数电课程设计考试天数倒计时1Word格式.docx
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评定指标
标准
评定
合格
不合格
单元电路及
整体设计方案
合理性
正确性
创新性
仿真或实践
是否进行仿真
或实践
技术指标或性能符合设计要求
有完成结果
设计报告
格式正确
内容充实
语言流畅
标准说明：
以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。
总成绩
日期
年月日
课程设计任务书
一、设计题目
考试天数倒计时器的设计
二、设计任务
显示两位数倒计时，如99到1
1.当到9时喇叭自动响0时结束
2.用LED数码管显示结果
3.可以实现预置数功能
三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天：
针对选题查资料，确定设计方案；
第2天：
方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择；
选用芯片参考：
减法器、74160A、74LS48、LED数码管。
第3～4天：
利用Multisim或PROTUES电路仿真，画电路原理图；
第5天：
编写整理设计报告。
四、设计要求
1.画出整体电路图。
（Protel或AltiumDesigner或Multisim,推荐AItiumDesigner）。
2.对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。
3.写出设计报告书。
闫孝姮
时间：
2014年6月24日
1.2设计方案.......................................................................................................3
2.1脉冲发生电路...............................................................................................4
2.1.1555定时器............................................................................................4
2.1.2用555定时器构成多谐振荡器...........................................................4
2.2计数器电路..................................................................................................6
2.3译码显示电路................................................................................................7
2.4控制电路.......................................................................................................9
2.4.1报警电路...............................................................................................9
2.4.2置数、暂停、清零、控制电路..........................................................10
3总体电路仿真...................................................................................................12
4设计小结...........................................................................................................13
参考文献...............................................................................................................14
摘要
倒计时器在日常生活中应用比较广泛，比如篮球比赛是用的30秒倒计时，还有交通灯使用的60秒倒计时等等，但是这些倒计时器仅用在特定的场合，通用性比较差。
为此，本文通过简单的数字逻辑电路器件，搭建成了可以实现预置数功能的倒计时器。
本倒计时器主要有六个模块构成：
脉冲发生器、计数器、译码显示电路、置数电路、控制电路和报警电路；
本倒计时器主要采用555构成的振荡电路,由74LS190、74LS48和七段共阴LED数码管构成计数译码显示电路,由74LS147，74LS04构成的置数控制电路。
本计时器具有启动计数、暂停/连续计数，清零以及置入任意两位数作为计数起点，在最后十秒发出声光报警等功能。
本倒计时器比较好的解决了目前倒计时器通用性差的问题。
关键词：
任意置数倒计时；
译码显示；
控制；
声光报警
1电路原理图设计
1.1设计原理
我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制数，在74LS192的四个输入端接74LS147的输出，在74LS147的输入用拨码开关输入，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示，置入任意两位数作为计数起点，以及声光报警等功能。
1.2设计方案
经过初步的设计，可以确定该系统应包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、置数电路，控制电路和报警电路等6个部分构成。
其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成倒计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路完成显示功能。
为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。
在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器显示零。
当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，当启动开关断开时，计数器开始计数；
当暂停、连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；
当暂停、连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数。
当倒计时到9时，数码管显示09，报警电路发出声光报警，给予提示。
系统设计框图如图1-1所示。
图1-1系统设计框图
在此，提出两种方案，主要是置数电路，和计数器，方案一：
置数电路可以直接用开关输入计数器高低电平，表示二进制数，如图1-2：
计数器采用74LS190级联成100进制减法计数器。
方案二：
采用拨码开关，和74LS147优先编码器，进行置数，将74LS147输出，经反相器取反，输入计数器，如图1-2：
计数器采用74LS192级联成100进制减法计数器。
方案一，置数开关能置入0到15的十进制数，但是仅需要置入0到9即可，还有开关有机械抖动，可能会使置数不稳。
74LS190作为计数器实现直接置零不是很方便，需要占用置数功能。
方案二可以很好的弥补方案一的缺陷，所以选择方案二；
图1-2设计方案图
2各分电路功能分析
2.1脉冲发生电路
2.1.1555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。
图2-1是NE555的内部功能原理框图和内部管脚图
图2-1555管脚图
2.1.2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2-3（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,电容器C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2-3（b）所示。
图2-3555构成的振荡电路及即波形
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
tW2＝0.7R2C
T＝tW1＋tW2＝0.7（R1＋2R2）C
根据要求，该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生1Hz的脉冲，因此我们可以令R1=48k
，R2=48k
，C=10uF，得到周期T=1s，即按照图2-4连接的电路就可以产生1Hz的方波脉冲。
图2-4555定时器构成的多谐振荡电路
2.2计数器电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。
本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。
图2-5是74LS192的管脚图。
图2-574LS192管脚图
74LS192具有下述功能：
异步清零：
MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000。
（此功能可实现计数器的清零）
②异步置数：
MR=0，
=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。
③保持：
MR=0，
=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
④加计数：
CR=0,
=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
⑤减计数：
=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
按照课程设计任务书要求计数器。
我们将用两片74LS192级联成100进制减法计数器如图2-6
图2-674LS192连接图
2.3译码显示电路
本次设计中我们用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。
这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。
因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。
我们把能够将计算机输出的BCD码换成7段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中我们采用了常用的74LS48。
图2-7是74LS48的外部管脚图
图2-774LS48管脚图
七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。
该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。
它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下：
灭灯输入BI/RBO
BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。
当BI/RBO作输入使用且BI＝0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a～g均为0，所以字形熄灭。
试灯输入LT
当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1,显示字形8。
该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。
动态灭零输入RBI
当LT＝1，RBI＝0且输入代码DCBA＝0000时，各段输出a～g均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。
利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。
动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。
当LT＝1且RBI＝0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；
若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，则RBO=1。
该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。
对输入代码0000，译码条件是：
LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT＝1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。
2.4控制电路
2.4.1报警电路
任务要求在计时器倒计时到9秒时发出声光警报，因次我们可以将192的输出端按照图2-9连接，当192的高位到低位输出0000xxxx时（即倒计时到9秒时）可发出报警。
图2-9报警电路
2.4.2置数、暂停、清零、控制电路
本倒计时器，采用74LS147优先编码器，和拨码开关来完成置数功能。
当置数开关闭合，拨动拨码开关将使对应的数置入计数器，并在数码管上显示出来。
74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。
某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。
当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。
4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。
74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421BCD编码。
当9个输入全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421BCD编码输出。
图2-1174LS147引脚图
置数电路当置数开关打到低电平时，此时拨动拨码开关，想要计时的数置入计数器。
暂停/连续当暂停/开启开关打到低电平时计时器暂停，当开关打到高电平时计时器正常计时。
清零当开关接高电平时，电路清零，显示清零。
电路连接如图2-12
图2-12控制电路
3总体电路仿真
本倒计时器由5个模块组成：
时钟模块（即秒脉冲发生模块）、计数模块、译码显示模块、控制模块和报警电路。
总体仿真电路如下图3-1。
打开仿真软件Multisim11按要求在Multisim11里连接好如图所示的电路点击仿真按钮，进行仿真，在脉冲发生电路仿真中我们可以用示波器来观察产生的脉冲是否为1Hz。
最后的仿真结果是：
计时器可以从任意置入的一个两位数开始倒计时，并在计时显示09时，蜂鸣器鸣响，发光二极管点亮。
按下暂停/启动开关，可以暂停启动计数，按下清零，时计数清零，按下置数开关，
并拨动拨码开关，可以实现置数功能。
图2-1总体仿真电路图
4设计小结
通过这次课程设计，我初步学会了EDA软件multisim的使用，掌握74LS192和74LS48芯片的原理,对书本上的知识，也有了更进一步的理解与掌握。
更重要的是：
这次课程设计提升了我的应用意识，提高了我的动手能力。
只有在实践应用中，切身感悟书本里的思想，解决自身需要，才能真正吸收优秀的思想为自己所用。
通过课设了解简单倒计时的组成原理，初步掌握了两位倒计时器的调试及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。
同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立数字电子技术理论和实践的结合，了解两位倒计时器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算两位倒计时器各个单元电路。
参考文献
[1]阎石；
清华大学电子学教研组.数字电子技术基础[M].第五版.北京：
高等教育出版社，2006.
[2]董玉冰.Multisim9在电工电子技术中的应用[M].第一版.北京：
清华大学出版社，2008.
[3]王冠华.Multisim10电路设计及应用[M].第一版.北京：
国防工业出版社，2008.
[4]范文兵.数字电子技术基础[M].第一版.北京:
清华大学出版社，2007.
[5]杨志忠.数字电子技术[M].第二版.北京：
高等教育出版社2007
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