電子技術課程設計--倒計時器的設計

1、<p>　　課程設計名稱： 電子技術課程設計 </p><p>　　題 目： 倒計時器 </p><p>　　學 期：2013-2014學年第2學期</p><p>　　專 業：自動化 </p><p>　

2、　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>

3、<b>　　一、設計題目</b></p><p><b>　　倒計時器的設計</b></p><p><b>　　二、設計任務</b></p><p>　　顯示兩位數倒計時，如99到1</p><p>　　1.當到9時喇叭自動響0時結束</p><p>

4、　　2.用LED數碼管顯示結果</p><p>　　3.可以實現預置數功能</p><p><b>　　三、設計計劃</b></p><p>　　電子技術課程設計共1周。</p><p>　　第1天：針對選題查資料，確定設計方案；</p><p>　　第2天：方案分析比較，電路原理設計，進行元器件

5、及參數選擇；</p><p>　　選用芯片參考：減法器、74160A、74LS48、LED數碼管、74190等。</p><p>　　第3～4天：利用Multisim或PROTUES電路仿真，畫電路原理圖；</p><p>　　第5天：編寫整理設計報告。</p><p><b>　　四、設計要求</b></p>

6、;<p>　　1. 畫出整體電路圖（Protel或Altium Designer或Multisim，推薦Altium Designer）。</p><p>　　2. 對所設計的電路全部或部分進行仿真，使之達到設計任務要求。</p><p>　　3. 寫出設計報告書。</p><p><b>　　指 導 教 師： </b></

7、p><p>　　時 間： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　倒計時器在日常生活中應用比較廣泛，比如籃球比賽是用的30秒倒計時，還有交通燈使用的60秒倒計時等等，但是這些倒計時器僅用在特定的場合，通用性比較差。為此，本文通過簡單的數字邏輯電路器件，搭建成了可以實現預置數功能的倒計時器。本次設計的倒計時器主要由

8、六個模塊構成：置數電路、脈沖發生器、計數器、顯示電路、控制電路和報警電路。用撥碼開關和74LS147D優先編碼器實現置數，用兩片74LS192D連成100進制減法計數器并通過555定時器構成多諧振蕩電路提供脈沖，LED數碼管顯示，當倒計時記到09時用蜂鳴器實現報警直到00結束，最后通過控制電路實現倒計時器的置數、暫停、清零。</p><p>　　本倒計時器可以實現任意兩位數的倒計時，實時性強，可操作性好，較好的解

9、決了目前倒計時器通用性差的問題。</p><p>　　關鍵詞：倒計時器；LED；報警；控制</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　綜述1</b></p><p>　　1方案設計與分析2</p><p><b>　　1.1設計原理

10、2</b></p><p><b>　　1.2設計方案2</b></p><p>　　1.3電路設計框圖3</p><p><b>　　2單元電路設計4</b></p><p><b>　　2.1置數電路4</b></p><p>　

11、　2.1.1電路組成4</p><p>　　2.1.2工作原理4</p><p>　　2.2計數器電路5</p><p><b>　　2.3顯示電路5</b></p><p>　　2.4脈沖發生電路6</p><p>　　2.4.1 555定時器6</p><p&g

12、t;　　2.4.2用555定時器構成多諧振蕩器6</p><p><b>　　2.5報警電路7</b></p><p><b>　　2.6控制電路8</b></p><p><b>　　3總體電路仿真9</b></p><p><b>　　設計體會10<

13、;/b></p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　綜述</b></p><p>　　倒計時器在人們日常生活中應用廣泛，為人們提供了很大的便利，倒計時器的樣子和功能也多種多樣。我設計的倒計時器由置數電路、計數器、脈沖發生器、顯示器、控制電路、報警電路組成。由數碼管顯示器來顯示計數

14、器所輸出的信號。采用了74LS系列中小規模集成芯片。先通過555定時器構成多諧振蕩電路輸出脈沖，再通過74LS192芯片來實現倒著計數的功能，在置數端置成需要的數，最后把輸出連接到LED數碼管上顯示數字。我設計的倒計時器主要是要完成倒計時任務，其具體實現的功能有：顯示兩位數倒計時，如99到1;當到9時喇叭自動響0時結束;用LED數碼管顯示結果;可以實現預置數功能，暫停/開始功能，清零功能?？梢杂米魅我鈨晌粩档牡褂嫊r并實現其一系列功能。&

15、lt;/p><p>　　1 方案設計與分析</p><p><b>　　1.1 設計原理</b></p><p>　　我們可以用555時基電路構成的多諧振蕩器來產生頻率為1Hz的脈沖，即輸出周期為1秒的方波脈沖，將該方波脈沖信號送到計數器74LS192的減計數脈沖端，輸出端通過LED數碼管顯示十進制數，在74LS192的四個輸入端接74LS14

16、7的輸出，在74LS147的輸入用撥碼開關輸入，然后在適當的位置設置開關或控制電路即可實現計數器的直接清零，啟動和暫停/連續、顯示電路的顯示，置入任意兩位數作為計數起點，以及報警等功能。</p><p><b>　　1.2 設計方案</b></p><p>　　在此，提出兩種方案，主要是置數電路和計數器，方案一：置數電路可以直接用開關輸入計數器高低電平，表示二進制數

17、，如圖1-1：計數器采用74LS190級聯成100進制減法計數器。方案二：采用撥碼開關，和74LS147優先編碼器，進行置數，將74LS147輸出，經反相器取反，輸入計數器，如圖1-1：計數器采用74LS192級聯成100進制減法計數器。</p><p>　　方案一，置數開關能置入0到15的十進制數，但是僅需要置入0到9即可，還有開關有機械抖動，可能會使置數不穩。74LS190作為計數器實現直接置零不是很方便，需

18、要占用置數功能。方案二可以很好的彌補方案一的缺陷，所以選擇方案二。</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p>　　1.3 電路設計框圖</p><p>　　圖1-2 設計原理框圖</p><p><b>　　2 單元電路設計</b></p><p>

19、<b>　　2.1 置數電路</b></p><p>　　2.1.1 電路組成</p><p>　　由9位撥碼開關、74LS147，74LS04組成。將開關組一端與VCC連接，另一端與74LS147的九個輸入端連接。74LS147輸出端分別連接4個非門。開始時開關全部閉合，非門輸出0000，然后開關依次從上往下斷開，非門依次輸出0001、0010、0011、010

20、0、0101、0110、0111、1000、1001，對應著十進制數從1到9。（電路如圖2-1所示）</p><p><b>　　圖2-1置數電路</b></p><p>　　2.1.2 工作原理</p><p>　　74LS147優先編碼器有9個輸入端和4個輸出端。某個輸入端為0，代表輸入某一個十進制數。當9個輸入端全為1時，代表輸入的是十

21、進制數0。4個輸出端反映輸入十進制數的BCD碼編碼輸出。</p><p>　　74LS147優先編碼器的輸入端和輸出端都是低電平有效，即當某一個輸入端低電平0時，4個輸出端就以低電平0的輸出其對應的8421 BCD編碼。當9個輸入全為1時，4個輸入出也全為1，代表輸入十進制數0的8421 BCD編碼輸出。</p><p>　　2.2 計數器電路</p><p>　

22、　計數器是一個用以實現計數功能的時序邏輯部件，它不僅可以用來對脈沖進行計數，還常用做數字系統的定時、分頻和執行數字運算以及其他特定的邏輯功能。本次課程設計中選用74LS192來實現要求的減法計數功能。</p><p>　　按照課程設計任務書要求計數器。我們將用兩片74LS192級聯成100進制減法計數器如圖2-2</p><p><b>　　圖2-2計數電路</b>&

23、lt;/p><p><b>　　2.3 顯示電路</b></p><p>　　顯示電路用DCD_HEX數碼管顯示器（自帶譯碼器的7段數碼管）顯示十進制數字，它有四個輸入端，可以直接接入到192四個輸出端上。</p><p><b>　　圖2-3顯示電路</b></p><p>　　2.4 脈沖發生電

24、路</p><p>　　2.4.1 555定時器</p><p>　　555定時器主要是通過外接電阻R和電容器C構成充、放電電路,并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓,以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。這就很方便地構成從微秒到數十分鐘的延時電路、以及多諧振蕩器、單穩態觸發器、施密特觸發器等脈沖波形產生和整形電路。</p><p>　　2.4.2 用555定時

25、器構成多諧振蕩器</p><p>　　用555定時器構成多諧振蕩器電路。電路沒有穩態,只有兩個暫穩態,也不需要外加觸發信號,利用電源VCC通過R1和R2向電容器C充電,使uC逐漸升高,升到2VCC/3時,uO跳變到低電平,放電端D導通,這時,電容器C通過電阻R2和D端放電,使uC下降,降到VCC/3時,uO跳變到高電平,D端截止,電源VCC又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環,振蕩不停, 電容器C在VCC/3

26、和2VCC/3之間充電和放電,輸出連續的矩形脈沖。即按照圖2-4連接的電路就可以產生1Hz的方波脈沖。</p><p>　　圖2-4 555定時器構成的多諧振蕩電路</p><p><b>　　2.5 報警電路</b></p><p>　　任務要求在倒計時器倒計時到9秒時發出警報，當倒計時到0時報警結束。因次我們可以將192的輸出端按照圖2-

27、5連接，當192的高位到低位輸出0000 xxxx 時（即倒計時到9秒時）開始報警，當輸出0000 0000時報警結束。</p><p><b>　　圖2-5 報警電路</b></p><p>　　2.6 控制電路 </p><p>　　暫停/連續控制：當暫停/開啟開關打到低電平時計時器暫停，當開關打到高電平時計時器正常計時。</p

28、><p>　　清零控制：當開關接高電平時，電路清零，顯示清零。電路連接如圖2-6</p><p><b>　　圖2-6 控制電路</b></p><p><b>　　3 總體電路仿真</b></p><p>　　本倒計時器由5個模塊組成：時鐘模塊（即秒脈沖發生模塊）、計數模塊、顯示模塊、控制模塊和報警

29、電路?？傮w仿真電路如下圖3-1。打開仿真軟件Multisim 10.0按要求在Multisim 10.0里連接好如圖所示的電路點擊仿真按鈕，進行仿真，在脈沖發生電路仿真中我們可以用示波器來觀察產生的脈沖是否為1Hz。最后的仿真結果是：計時器可以從任意置入的一個兩位數開始倒計時，并在計時顯示09時，蜂鳴器鳴響，顯示00時，報警停止。按下暫停/啟動開關，可以暫停啟動計數，按下清零，時計數清零，按下置數開關，并撥動撥碼開關，可以實現置數功

30、能。</p><p>　　圖3-1 總體仿真電路圖</p><p><b>　　設計體會</b></p><p>　　通過這次設計，我掌握了74LS192、74LS04、74LS32、74LS147等芯片的原理，簡單了解了倒計時器的電路原理，初步掌握了兩位倒計時器的設計、調試及測試方法，提高設計電路，改進電路的能力，鞏固了已學的理論知識，建立

31、數字電子技術理論和實踐的結合，了解兩位倒計時器各單元電路之間的關系及相互影響，從而能正確設計、組織兩位倒計時器的各個單元電路。</p><p>　　在實驗中，出現問題是難免的。重要的是分析問題，找出出現問題的原因，從而解決它。一般的說，有四個方面的原因產生問題（故障）：器件故障、接線錯誤、設計錯誤和測試方法不準確。在查找故障過程中，首先要熟悉經常發生的典型故障。</p><p>　?。?）

32、器件故障器件故障是器件失效或器件接插問題引起的故障，表現為器件工作不正常。這需要更換一個好器件。</p><p>　?。?）接線錯誤是最常見的錯誤。據有人統計，在教學實驗中，大約70%以上的故障是由接線錯誤引起的。常見的接線錯誤包括忘記接器件的電源和地；連接線和插孔接觸不良連線經多次使用后，有可能外面的塑料包皮完好，但內部線斷；連線多節、漏接、錯接；連線過長、過亂造成混亂。</p><p>

33、;　?。?）設計錯誤自然會造成與預想的結果不一致。原因是對實驗要求沒有看透，或者對所用器件的原理沒有掌握。因此實驗前一定要理解實驗要求，掌握實驗線路原理、精心設計。初始設計完成后一般應付對設計進行優化。最后畫好邏輯圖以及接線圖。</p><p>　?。?）測試方法不正確如果不發生前面所述三種錯誤，實驗一般會成功。但有時測試方法不正確也會引起觀測錯誤。例如，一個穩定的波形，如果用示波器觀測，而示波器沒有同步，側造成

34、波形不穩定的假象。因此要學會正確使用所有儀器、儀表。</p><p>　　這次課程設計提升了我的應用意識，提高了我的動手能力。只有在實踐應用中，切身感悟書本里的思想，解決自身需要，才能真正吸收優秀的思想為自己所用。我感觸最深的就是查閱了大量的設計資料。為了讓自己的設計更加完善，我們需要了解大量的技術信息，芯片種類。比如這次用74LS147設計置數電路。摒棄了使用二進制置數的弊端。大量的設計資料文獻，能讓我們所想的

35、功能和電路成為現實，是我們順利完成設計任務的保證。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石；清華大學電子學教研組.數字電子技術基礎[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2]董玉冰.Multisim 9在電工電子技術中的應用[M].第一版.北京：清華大學出版社，2008.&