10秒倒計時器的電子課程設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上機械與電子工程學院課程設計報告課 程 名 稱 數(shù)字電子技術課程設計 設 計 題 目 10秒倒計時器的設計 所學專業(yè)名稱 電子信息工程 班 級 學 號 學 生 姓 名 指 導 教 師 2014年 6月 3日專心-專注-專業(yè)機電學院電子信息工程課程設計任 務 書設計名稱： 10秒倒計時器的設計 學生姓名： 指導教師： 起止時間：自 2014 年 5 月 21 日起 至 2014 年 6 月 4 日止1、 課程設計目的 1).熟悉集成電路及有關電子元器件的使用;2).了解計時器主體電路的組成及工作原理;3).學習數(shù)字電路中基本555定時器、時鐘發(fā)生器及計數(shù)、譯碼顯示等單元電

2、路的綜合應用。二、課程設計任務和基本要求設計任務：1).設計好完整的操作方案。2).對電路的原理進行簡要分析。3).在Multisim仿真軟件中繪制出完整仿真電路圖。并且盡可能地使整個電路簡潔、整齊、一目了然。4).對設計的電路進行調試，完成課程設計應達到的目的.基本要求： 1）具有10秒倒計時功能； 2)設置外部操作開關，控制計時器的直接清零/復位、開始和暫停/連續(xù)計數(shù)功能； 3)計時器計時間隔為1秒； 4)計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不滅燈，保持并閃爍光電報警。5計時器暫停計數(shù)時，數(shù)碼管閃爍提醒；機電學院電子信息工程課程設計指導老師評價表院（部）機電學院年級專業(yè)12電信學生姓名學生學號

3、題 目10秒倒計時器的設計一、 指導老師評語指導老師簽名： 年 月 日 二、 成績評定指導老師簽名： 年 月 日 目錄摘要與關鍵字11倒計時器組成及原理 1.1倒計時計數(shù)器組成 1.2工作原理 32.擬定設計方案 4 2.1用Multisim進行仿真計 4 2.2設計實現(xiàn)數(shù)碼管示 4 2.3設計555定時振蕩實現(xiàn)秒振蕩發(fā)生功能 4 2.4設計實現(xiàn)減法計數(shù)功能 5 2.5設計實現(xiàn)二位數(shù)減法計數(shù)功能 5 2.6設計實現(xiàn)反饋電路實現(xiàn)30秒計數(shù)功能 5 2.7設計實現(xiàn)控制電路實現(xiàn)啟動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數(shù)控制電5 2.7.1清零/復位電路5 2.7.2暫停/繼續(xù)計數(shù)電路6 2.7.3啟動電路 7

4、 2.8設計實現(xiàn)閃爍報警電路 8 3.功能說明總結 4.課程設計小結 9 參考文獻 10 附錄一 附錄二 摘要與關鍵詞摘要：電子秒表是現(xiàn)實生活中的很常見的裝置，常見的電子秒表種類很多，其主要運用于運動中。數(shù)字式電子秒表是常見的電子秒表中的一種，它有顯示更直觀等好處。本次課程設計采用現(xiàn)代數(shù)字電路設計方法應用Multism進行設計并仿真。從總體設計框圖開始，將設計任務逐步分解，直到可以用標準的集成電路部件實現(xiàn)，然后將各部件聯(lián)結成系統(tǒng)，通過Multism進行設計的分析綜合和時序仿真驗證。本文在原理簡要處，還加入了程序設計中用到的幾種集成元件的管腳圖，以及簡單介紹了這些元器件所能實現(xiàn)的功能。先后設計出

5、了計秒、計分和計時電路，并完成了初步的調試與仿真。最后，在分析時序仿真結果的基礎上，對設計電路進行進一步的修改和完善，已達到對設計電路正確運行且學會運用Multism電路設計與仿真的目的。操作步驟與解釋：（1）啟動仿真電路，可觀察到數(shù)字時鐘的秒位開始計時，計數(shù)到60后復位為0，并進位到分計時電路。（2）觀察到數(shù)字時鐘的分位開始計時，計數(shù)到60后復位為0，并進位到時計時電路（3）開關J1可控制時計時電路的方式選擇。（4）控制鍵可控制秒脈沖直接引入時、分計數(shù)器。（5）出現(xiàn)整點，即時計數(shù)器發(fā)生變化。關鍵字：計數(shù)器; 555定時器;多謝振蕩器；課程設計1 倒計時器組成及原理1.1倒計時計數(shù)器組成倒計時

6、計數(shù)器選用TTL集成電路，主要由秒定時振蕩發(fā)生器、減法計數(shù)器、譯碼器、七段數(shù)碼顯示器、控制電路、閃爍報警電路等組成，在電路工作過程中，電路能夠通過控制器實現(xiàn)開始計數(shù)、清零/復位、暫停/繼續(xù)計數(shù)等功能，在倒計時結束保持00狀態(tài)并不斷閃爍提示報警，原理圖如下： 圖11.2工作原理當電路工作時，由555定時器組成多諧振蕩器，選取適當?shù)碾娙菔拐袷幹芷跒?s；用兩片減法計數(shù)器芯片級聯(lián)組成二位數(shù)計數(shù)器，用七段數(shù)碼管顯示計數(shù)；控制電路通過控制減法計數(shù)器的控制端實現(xiàn)對電路保留、啟動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數(shù)功能的控制；利用JK觸發(fā)器的翻轉狀態(tài)特性和譯碼器BI/RBO端的控制實現(xiàn)閃爍報警功能。2擬定設計方案2

7、.1用Multisim進行仿真設計Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。Multisim中提供了豐富的硬件數(shù)據(jù)可供選擇，它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。通過Multisim可以及時仿真實現(xiàn)電路設計功能并及時發(fā)現(xiàn)存在的問題進行改正，可以確保設計的電路能夠正常實現(xiàn)應有的功能。2.2設計實現(xiàn)數(shù)碼管顯示選取共陰極七段紅色數(shù)碼管作為顯示器，譯碼器選擇74LS48N，將譯碼器的LT、RBI端直接接高電平，BI/RBO也接高電平，將七段數(shù)碼管的七個引腳分別接100電阻后于譯

8、碼器輸出端相連，在譯碼器輸入端輸入電平實現(xiàn)了數(shù)碼管顯示功能。2.3設計555定時振蕩實現(xiàn)秒振蕩發(fā)生功能如圖2，用555定時器、電容電阻組成多諧振蕩發(fā)生器，C1選擇1uF，圖中C1為100nF為仿真實驗用數(shù)據(jù)，C2選擇10nF，電阻均為5.1k，由周期計算公式： T0.7（R1+2R2）C1 1s 圖2 諧振蕩發(fā)生器2.4設計實現(xiàn)減法計數(shù)功能選用74LS191N加減計數(shù)器作為減法計數(shù)器芯片，U/D加減控制端接高電平將74LS191N設置為減法計數(shù)狀態(tài)，將74LS191N輸出端與74LS48N譯碼器的輸入端相接，脈沖接555定時振蕩電路產(chǎn)生的諧振脈沖，實現(xiàn)減法計數(shù)功能。2.5設計實現(xiàn)二位數(shù)減法計數(shù)

9、功能級聯(lián)兩片均設置為減法計數(shù)器的74LS191N，將低位減計數(shù)器的進位端RCO接高位減計數(shù)器的EN使能端（圖中為CTEN端），將數(shù)碼管、電阻及譯碼器74LS48N按2.2中說明連接，實現(xiàn)二位數(shù)減計數(shù)功能。2.6設計實現(xiàn)反饋電路實現(xiàn)10秒計數(shù)功能如圖3，采用74LS191N異步置數(shù)，高位反饋輸出OA、OB通過兩個2輸入與非門兩次與非反饋給D觸發(fā)器RESET端，為實現(xiàn)控制功能準備，最終反饋給預制LD端（電路圖中為LOAD端）；低位反饋輸出OB、OD同高位方法實現(xiàn)。高位預置數(shù)端DCBA預置0100，低位預置數(shù)端DCBA預置1001，實現(xiàn)10秒計數(shù)。 圖3 反饋電路設計圖 2.7設計實現(xiàn)控制電路實現(xiàn)啟

10、動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數(shù)控制電路2.7.1清零/復位電路高、低位74LS191N的反饋信號分別通過兩個2輸入與非門兩次與非輸入D觸發(fā)器的RESET端，同時D端與清零/復位控制電路相連，D觸發(fā)器輸出Q再反饋會LOAD端（即LD端），兩個D觸發(fā)器的D端均與開關J4所在清零/復位控制電路電阻、二極管右端，開關左端相接（如圖3），高位74LS191N的高電平預置數(shù)與低位74LS191N的高電平預置數(shù)端與D輸入接線位置相同，使得開關閉合前高低位74LS191N的高電平預置數(shù)及D為高電平，閉合后高低位74LS191N的高電平預置數(shù)及D為低電平，從而控制LD預置端實現(xiàn)清零和復位功能。如圖4，J4控制電

11、路為清零/復位控制電路，J4為控制開關，閉合清零，開啟復位。 圖4 清零/復位電路圖2.7.2暫停/繼續(xù)計數(shù)電路單刀單擲開關J1所在電路為暫停/繼續(xù)計數(shù)功能電路。如上圖4，開關J1閉合前，J1所在電路反饋低電平，當J1閉合后，J1所在電路反饋高電平，反饋信號經(jīng)如下圖5兩個或非門兩次或非輸入D觸發(fā)器輸入D端（如下圖5），D觸發(fā)器輸出Q接低位74LS191N的CTEN端（及EN使能端），上面的JK觸發(fā)器的輸出端與第一個或非門的另一輸入端相連。電路工作時，當J1斷開，正常工作，當J1閉合時，使能端CTEN變?yōu)楦唠娖剑臀?4LS191N輸出保持，使電路進入暫停狀態(tài)，斷開J1則繼續(xù)計數(shù)。 圖5 暫停/

12、繼續(xù)計數(shù)電路設計圖2.7.3啟動電路如上圖5，J3所在為啟動控制電路，當J1處于斷開狀態(tài)，RESET端為低電平，當閉合J1后，RESET端為高電平，JK觸發(fā)器輸出置0，正常工作狀態(tài)下第一級或非門另一輸入為0，經(jīng)兩級或非后輸入D觸發(fā)器，且輸入為低電平，即輸出端Q輸出低電平至CTEN（EN使能端）使電路啟動。74LS191N功能表如圖：預置使能加/減控制時鐘預置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式LDEND/UCP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q00xxx d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 d0異步置數(shù)11xx x x x x保持數(shù)據(jù)保持100 x x x x加法計數(shù)加法計數(shù)101 x x

13、x x加法計數(shù)減法計數(shù)圖62.8設計實現(xiàn)閃爍報警電路根據(jù)譯碼器控制端BI/RBO功能 功能（輸入）輸入輸入/輸出輸出LTRBIA3A2A1A0BI/RBO a b c d e f g 滅燈xxxxxx0 0 0 0 0 0 0 0圖7如圖7，當BI/RBO為0時，不論LT，RBI及A3A2A1A0為何值，輸出為0且數(shù)碼管為滅燈狀態(tài)。當BI/RBO為1時，正常輸出輸入數(shù)據(jù)。對于JK觸發(fā)器，J端接高電平，K端與低位74LS191N的使能端EN（電路圖中CTEN端）相接，則K端在計數(shù)使能時為低電平，暫停或計數(shù)到00時為高電平，由JK觸發(fā)器功能表如下：JK輸出10置111翻轉圖8如圖9，將74LS48

14、N譯碼器的BI/RBO與該JK觸發(fā)器的輸出端相連，由圖8可知當J=1，K=0時，BI/RBO置1，數(shù)碼管正常工作；當J=1，K=1時，BI/RBO翻轉，使數(shù)碼管時亮時滅閃爍。 圖9 閃爍報警電路設計圖經(jīng)過以上功能分析、設計和仿真，30s計數(shù)器的各項功能得到實現(xiàn)，在清零/復位與暫停/繼續(xù)控制電路中，當J1閉合，暫停計數(shù)時，發(fā)光二極管點亮，J1斷開，繼續(xù)計數(shù)時，發(fā)光二極管滅；當J4閉合，數(shù)碼管清零，發(fā)光二極管點亮，當J4斷開后，發(fā)光二極管滅。3，功能說明總結實現(xiàn)從29到00的30秒倒計時計數(shù)功能，時間間隔為1s，具有啟動，清零/復位與暫停/繼續(xù)計數(shù)功能；同時當清零與暫停時，清零/復位或暫停/繼續(xù)計

15、數(shù)功能電路中的發(fā)光二極管點亮，作為功能標識；暫停時，數(shù)碼管顯示閃爍提醒，倒計時到00時計數(shù)保持00，并且閃爍報警，提示計數(shù)結束。J1為單刀單擲開關，是暫停/繼續(xù)計數(shù)功能控制開關，閉合J1,開關，計數(shù)暫停，斷開J1開關，計數(shù)繼續(xù)；J3為自動復位開關，時計數(shù)啟動開關，當清零/復位開關斷開復位后，按下J3啟動計數(shù)；J4為單刀單擲開關，是清零/復位功能控制開關，閉合J3開關，數(shù)碼管清零保持，再斷開J3開關，復位29，等待啟動開關J3啟動。4.課程設計小結課程設計過程中對學到的各種芯片的功能，作用有了更加深入的學習，尤其是通過Multisim的設計與仿真，Multisim之前沒有接觸過，這幾天學習了其基

16、本功能和仿真實驗。在設計10秒倒計時計數(shù)器時，用到了74LS191N加/減計數(shù)器，共陰極數(shù)碼管，74LS48N譯碼器，555定時器組成多諧振蕩器電路，JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器等元器件，對這些元器件的特性，功能有了進一步深入的了解。通過555定時器構成多諧振蕩電路的仿真對其電路結構有了更深刻的印象，掌握了通過改變RC的值對振蕩周期進行調整。當然在設計各各功能的過程中也遇到了許多問題，如最初使用74LS191N加/減計數(shù)器的時候對其反饋和異步置數(shù)功能不是很清楚，在查閱書本和實踐多次的基礎上終于解決異步置數(shù)問題，又如在設計反饋控制電路的過程中，時選用JK觸發(fā)器還是D觸發(fā)器，最初的設想是用的JK觸發(fā)器，但

17、是實驗多次后才覺得如果用D觸發(fā)器會更好，最終用D觸發(fā)器實現(xiàn)清零/復位控制電路和計數(shù)器反饋電路；另一個問題是倒計時計數(shù)到00時的保持與閃爍問題，當計數(shù)到00時，74LS191N的MAX/MIN端輸出將從低電平變?yōu)楦唠娖?，試了不少方法，有些無法保持00狀態(tài)，有些在00狀態(tài)無法閃爍，最終通過反饋兩個74LS191N的MAX/MIN端與非兩次后的輸控制D觸發(fā)器U21的SET端控制低位74LS191N的使能端CTEN端（即EN端）實現(xiàn)保持00計數(shù)狀態(tài)，并利用JK觸發(fā)器的翻轉和置1功能特性控制74LS48譯碼器的BI/RBO端輸入實現(xiàn)閃爍功能。每遇到一個問題都時進一步學習和加深對電路，原理，元器件學習的過程，每解決一個問題，沒實現(xiàn)一個功能，都會十分的興奮，總之，課程設計是一個提高能力，實踐所學知識的過程，當然，還有許多的元器件，電路原理等有待于進一步的學習，對Multisim是一個開始，希望今后也能進一步學習到更多這一功能強大仿真軟件的功能。參考文獻：艾永樂 付子義 數(shù)字電子計數(shù)基礎 2008 北京 中國電力出版社； 邱關源 羅先覺 電路第五版 2011 北京 高等教育出版社；Mult