数电课程设计 计时器讲解Word文档下载推荐.docx

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摘要：

基于数字电路课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的环节，是真正锻炼学生能力的环节。

在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒计时，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通信号控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。

在篮球比赛中，规定了队员的持球时间不能超过30S，否则就犯规了。

本课程设计的“篮球竞赛30S计时器”，可用于篮球比赛中，用于对队员持球时间30S的限制。

一旦队员的持球时间超过了30S，它自动的报警从而判定此队员的犯规。

篮球竞赛30S计时器具有计时、暂停、清零、报警的功能，整个电路的设计借助于Proteus仿真软件和数字逻辑电路，并在Proteus下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

再通过实际焊接和调试来现实实现这些功能。

关键词：

计时器；

脉冲发生器；

数码显示；

清零；

报警

第一章设计任务

篮球竞赛30S计时器

1.具有显示30S计时功能；

2．设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能；

3．在直接清零时，要求数码显示器灭灯；

4．计时器为30S递减计时，计时间隔为1S；

5．计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。

第二章方案设计及比较

2.1设计方案

根据目前所学的知识，主要有以下两种设计方法

（1）.方案一：

图2.1方案一篮球竞赛30S计时器电路

（2）.方案二;

图2.2方案二篮球竞赛30S计时器电路

2.2方案比较

方案一：

虽然元器件也挺多，但对比与方案二更多，而且需要的芯片也更少，这样所需成本更少，线路更简单些，焊起来也更快。

方案二：

结构复杂，线路很多，用的元器件也比较多，而且要用到两个555芯片，需要的芯片也更多，这样在实际焊的过程中工作量比较大。

所以，综合考虑，选择方案一较好。

第三章单元电路分析与设计

3.1电路设计原理

篮球竞赛30S计时器的总体参考方案框图如图3-1所示。

它包括秒脉冲发生器，30S计时器，单元译码显示部分，报警电路和外部操作信号五大块组成，其中外部操作信号包括置数启动，暂停和清零电路。

图3.1篮球竞赛30S计时器设计总框图

3.2单元模块

3.2.1脉冲产生电路（555定时器）

555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。

这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。

NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能（集成块图在下面）

1地GND2触发

3输出4复位

5控制电压6门限（阈值）

7放电8电源电压Vcc

用555定时器构成多谐振荡器：

用555定时器构成多谐振荡器电路如图（a）所示。

电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。

如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图（b）所示。

3.2脉数发生器示意图

输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:

tW1＝0.7（R1＋R2）C（3.2.1–1）

tW2＝0.7R2C（3.2.1–2）

T＝tW1＋tW2＝0.7（R1＋2R2）（3.2.1–3）

这里的脉数发生器R1=51KΩ,R2=47KΩ,C=1uf

周期T=0.1s

3.2.2计时器

计时器部分由两片74Ls192和一片74Ls161组成

（1）.74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现分频器等很多重要的功能.

图3.374Ls161引脚图

管脚图介绍：

时钟CP和四个数据输入端P0~P3

清零/MR

使能CEP，CET

置数PE

数据输出端Q0~Q3

图3.474Ls161功能表

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。

当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CR=LD=EP=ET=“1”，CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。

74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·

Q1·

Q2·

Q3·

CET。

合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

这里将74Ls161置数为6，计数从6到15变成十进制计数器，脉数发生器周期为0.1秒，经过74Ls161,每循环一次，TC进位端发生一个高信号，于是相当于TC端是发出周期为1秒的脉冲信号。

（2）.74LS192为可预置的十进制同步加/减计数器（双时钟），其清除端是异步的。

图3.574Ls192引脚图

引出端符号

TCD错位输出端（低电平有效）

TCU进位输出端（低电平有效）

CPD减计数时钟输入端（上升沿有效）

CPU加计数时钟输入端（上升沿有效）

MR异步清除端

P0～P3并行数据输入端

PL异步并行置入控制端（低电平有效）

Q0～Q3输出端

当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能；

预置是异步的，当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（P0～P3）相一致的状态；

计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在4个触发器上而实现。

在CPD、CPU上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。

当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。

当计数上溢出时，进位输出端（TCU）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPU低电平部分的低电平脉冲；

当计数下溢出时，错位输出端（TCD）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPD低电平部分的低电平脉冲。

当把TCD和TCU分别连接后一级的CPD、CPU，即可进行级联.

74Ls192设计部分如下：

图3.674Ls192设计

高片74Ls192置数为3，低片74Ls92置数为0，低位CP接74Ls161的TC（15管脚）。

当低位74Ls92从0减为9时，借位端发出信号，使高位74Ls92从3到2，低位每计数十下，高位减一下。

3.2.3单元译码显示部分

单元译码显示部分也由两部分组成，一部分是74Ls48，一部分是共阴数码管。

（1）.74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。

图3.774LS48引脚图

图3.8数字显示译码器

图3.9BCD七段译码器真值表

（2）.共阴数码管

图3.10共阴数码管引脚图

译码管和数码管的连接:

图3.11单元译码显示部分

3.2.4报警电路

图3.12光电报警电路

BO1为低位74LS192的借位端，BO2为高位74LS192的借位端，到低位从0到9时，BO1发出“0”信号，但不会使发光二级管亮灯，只有当计数器见到00时，B01和BO2同时发出“0”信号，才能使发光二级管发光，产生报警作用。

3.2.5外部操作信号

外部操作信号由置数，暂停，清零三部分构成。

1、操作“清零”开关，要求计数器清零，当开关闭合是继续工作，开关打开是使两片74ls192的清零端为高电位，于是清零端工作。

2、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示30，断开“启动”开关，计数器开始进行递减计数。

3、当“暂停/连续”开关处于闭合时，发出低电平，通过与555的输出端与非，从而使与非后的信号一直为高电位，即脉冲信号失效，显示器保持不变。

当此开关处于打开时，计数器继续累计计数。

第四章

总原理图

根据上述设计思路和参数设计得到总电路原理图：

图4.1总电路原理图

第五章实物图的连接与调试

5.1实物图的连接

1.准备数字电路试验箱一个，74LS48两块、74LS192两块CC4011一块。

2.检测各元件逻辑功能的完整性。

3.连接实物电路，按要求进行实验。

5.2调试仪器和设备

万用表示波器导线镊子

5.3实物图的调试

（1）.连接好实物图后打开电源，合上置数开关S1，结果如图5.31显示

图5.31实物连接图

（2）.发现计时器计数太快，周期差不多是0.1秒，发现电容弄错了，于是把电容改小了十倍，再测试周期正常为1秒。

（3）.电路开始倒计时。

如图5.32所示

图5.32倒计时中

5.4电路的调试结果及分析

经多次调试后连接5V直流电源后，数码管首先显示数字为00，闭合置数开关，数字显示为30，打开置数开关，计数器开始计时，从30一直到00，计数期间按下暂停键，数码管显示不变，打开后继续计算，当数码管到了00时，发光二极管发亮同时数码管显示不变，停在00。

结果与设计要求都符合，说明这次设计成功。

第六章实验总结

在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。

整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。

通过本次的课程设计，最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了寻求解决问题的能力和团队精神,也增强了其它方面的能力。

在设计中，充分应用所学的知识。

这次实践让人受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了大家的设计思维，增强了实际操作能力。

在让大家体会到设计电路艰辛的同时，更体会到成功的喜悦和快乐。

这次设计所用的的仿真软件工具是Multisim，总体上感觉Multisim这软件还不错，以后多练习，以便更好的运用。

参考文献

[1].余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版）.高等教育出版社，1999.

[2].陈大钦.电子技术基础实验.高等教育出版社，2000.

[3].唐颖、马杰、王海云.数字电路.重庆大学出版设，2004。

[4]阎石.数字电子技术基础.北京：

高等教育出版社，2006.

[5]代启化．Proteus在电路系统设计中的应用.2006.

[6]肖景和．CMOS数字电路应用300例.中国电力出版社,2006.

数字电子技术》课程设计评分表

XXXX学生姓名：

某某

指导教师签名：

年月日

项目

主要内容

满分

得分

设计报告

设计报告规范、完整、无原理性错误

40

电路设计

电路设计与参数计算

20

电路测试

测试结果与分析

电路安装

实际电路安装与调试

总分

100