多功能計(jì)時(shí)器課程設(shè)計(jì)

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 多功能計(jì)時(shí)器 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)學(xué)技術(shù) 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2012 年 12 月 24 日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）電子信息科學(xué)與技術(shù)設(shè)計(jì)題目 多功能計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 1s準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，置數(shù)范圍00至99可調(diào)，顯示范圍00至99設(shè)計(jì)要求六個(gè)主要部分組成，即控制電路、秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器、置數(shù)電路以及聲光報(bào)警電路，包含置數(shù)、1s倒計(jì)時(shí)、開啟、暫停、連續(xù)、清零以及到點(diǎn)聲光報(bào)警 ，計(jì)時(shí)范圍為00至99，可智能控制。能任意定時(shí)，開啟和暫停及清零，1秒的準(zhǔn)確延時(shí)，及到點(diǎn)聲光報(bào)警?？捎糜诟鞣N競(jìng)賽計(jì)時(shí)，交通

2、燈系統(tǒng)，及報(bào)警裝置。計(jì)時(shí)范圍為00至99，可智能控制。工作量 花了兩個(gè)星期的時(shí)間， 工作字?jǐn)?shù)：5000（字）， 字符數(shù)5517（不計(jì)空格），共19頁(yè)工作計(jì)劃計(jì)劃在兩個(gè)星期內(nèi)完成，完成六個(gè)主要部分組成，即控制電路、秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器、置數(shù)電路以及聲光報(bào)警電路，包含置數(shù)(00至99)、1s倒計(jì)時(shí)、開啟、暫停、連續(xù)、清零以及到點(diǎn)聲光報(bào)警等主要功能。然后再增添部分功能，是設(shè)計(jì)的多功能計(jì)時(shí)器有使=實(shí)用價(jià)值。參考資料1康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）M. 北京：高等教育出版社，20052謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)（第三版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.83 康華光.電子技

3、術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字 年 月 日 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)（班級(jí)）： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 課程設(shè)計(jì)題目： 多功能計(jì)時(shí)器 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表摘 要此多功能計(jì)時(shí)器是基于741s48、74ls192、555定時(shí)器、CD40161設(shè)計(jì)的，由六個(gè)主要部分組成，即控制電路、秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器、置數(shù)電路以及聲光報(bào)警電路，包含置數(shù)(00至99)、1s倒計(jì)時(shí)、開啟、暫停、連續(xù)、清零以及到點(diǎn)聲光報(bào)警等主要功能，也能完成一個(gè)完整的系統(tǒng)過(guò)程，可用于各種競(jìng)賽計(jì)時(shí)，交通燈系統(tǒng)，及報(bào)警裝置

4、。計(jì)時(shí)范圍為00至99，可智能控制。關(guān)鍵詞：多功能計(jì)時(shí)器、1s倒計(jì)時(shí)、連續(xù)、 聲光報(bào)警目錄目錄51 任務(wù)提出與方案論證61.1 任務(wù)提出61.2 方案論證62 總體設(shè)計(jì)72.1 總體框圖72.2 總體電路83 詳細(xì)設(shè)計(jì)93.1秒脈沖發(fā)生器93.2譯碼計(jì)時(shí)電路113.3控制電路14總開關(guān)14單刀雙擲開關(guān)143.4反饋電路153.5報(bào)警電路153.6置數(shù)電路：164 總結(jié)185 參考文獻(xiàn)191 任務(wù)提出與方案論證1.1 任務(wù)提出設(shè)計(jì)一種多功能計(jì)時(shí)器，要求實(shí)現(xiàn)以下功能：置數(shù)、1s倒計(jì)時(shí)、開啟、暫停、連續(xù)、清零以及到點(diǎn)聲光報(bào)警 ，計(jì)時(shí)范圍為00至99，可智能控制。能任意定時(shí)，開啟和暫停及清零，1秒的準(zhǔn)

5、確延時(shí)，及到點(diǎn)聲光報(bào)警。 1.2 方案論證秒脈沖發(fā)生器：可以選用晶振產(chǎn)生，或者用555定時(shí)器或者555與CD40161同時(shí)產(chǎn)生，為了 實(shí)現(xiàn)反饋，讓計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到零時(shí)停止，我選用CD40161 ，即實(shí)現(xiàn)了1s計(jì)數(shù)有可以形成反饋。譯碼電路：我選用4線七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74LS48來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)時(shí)電路：我選用十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS48 ，可以用來(lái)置數(shù)，同時(shí)也可以來(lái)產(chǎn)生減計(jì)數(shù)。控制電路：用按鍵和反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)。報(bào)警電路:用speaker和led來(lái)實(shí)現(xiàn)。置數(shù)電路：用單刀雙擲開關(guān)選通74ls48的置數(shù)端，通過(guò)置0或置1來(lái)控制。2 總體設(shè)計(jì)2.1 總體框圖 譯碼驅(qū)動(dòng)顯示秒脈沖發(fā)生 聲光 報(bào)警 遞減計(jì)數(shù)控制開關(guān) 控制

6、電路2.2 總體電路3 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器：可以選用晶振產(chǎn)生，或者用555定時(shí)器或者555與CD40161同時(shí)產(chǎn)生，為了實(shí)現(xiàn)反饋，讓計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到零時(shí)停止，我選用CD40161 ，即實(shí)現(xiàn)了1s計(jì)數(shù)有可以形成反饋。圖1 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列分別如圖1和圖2所示。圖2 555定時(shí)器邏輯符號(hào)和引腳555芯片引腳圖及引腳描述 555的8腳是集成電路工作電壓輸入端，電壓為518V，以UCC表示；從分壓器上看出，上比較器6腳A1的腳接在R1和R2之間，所以5腳的電壓固定在2UCC/3上；下比較器A2接在R2與R3之間，A2的同相輸入端電位被固

7、定在UCC/3上。 NE555管腳功能介紹管腳功能介紹管腳功能介紹管腳功能介紹： 1腳為地。2腳為觸發(fā)輸入端；3腳為輸出端，輸出的電平狀態(tài)受觸發(fā)器控制，而觸發(fā)器受上比較器6腳和下比較器2腳的控制。 當(dāng)觸發(fā)器接受上比較器A1從R腳輸入的高電平時(shí)，觸發(fā)器被置于復(fù)位狀態(tài)，3腳輸出低電平； 2腳和6腳是互補(bǔ)的，2腳只對(duì)低電平起作用，高電平對(duì)它不起作用，即電壓小于1Ucc/3，此時(shí)3腳輸出高電平。6腳為閾值端，只對(duì)高電平起作用，低電平對(duì)它不起作用，即輸入 電壓大于2 Ucc/3，稱高觸發(fā)端，3腳輸出低電平，但有一個(gè)先決條件，即2腳電位必須大于1Ucc/3時(shí)才有效。3腳在高電位接近電源電壓Ucc，輸出電流

8、最大可打200mA。 4腳是復(fù)位端，當(dāng)4腳電位小于0.4V時(shí)，不管2、6腳狀態(tài)如何，輸出端3腳都輸出低電平。5腳是控制端。 7腳稱放電端，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555的工作原理它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為和。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí)，觸

9、發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止。 是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接。 Vco是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。 T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.40161介紹：Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放

10、電端。：復(fù)位端40161 是4 位可編程計(jì)數(shù)器，復(fù)位采用異步方式，當(dāng)CLEAR 為低電平時(shí)，使四個(gè)輸出端均置為低電平，而與CLOCK、/LOAD 或PE、TE 輸入的狀態(tài)無(wú)關(guān)，/LOAD 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器無(wú)效，使輸出端在下一時(shí)鐘脈沖與設(shè)置的數(shù)據(jù)一致，并與PE、TE 輸入端的狀態(tài)無(wú)關(guān)。N 位同步級(jí)聯(lián)計(jì)數(shù)器可由超前進(jìn)位電路實(shí)現(xiàn)，不需要外加控制，此功能由兩個(gè)計(jì)數(shù)控制輸入端和進(jìn)位輸出端完成。PE、TE 輸入端均為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)有效，當(dāng)計(jì)數(shù)超過(guò)“15”時(shí)，進(jìn)位輸出端CARRY OUT(CO)即產(chǎn)生一正向輸出脈沖，其脈沖寬度約等于Q1 輸出正向?qū)挾?，此正向溢出進(jìn)位脈沖可使下一級(jí)聯(lián)電路有效，時(shí)鐘無(wú)論為高電

11、平或低電平，均可實(shí)現(xiàn)PE 或TE 輸出的邏輯轉(zhuǎn)換。引出端符號(hào)：/CLEAR 清除端CLOCK 時(shí)鐘輸入端CARRY OUT 進(jìn)位輸出端PE 計(jì)數(shù)控制端TE 計(jì)數(shù)控制端P1P4 并行數(shù)據(jù)輸入端Q1Q4 計(jì)數(shù)器輸出端/LOAD 并行置入數(shù)據(jù)控制端VDD 正電源Vss 地我設(shè)計(jì)的一秒脈沖電路如圖所示：3.2譯碼計(jì)時(shí)電路 譯碼電路：我選用4線七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74LS48來(lái)實(shí)現(xiàn) 7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼74LS192芯片名稱：可預(yù)置同步可逆BCD碼計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序邏輯部件，它不僅可以用來(lái)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還常用做數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特

12、定的邏輯功能。74LS192 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘），其清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能；預(yù)置是異步的，當(dāng)置入控制端（PL）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0P3）相一致的狀態(tài)；計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時(shí)加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPD或CPU，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。 當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TCU）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CP

13、U低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端（TCD）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。 當(dāng)把TCD和TCU分別連接后一級(jí)的CPD、CPU，即可進(jìn)行級(jí)聯(lián)。 計(jì)數(shù)電路選用兩片中規(guī)模集成電路74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有“異步清零”和“異步置數(shù)”功能，且有進(jìn)位和借位輸出端。兩片74LS192構(gòu)成預(yù)置數(shù)的三十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器十位接成三進(jìn)制，計(jì)數(shù)器個(gè)位接成十進(jìn)制，置數(shù)端A、B、C、D通過(guò)開關(guān)接高低電平，若接高電平可進(jìn)行其他置數(shù)；此計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為（0011 0000）=（30）10，只有當(dāng)?shù)臀欢税l(fā)出錯(cuò)位脈沖，高位計(jì)數(shù)器才做減計(jì)數(shù)。1片74

14、LS192構(gòu)成1秒減計(jì)數(shù)電路（即個(gè)位）。74LS192的引腳圖和功能表如圖所示。它的計(jì)數(shù)原理是：時(shí)，個(gè)位 使加計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)引腳CPu=1，計(jì)數(shù)脈沖加入個(gè)位74LS192引腳CPD腳，當(dāng)減計(jì)數(shù)到零74LS192的端發(fā)出錯(cuò)位脈沖，使十位計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)，當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全零時(shí)，CPD（DWN）端的輸入時(shí)鐘脈沖作用下，計(jì)數(shù)器再次進(jìn)入下次循環(huán)減計(jì)數(shù)。 74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù) 等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示： 74ls48 為有內(nèi)部上拉電阻的BCD七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，共有54/7448、54/74LS48 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下

15、： 型號(hào) IOL VO(OFF) PD（典型） 54/7448 6.4mA 5.5V 265mW 54LS48 2mA 5.5V 125mW 74LS48 6mA 5.5V 125mW 輸出端（YaYg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極VLED。當(dāng)要求輸出 015 時(shí)，消隱輸入（ ）應(yīng)為高電平或開路，對(duì)于輸出為0 時(shí)還要求脈沖消隱輸入（ ）為高電平或者開路。當(dāng) 為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，YaYg均為低電平。當(dāng)RBI和地址端（A0A3）均為低電平，并且燈測(cè)試輸入端（ ）為高電平時(shí)， Ya Yg為低電平，脈沖消隱輸出（ ）也變?yōu)榈碗娖?。?dāng) 為高電平或開路時(shí)， 為低電平可使YaYg均為

16、高電平。74ls48 與74ls248 的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅在顯示6 和9,248 所顯示的6 和9 比48 多出上杠和下杠。引出端符號(hào) A0A3 譯碼地址輸入端 / 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效） 燈測(cè)試輸入端（低電平有效） 脈沖消隱輸入端（低電平有效） YaYg 段輸出邏輯圖： 我設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)譯碼電路：3.3控制電路3.3.1總開關(guān)總開關(guān)接74ls192的的PL端控制74ls192置數(shù)和減計(jì)數(shù)，當(dāng)按鍵按下去s時(shí)PL端置低，這是預(yù)置的數(shù)會(huì)送入Q1、Q2、Q3、Q4端口，讓74ls90編碼在數(shù)碼管上顯示我設(shè)計(jì)的控制電路：3.3.2單刀雙擲開關(guān)單刀雙擲開關(guān)控

17、制計(jì)時(shí)器連續(xù)與暫停當(dāng)單刀雙擲開關(guān)置于連續(xù)時(shí)，計(jì)時(shí)器連續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)置于暫停時(shí)，計(jì)時(shí)器暫停計(jì)數(shù)。通過(guò)這個(gè)單刀雙擲開關(guān)，能很好的控制計(jì)時(shí)器的運(yùn)行，以及實(shí)際生活或競(jìng)賽時(shí)的需要。3.4反饋電路BO1、BO2分別接74ls192的13引腳TCD，如果兩個(gè)74ls192的TCD都置位了，說(shuō)明計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到了0了，這時(shí)需要一個(gè)反饋信號(hào)來(lái)控制CD40161并使其停止工作，所以圖中的另一根線接在CD40161的9引腳LD/上，BO3接的報(bào)警系統(tǒng)，在計(jì)數(shù)到0的同時(shí)需要報(bào)警我設(shè)計(jì)的反饋電路：3.5報(bào)警電路BO3接在反饋電路上，當(dāng)BO1、BO2都置位了，這時(shí)BO3也置位，說(shuō)明計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到0了，這時(shí)報(bào)警系統(tǒng)工作，speaker響了，led亮了。我設(shè)計(jì)的報(bào)警電路：3.6置數(shù)電路： 用單刀雙擲開關(guān)選通74ls48的置數(shù)端，通過(guò)置0或置1來(lái)控制。我設(shè)計(jì)的置數(shù)電路：通過(guò)sw1-sw9的高低電平的不同組合，可以置不同的顯示初值，置數(shù)范圍為00至99.這樣的任意置數(shù)功能有很多方面的用途，而且又實(shí)用又簡(jiǎn)單?？梢杂糜诟?jìng)賽計(jì)時(shí)，交通燈系統(tǒng)，萬(wàn)年歷，報(bào)警系統(tǒng)等等。上面置數(shù)顯示的初值為73，其顯示效果為：4 總結(jié)通過(guò)這次實(shí)踐，感覺知識(shí)框架還不是很牢固，需要了解的東西還很多。雖然翻閱了相關(guān)資料，查閱了相關(guān)芯片手冊(cè)，但是還是費(fèi)了好長(zhǎng)一段時(shí)間。不過(guò)值得慶幸的是我還是一步一步