数字逻辑课设秒计时器的设计.docx
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数字逻辑课设秒计时器的设计
洛阳理工学院
课程设计报告
数字逻辑课程设计
课程名称___________________________________
秒计时器电路的设计
设计题目___________________________________
计算机科学与技术
专业___________________________________
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班级___________________________________
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学号___________________________________
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姓名___________________________________
2015年**
完成日期___________________________________
课程设计任务书
秒计时器电路的设计
设计题目：
________________________________________
设计内容与要求：
1.课题分析，收集设计相关的文献资料，从整体上把握课题设计方案。
2.根据系统总体要求，设计原理框图。
3.使用中小规模数字集成电路完成秒计时器制作，电路要求：
（1）电源打开时，数码管初始状态显示为“00”，系统进行正常运行，计时器开始递增计数，循环00～59的秒计时。
（2）按下清零开关，计数器进行置数，完成复位功能。
（3）按下暂停开关，暂停计时；弹起暂停开关，计数器继续累计计数。
（4）完成电路焊接调试，达到设计任务的各项技术指标。
指导教师：
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2015年1月5日
课程设计评语
成绩：
指导教师：
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年月日
1设计任务及要求
1.1设计目的
在学完了《数字逻辑》课程的基本理论后，能够综合运用所学知识设计和制作实际需要的简单电子电路，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题解决问题的能力
1.2设计任务
1.课题分析，收集设计相关的文献资料，从整体上把握课题设计方案。
2.根据系统总体要求，设计原理框图。
3.使用中小规模数字集成电路完成秒计时器制作。
1.3电路要求
（1）电源打开时，数码管初始状态显示为“00”，系统进行正常运行，计时器开始递增计数，循环00～59的秒计时。
（2）按下清零开关，计数器进行置数，完成复位功能。
（3）按下暂停开关，暂停计时；弹起暂停开关，计数器继续累计计数。
（4）完成电路焊接调试，达到设计任务的各项技术指标。
2设计方案
2.1秒计时器的功能和结构
2.1.1功能
本课题研究的数字计时器，应满足经济、实用的特点。
经济和实用这两个因素就要求了这种计时器不仅能够实现计时、暂停、清零的功能，还应该结构简单且有可扩展的其他功能。
2.1.2结构
结构框架如图2.1所示：
图2.1计时器设计框架图
它主要包括以下几大模块，功能如下所述：
频率产生模块：
用于产生32.768KHZ的频率。
分频模块：
用于将产生的频率转换成1KHZ的频率。
同步加计数模块：
将输入的信号转换成8421码，并送到译码器。
译码器模块：
将输入的BCD码（8421码）转换成7位断码
显示模块：
通过数码管显示计数。
暂停模块：
按下暂停开关实现计时停在当前状态。
清零模块：
按下复位键，实现重新计数的功能。
2.2秒计时器的器件选择
主要元件有5个数字集成电路（CD45432个；CD45181个；CD40401个；CD40601个）、2个一七段数码管和发光二极管、32.768HZ晶振,开关以及电阻若干。
图2.2秒计时器器件单
3秒定时器的硬件电路设计
3.1整体电路
整体电路图如图3.1所示：
图3.1电路原理图
3.2各模块原理分析
3.2.1频率发生器设计
使用32.KHz的晶振来产生频率。
图3.1频率发生器
3.2.2分频电路设计
分频电路的设计首先使用CD4060芯片将输入的频率信号进行14分频，输出的频率又将作为CD4060的输入再次进行分频，最终的到1HZ/s的频率。
图3.2分频电路
3.2.3加计数器电路设计
本次设计所用的芯片为CD4818，对于“A”：
只要输入一个时钟脉冲，计数单元1A翻转一次；当1A为1，1D为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元1B翻转一次；当1A=1B=1时，每输入一个时钟脉1冲C翻转一次；当1=1B=1C=1或1A=1D=1时，每输入一个时钟脉冲1D翻转一次。
这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。
对于“B”：
当2B=2C=1时恢复到“0”态。
在2B和2C分别接了一个二极管，当两个同时为1的时候由于二极管的但想到同形式的输出的信号为低电平，并使得复位端为有效电平高电平，即达到清零的作用。
图3.3加计数器
3.2.4译码器电路设计
本次电路设计中驱动数码管显示器使用用了两个CD4543芯片，来分别驱动两个共阴极的数码管将输入的BCD码转换成输出的显示段码。
让LD端保持高电平,BI端和PH端保持低电平使得显示从0-9和0-6之间循环。
图3.4驱动电路
3.2.5显示电路设计
显示电路采用了共阴极的数码管来作为显示器。
其每一段之前都加了一个1千欧姆的电阻来限制电流，以保证数码管能够正常的显示。
图3.5显示电路
3.2.6暂停电路设计
暂停电路的设计的实质是让秒计时器暂停工作，即停止频率的产生，故在频率产生的地方加上一个开关，来控制频率的产生；当开关闭合时晶振就工作，断开时就停止工作；此时其他部件的状态保持不变，已达到暂停的目的。
图3.6暂停电路
3.2.7复位电路设计
复位电路中，用了一个轻触开关来控制；让开关与VCC相连，并连到两个计数器的复位端。
两个个计数器的复位端是高电平有效，当按键按下时就能使复位端产生高电平，使其工作，以达到清零的目的。
图3.6复位电路
4电路制作与测试
4.1电路制作
4.1.1注意事项
（1）在拿到电路PCB焊接板时，要先看看电路板的排布，然后根据焊接步骤，将元器件安装一个焊接一个，焊接前要注意元器件的正负极，安装正确；
（2）正确插入元件：
按照从低到高、从小到大的顺利安装，极性要符合规定，对于手工安装，应分批安装。
（3）安装电解电容时，注意正负极，其外表面上有减号的一侧的引脚是负极，或长引脚是负极也可以；
（4）焊接芯片时，要注意缺口方向，切勿焊反了。
4.1.2焊接工艺
a.焊接步骤：
1）浸润：
焊接部位首先达到焊接的工作温度时助焊剂首先融化，然后焊锡融化并于被焊元件和焊盘表面接触；
2）流淌：
液态的焊锡充满整个焊盘和焊缝，将助焊剂排除。
3）合金：
流淌的焊锡与被接元件和焊盘表面产生合金。
4）凝结：
移开电烙铁，温度下降，液态焊锡冷却凝固变成固态，从而将元件固定在焊盘上。
b.工艺要求
1）各元器件按照图纸的制定位置孔距进行插装、焊接。
2）电阻插装焊接：
卧式电阻应紧贴电路板插装焊接，立式电阻应在离电路板1－2mm处插装焊接。
3）电容插装焊接：
陶瓷电容应在离电路板4－6mm处插装焊接，电解电容应在离电路板1－2mm处焊接。
4）二极管插装焊接：
卧式二极管应在离电路板3－5mm处插装焊接，立式二极管应在离电路板1－2mm（塑封）和2－3mm（玻璃封）处插装焊接。
5）集成电路插座插装焊接：
应紧贴电路板插座焊接。
c.元件焊接的要求
手工焊接是利用电烙铁加热焊料和被焊金属，实现金属间牢固连接的一种焊接工艺技术，其工艺简单，不受使用场合和条件的限制，尤其是在电子产品的调试维修中占有重要的位置，因此，掌握手工焊接工艺依然是电子产品装配人员的基本技能。
1）焊点的外观要求
形状以焊点的为界，左右对称，锡点呈内弧形；焊料量均匀适当，锡点表明要圆满、光滑、无针孔、无松香渍、无毛刺；润湿度小于30。
2）焊点的技术要求
具有一定的机械强度，保证被焊件在受到振动和冲击时，不出现松动。
保证其良好、可靠的电气性能。
具有一定的大小、光泽和清洁美观的外表。
4.2电路调试
4.2.1电路检测
调试前，先将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍，不要有错误、漏洞、短路、元器件相碰等现象发生。
在焊接完成之后，上电调试之前，需要使用万用表进行测试，避免电路中出现短路，将芯片烧坏，以及检测电路中是否有元器件正负极接反了。
4.4.2电路调试
（1）电源打开时，数码管初始状态显示为“00”，系统进行正常运行，计时器开始递增计数，循环00～59的秒计时。
（2）按下清零开关，计数器进行置数，完成复位功能。
（3）按下暂停开关，暂停计时；弹起暂停开关，计数器继续累计计数。
5心得体会
本次我们实习的内容是秒计时器的设计，我们做的是一种简单的60秒的计时器，这是一次对所学的内容进行的一次综合性训练。
不仅要求对电路的原理搞懂，而且还应掌握一定的电路焊接技巧。
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6参考文献
[1]欧阳星明.数字逻辑[M].武汉:
华中科技大学出版社,2009
[2]王义军，数字电子技术/电气工程及其自动化，中国电力出版社，2006,01。
[3]阎石，数字电子技术基础（第五版），高等教育出版社，2006年。
[4]乔庐峰,王志功等译.VHDL数字电路设计教程[M].北京:
电子工业出版社,2005
[5]江捷，马志诚，数字电子技术基础，北京，北京工业大学出版社，2009,10,01。
[6]黄智伟，李传琦，邹其洪，基于Multisim2001的电子电路计算机仿真设计与分析，电子工业出版社，2004年7月。
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