基本RS觸發(fā)器輸出端的信號控制。當(dāng)為低電平0時，VT截止；當(dāng)為高電平1時，VT導(dǎo)通。G3為輸出緩沖器，用以提高555定時器的負(fù)載能力和隔離外界負(fù)載對定時器工作的影響。3.3 555定時器的基本邏輯功能根據(jù)圖3-1所示電路分析5G555定時器

13、的邏輯功能。設(shè)TH和端的輸入電壓分別為uI1和uI2，5G555定時器的工作情況如下：當(dāng)uI12/3Vcc、uI21/3Vcc時，電壓比較器C1和C2的輸出uc1=0，uc2=1，基本RS觸發(fā)器被置0，Q=0，=1，輸出uo=0，同時VT導(dǎo)通。當(dāng)uI12/3Vcc、uI21/3Vcc時，電壓比較器輸出uc1=1，uc2=0，基本RS觸發(fā)器置1，Q=1、=0，輸出uo=1，同時VT截止。當(dāng)uI12/3Vcc、uI21/3Vcc時，兩個電壓比較器的輸出uc1=1，uc2=1，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，輸出uo和VT的狀態(tài)不變，即電路保持原狀態(tài)不變。綜上所述， 555定時器的功能表如表3-1所示

14、。表3-1 5G555定時器的功能表輸入輸出uI1uI2uoVT管狀態(tài)××00導(dǎo)通2/3Vcc1/3Vcc10導(dǎo)通2/3Vcc1/3Vcc11截止2/3Vcc1/3Vcc1不變不變3.4 555定時器的應(yīng)用舉例3.4.1 構(gòu)成施密特觸發(fā)器將555定時器的高觸發(fā)端TH（6腳）和低觸發(fā)端（2腳）連接起來作為外加觸發(fā)信號輸入端ui，并從OUT端去輸出uo，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器，如圖3-3所示。設(shè)輸入端為三角波，則各處波形如圖3-4所示。圖3-3 用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 圖3-4 施密特觸發(fā)器的工作波形工作原理參照圖3-4所示的波形討論施密特觸發(fā)器的工作原理。接通電源后

15、，當(dāng)ui1/3Vcc時，即TH、端電壓小于1/3Vcc，此時圖3-3電路中的C1輸出低電平，C2輸出高電平，為低電平，VT管斷開，施密特觸發(fā)器輸出端uo為高電平。如果ui上升且ui2/3Vcc時，輸出將維持原狀態(tài)不變，設(shè)此時為電路的第一穩(wěn)態(tài)。當(dāng)ui2/3Vcc時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，使為高電平，VT管導(dǎo)通，觸發(fā)器置0，輸出uo為低電平，電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。可見，該施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓為2/3Vcc。當(dāng)ui由高電平（大于2/3Vcc）逐漸下降，只要1/3Vccui2/3Vcc，電路仍處于維持不變的狀態(tài)，輸出uo仍為低電平，此時為電路的第二穩(wěn)態(tài)。當(dāng)ui下降到ui1/3Vcc時，電路又返

16、回第一穩(wěn)態(tài)?？梢姡撾娐返呢?fù)向閾值電壓為1/3Vcc。輸出uo的電壓波形如圖3-4所示?；夭铍妷弘娐返幕夭铍妷篣TH=2/3Vcc-1/3Vcc=1/3Vcc。如果在電路電壓控制端CO上加電壓Uco，可以改變比較器C1、C2的參考電壓，以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。3.4.2 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)將555定時器的作為觸發(fā)信號ui的輸入端，VT管的集電極通過電阻R接Vcc，組成了一個反相器，其輸出通過電容C接地，便組成了圖3-5所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。R和C為定時元件。工作原理下面參照圖3-6所示波形討論單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理。1、穩(wěn)定狀態(tài)沒有加觸發(fā)信號時，ui為高電平。接通電源后，Vcc經(jīng)電阻R對電容

17、C進(jìn)行充電，當(dāng)電容C上的電壓uc2/3Vcc時，電壓比較器C1輸出uc1=0，而在此時，ui為高電平，且ui1/3Vcc，電壓比較器C2輸出uc2=1，基本RS觸發(fā)器置0，Q=0，=1，輸出uo=0。與此同時，三極管VT導(dǎo)通，電容C經(jīng)VT迅速放完電，uc0，電壓比較器C1輸出uc1=1，這時基本RS觸發(fā)器的兩個輸入信號都為高電平1，保持0狀態(tài)不變。所以，在穩(wěn)定狀態(tài)時，uc0，uo=0。2、觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)當(dāng)輸入ui由高電平躍到小于1/3Vcc的低電平時，電壓比較器C2輸出uc2=0，由于此時uc0，因此，uc1=1，基本RS觸發(fā)被置1，Q=1，=0，輸出uo由低電平躍到高電平。同時三極管VT截止

18、，這時，電源Vcc經(jīng)R對C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)期內(nèi)輸入電壓ui回到高電平。自動返回穩(wěn)定狀態(tài)隨著C的充電，電容C上的電壓uc逐漸增大。當(dāng)uc上升到uc2/3Vcc時，比較器C1的輸出uc1=0，由于這時ui已為高電平，電壓比較器C2輸出uc2=1，使基本RS觸發(fā)器置0，Q=0，=1，輸出uo由高電平躍到低電平。同時，三極管VT導(dǎo)通，C經(jīng)VT迅速放完電，uc0。電路返回穩(wěn)定狀態(tài)3。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的脈沖寬度tw為暫穩(wěn)態(tài)維持的時間，它實(shí)際上為電容C上的電壓由uc0V充到2/3Vcc所需的時間，可用下式估算： tw =RC ln 31.1RC (3.1)式中R、C為外接電阻和電容。圖3-5

19、用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖3-6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形3.4.3 構(gòu)成多諧觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)將放電管VT的集電極經(jīng)R1接到Vcc上，便組成了一個反相器。其輸出經(jīng)DIS端對地接R2、C積分電路，積分電容C再接TH和端便組成了圖3-7所示的多諧振蕩器。R1、R2和C為定時元件。圖3-7 用555定時器組成的多諧振蕩器工作原理下面參照圖3-8所示的波形討論多諧振蕩器的工作原理。接通電源時，uc為0，放電管VT斷開，電路輸出uo為高電平，處于第一暫穩(wěn)態(tài)。Vcc通過R1、R2對C充電，使uc由0增加，當(dāng)uc上升到uc 2/3Vcc時，放電管VT導(dǎo)通，觸發(fā)器置0，輸出uo為低電平，因此電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，

20、進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。C開始通過VT放電，uc下降，當(dāng)uc1/3Vcc時，觸發(fā)器置1，放電管VT斷開，輸出uo為高電平，回到第一暫穩(wěn)態(tài)。Vcc再次通過R1、R2對C充電。以后重復(fù)以上過程4。由圖3-8可得多諧振蕩器的振蕩周期T為 T=tw1+tw2 (3.2)tw1為電容C上的電壓由1/3Vcc充到2/3Vcc所需的時間，充電回路的時間常數(shù)為（R1+R2)C。tw1可用下式估算： tw1=（R1+R2)C ln 20.7（R1+R2）C (3.3)tw2為電容C上的電壓由2/3Vcc下降到1/3Vcc所需的時間，放電回路的時間常數(shù)為R2C。tw2可用下式估算： tw2=R2C ln 20.7R2C

21、(3.4)所以，多諧振蕩器的振蕩周期T為 T=tw1+tw20.7（R1+2R2）C (3.5)振蕩頻率為 f=1/T=1/0.7（R1+2R2）C (3.6) 圖3-8 多諧振蕩器的工作波形 第四章 模塊電路設(shè)計(jì)4.1秒脈沖電路秒脈沖產(chǎn)生電路采用555定時器來實(shí)現(xiàn)。555定時器是一種多用途集成電路，應(yīng)用相對廣泛，通常只需外接幾個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)輸入端相連并對地接電容C，對電源Vcc接電阻R1和R2，然后再將R1和R2接DIS端就可以了5。由555定時器構(gòu)成的秒脈沖產(chǎn)生電路如圖4-1所示。圖4-

22、1 秒脈沖電路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=1s。4.2減計(jì)數(shù)電路減計(jì)數(shù)電路如圖4-2所示，計(jì)數(shù)器74HC192是具有異步清零、異步預(yù)置功能的雙時鐘十進(jìn)制同步加、減計(jì)數(shù)器，當(dāng)S3接+5V時，CR為高電平，計(jì)數(shù)器清零；當(dāng)S3接地時，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，如果CPD為高電平，有CPU端輸入計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行加計(jì)數(shù)；如果CPU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

23、高電平，計(jì)數(shù)器保持狀態(tài)不變。圖4-2 30進(jìn)制減計(jì)器用兩片74HC192實(shí)現(xiàn)30秒定時器的計(jì)數(shù)。當(dāng)S3接地（即CR=0），同時啟動開關(guān)S1合上時，兩片74HC192的LD=0，計(jì)數(shù)器置30秒。當(dāng)S1斷開時，LD=1，計(jì)數(shù)器工作，端CPD輸入秒脈沖時，進(jìn)行減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到0時，BO1和BO2同時輸出低電平0。4.3譯碼和數(shù)碼顯示電路4.3.1譯碼器譯碼是編碼的逆過程。由于編碼是將含有特定意義的信息編成二進(jìn)制代碼，因此譯碼則是將表示特定意義信息的二進(jìn)制代碼翻譯出來。實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。譯碼器輸入為二進(jìn)制代碼，輸出為與輸入代碼對應(yīng)的特定信息，它可以是脈沖，也可以是電平，根據(jù)需要而定

24、。譯碼器在任意時刻，其輸出端只有一個為1，其余均為0（高電平有效）；或只有一個為0，其余為1（低電平有效）。4.3.2數(shù)字顯示譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將數(shù)字、運(yùn)算結(jié)果顯示出來，以便人們觀測、查看。因此，數(shù)字顯示電路是數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分。顯示譯碼器主要由譯碼器和驅(qū)動器兩部分組成，通常這兩者都集成在一塊芯片中。顯示譯碼器的輸入一般二十進(jìn)制代碼，其輸出的信號用以驅(qū)動顯示器件，顯示出十進(jìn)制數(shù)字來。七段數(shù)字顯示器常見的七段數(shù)字顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）等。這種顯示器由七個字段組合而成。七段半導(dǎo)體數(shù)碼顯示器圖4-3（a）所示為由七段發(fā)光二極管組成的數(shù)碼顯示器的外形，利

25、用字段的不同組合，可分別顯示出09十個數(shù)字，如圖（b）所示。發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器的內(nèi)部接法有兩種，如圖4-4所示。圖（a）為共陽接法，圖（b）為共陰接法，圖中R為外接限流電阻。七段譯碼器輸出低電平有效時，需選用共陽接法的數(shù)碼顯示器，譯碼器輸出高電平有效時，則需選用共陰接法的數(shù)碼顯示器。半導(dǎo)體數(shù)碼顯示器的優(yōu)點(diǎn)是工作電壓較低、體積小、壽命長、工作可靠性高、響應(yīng)速度高、亮度高。它的主要缺點(diǎn)是工作電流大，每個字段的工作電流約為10mA左右。 （a） （b）圖4-3 七段半導(dǎo)體數(shù)碼顯示器及顯示的數(shù)字（a）數(shù)碼顯示器；（b）顯示的數(shù)字 （a） （b）圖4-4 半導(dǎo)體數(shù)碼顯示器的內(nèi)部接法（a）共陽接法；（b

26、）共陰接法七段顯示譯碼器譯碼器將各級十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)進(jìn)行二十進(jìn)制譯碼，并驅(qū)動數(shù)碼管用十進(jìn)制符號顯示出來。如圖4-5：圖4-5 譯碼和數(shù)碼顯示電路在圖中，4511為BCD七段鎖存數(shù)碼驅(qū)動器，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半導(dǎo)體顯示器，顯示器的接地線與地線之間串入一個限流電阻，以防止電流過大而燒壞數(shù)碼管。4.4時序控制電路4.4.1時序邏輯電路概述時序邏輯電路又稱時序電路，一般由存儲電路和組合邏輯電路兩部分組成。常見的時序電路中的存儲電路由觸發(fā)器構(gòu)成。時序邏輯電路的特點(diǎn)時序邏輯電路是數(shù)字電路的一個

27、重要組成部分。其特點(diǎn)是：電路的輸出狀態(tài)不僅與同一時刻的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且與電路原有狀態(tài)有關(guān)。時序邏輯電路的狀態(tài)是由存儲電路來記憶和表示的。因此，在時序邏輯電路中，觸發(fā)器是必不可少的，而組合邏輯電路在有些時序邏輯電路中則可以沒有。時序邏輯電路的分類時序電路可分為同步時序電路和異步時序電路兩大類。在同步時序電路中，組成存儲電路的各觸發(fā)器都受到同一時鐘脈沖控制，所有觸發(fā)器的狀態(tài)變化都在同一時刻發(fā)生，例如在CP脈沖的上升沿或下降沿發(fā)生。異步時序電路的各觸發(fā)器沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖（或沒有時鐘脈沖），各觸發(fā)器狀態(tài)變化不發(fā)生在同一時刻。數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)中的數(shù)碼寄存器，計(jì)數(shù)器及數(shù)字顯示電路等都是時序電路的基本單元電

28、路。4.4.2時序控制電路減計(jì)數(shù)器電路如圖4-6，BO1和BO2是個位和十位計(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，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，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)時后，十位計(jì)數(shù)器和個位計(jì)數(shù)器同時借位，BO1和BO2均為低電平，控制門G1輸出低電平，二極管發(fā)光，同時G5門，關(guān)閉，計(jì)數(shù)器不再進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示00。圖4-6 時序控制電路4.5整機(jī)框圖電路整機(jī)電路如圖4-7所示，當(dāng)開關(guān)S3打到2處，計(jì)數(shù)器74HC192（1）和74HC192（2

29、）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，計(jì)數(shù)器置30秒。這時如將開關(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，BO1和BO2同時輸出低電平，控制門G1輸出低電平，發(fā)光二極管發(fā)亮，同時G5被封鎖，停止減計(jì)數(shù)。圖4-7 整機(jī)框圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)用示波器用示波器觀察555定時器經(jīng)分頻后得到的一個秒脈沖。時序控制電路調(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。30秒減計(jì)數(shù)

30、器的調(diào)試將開關(guān)S2和S3打到1側(cè)。按一下啟動開關(guān)S1時，計(jì)數(shù)器值30，顯示器應(yīng)顯示30秒。BO1和BO2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CPD端，看計(jì)數(shù)器能否正確進(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。整機(jī)調(diào)試連接號整機(jī)電路，進(jìn)行整個電路調(diào)試，直到定時器能夠?qū)崿F(xiàn)30正計(jì)時和倒計(jì)時。5.2系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 組裝調(diào)試30秒計(jì)數(shù)器電路。可預(yù)置時間的定時電路，并進(jìn)行組裝和調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進(jìn)行減計(jì)時，當(dāng)減計(jì)時到零時，能輸出低電平有效的定時時間到信號。調(diào)試時序控制電路完成。30秒計(jì)數(shù)器的聯(lián)調(diào)，各部分電路之間的時序可以配合工作。然后檢

31、查電路各部分的功能，滿足設(shè)計(jì)要求。第六章 性能測試與分析在面包板上焊接完成定時器，焊接時應(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：用示波器檢測秒脈沖電路輸出頻率為1Hz。接通電路：S3打向1端，S2打向2端，S1合上。此時觀察，顯示器示數(shù)為30；S3打向2時，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。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：對于秒脈沖電路，4060是14級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，CP1和CP0分別為時鐘的輸入和反時鐘輸出端，Q13引腳輸出的是十四級二分頻后的脈沖。輸出的脈沖輸入到雙D觸發(fā)器74HC74的時鐘端，D和Q非引腳連接可實(shí)現(xiàn)二分頻，Q引腳輸出1Hz的脈沖。秒脈沖電路輸出1Hz脈沖信號到時序控制電路。S2打向2時，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，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)時后，十位計(jì)數(shù)器和個位計(jì)數(shù)器同時借位，BO1和BO2均為低電平，控制門G1輸出低電平，二極管發(fā)光，同時G5門關(guān)閉，計(jì)時器不再進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示00。當(dāng)秒脈沖信號通過時序控制電路進(jìn)入計(jì)數(shù)器輸入端時，CPu置高電位，此時用兩片74HC192實(shí)現(xiàn)30秒定時器的計(jì)