多用时间控制器的设计资料Word文件下载.docx
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成绩评定表：
序号
评定项目
评分成绩
1
设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）
2
设计结果可信（例如：
系统分析、仿真结果）（15分）
3
态度认真，遵守纪律（15分）
4
设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）
5
答辩（30分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2016年6月17日
一、概述
数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。
根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成MSI电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成（ULSI）电路。
数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。
应用的仿真工具Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真，通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
三位数字显示计时定时器是用来计时定时报警的，发射一个脉冲信号，经过74LS160D计数器来实现分秒的计时。
显示器由6个LED数码管组成，来显示分和秒的。
通过设置两个开关，来实现计时定时器的任意启停以及复位。
通过用74HC154的片子进行译码，这样就可以比较方便的设计出合理的电路，用与门和非门来实现计时定时器在特定的时间点声光报警，此装置可以用于各种计时器以及不同类型的报警定时装置，如闹钟，计时器，数码家电等等各个行业，用途十分广泛。
二、方案设计
本课题的基本思路是在设计出一个时钟的基础上，利用储存器设定时间，在设定的时间进行报警、提示等现象。
这个装置在日常生活中用得非常广泛。
本课题的重点在存储器、定时单元和执行单元。
技术指标及要求：
1．走时精度，每日误差≤1秒。
2．启动控制时间误差不超过1分钟。
3．控制时间可以任意设置（如铃响时间6秒，音乐声30秒，电饭锅30分）
整个思路的框图如下图1所示。
将标准秒信号送入“秒”计数器，累计60秒发出一个“分”脉冲信号，送到“分”计数器中；
分计数器累计60分发出一个“时”脉冲信号，该信号将被送到“时”计数器。
“时”计数器采用24进制计数器，实现对一天24小时的显示。
D存储电路是根据计时系统输出状态，产生一脉冲信号，然后去触发D存储器实现定时打铃。
定时执行器中的定时单元是数字的定时电路。
只要适当地改变“与非”门的接法和计数器的位数，就可以改变定时长短，执行单元通过集电极开路“与非”门的输出端，直接接负载继电器控制电子器件的正常运行。
图1电路总体方框图
1.时、分、秒电路的设计
（1）秒信号发生器的设计
本实验要求每日误差≤1秒。
我选用1HZ的标准脉冲。
本设计采用555集成定时器组成多谐振荡器产生1Hz的标准脉冲电路图（如图2所示）。
555定时器与两个电阻和一个电容产生负脉冲序列，得到秒脉冲的信号的电路波形图（如图2）。
令R1=43kΩ，R2=50kΩ，C＝10uF,产生周期T为1秒的脉冲信号。
（2）时、分、秒计数器的设计
本实验采用74LS160分别构成60进制和24进制计数器分别作为分秒和时。
1）60进制计数器。
先将2片芯片连接成100进制计数器，在此基础上，用反馈清零法将高位的QB和QC分别接至俩芯片的Ro，Rl端，在第60个脉冲后，计数器输出为01100000，高位的QB和QC同时为1，再通过一个与门使计数器立即返回到00000000状态。
2）24进制的计数器。
先将2片芯片连接成100进制计数器，在此基础上，用反馈清零法将高位的QB和低位的QC分别接至俩芯片的Ro，Rl端，在第24个脉冲后，计数器输出为00100100，高位的QB和低位的QC同时为1，再通过一个与门使计数器立即返回到00000000状态。
（3）任意定时电路的设计
任意定时电路有由译码器和D触发器组成，附带有两个灯泡作为闹钟，通过用译码器提前设置闹钟的定时时间，用D触发器构成的锁存器将输入的闹钟时间保存，然后用比较器比较计时时间与锁存器的闹钟时间，若时间相等，输出闹钟信号，进行闹钟。
图2脉冲信号波形图
2.译码显示电路的设计
译码电路功能是将“时”、“分”、“秒”计数器的输出译码进行翻译，变成相应的数字。
用于驱动LED七段数码管的译码器，常用74LS47来实现。
3.任意定时电路的设计
定是电路设计通过74HC154的译码片子对信号进行译码显示，这样可以很方便的设置任意定时的控制时间，对于电路的实际运用有很大的可行性，用灯泡显示定时时间的显示器件，不仅效果明显，而且经济可行，廉价。
三、电路设计
3.1计数/编码电路
加、减输入信号经十六进制计数器后分别得到分和秒的输出信号，然后输入到译码显示电路，十六进制计数器由三块74LS161D（可预置BCD加/减计数器（双时钟））构成（如图3部分）。
秒的个位计数应逢十进一，秒的十位计数应逢六进一，分计数应逢十进一。
74LS160是中规模集成同步十进制加法计数器，具有异步清零和同步预置数的功能。
使用74LS160通过置零法或置数法可以实现任意进制的计数器。
①异步清零：
当Rd＝0时，Q0＝Q1＝Q2＝Q3＝0。
②同步预置：
当
＝0时，在时钟脉冲CP上升沿作用下，Q0＝D0，Q1＝D1，Q2＝D2，Q3＝D3。
③锁存：
当使能端
时，计数器禁止计数，为锁存状态。
④计数：
当使能端EP＝ET＝1时，为计数状态。
对74LS160的片子进行串行可制作为100进制的，对秒和分钟的进位，个位是0-9的十位进位计数，每次逢9进一，对于十位的数字由0-5的进位关系，每次逢5进一，故通过两个片子串行或者并行可以从0-59的60进制的计时器，符合实验的要求设计思路，对于电路的可行性有很大的适用性。
用两片74LS160和门电路构成24进制计数器（用复位法），要求译码显示，并显示数字为00－23的循环。
用74LS160和门电路设计一个计数译码显示电路，要求计数显示为0-6。
图3计数/编码电路图
3.2译码显示电路
译一般译码显示电路选用显示译码器和显示器配合好的器件,使得驱动功率足够大，逻辑电平相匹配。
本电路系统采用共阴型LED数码管和灯泡作为显示电路，数码管由7个发光二极管组成,行成一个日字形,它门可以共阴极,也可以共阳极.通过解码一般由单片机的程序来完成电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字,这就是它的工作原理.在Multisim中有很不同类型的LED数码显示管，根据每一个管子的性能可以分为共阴极和共阳极两种，又可以通过管子的输入端有四位输入、七段式和八段式，相同的管子又有很多不同的颜色，此次设计中采用了四位输入的LED数码管，应取地址符为4位，输出的数据为8位的，通过LED数码管可以清楚显示数值，这次课程设计中数码管的主要作用是显示数值，通过脉冲信号激发74LS160的片子以及其他的与非门制作的24小时计时器，在LED数码管上显示时、分、秒。
LED数码管的引脚接线从左到右依次是D、C、B、A，连接时分别与74LS160的QD、QC、QB、QA的引脚相连接，在Multisim中没有闹钟，灯泡主要是任意定时的显示器件，故用灯泡来替代闹钟。
LED数码管来作为任意定时的显示部分，用高电平驱动LED数码管时不能用普通TTL译码器，LED数码管在材料的选择方面经济适用，廉价，在模拟仿真中有着广泛的运用，在我的电路图中用u1,u2,u3,u4,u5,u6数码管（如图4部分）。
图4显示电路图
3.3蜂鸣器与定时灯泡
本电路中响铃用蜂鸣器来报当时间为30分钟时的报警提示装置，蜂鸣器是一个接受信号发出声音的器件，通过调整蜂鸣器的震动频率可以很方便的设置音量的大小，响铃时间为2秒。
x1为6秒钟定时显示灯泡，当仿真开始后，通过脉冲一74LS160使数码管显示秒脉冲，当时间为0-6之间，灯一直处于亮的状态，由于设置的定时时间是6秒，当到达第7秒时灯马上熄灭。
x2为30秒定时显示器，当时间在0-30之间，一直处于灯亮的状态，当LED数码管秒计数显示是31秒时，灯泡马上熄灭，这是由于设定的定时时间为30秒通过译码器可以很方便的设定任意的定时时间。
蜂鸣器是用来当时间为30分钟时报警提醒的器件，通过与与门、或门等连接成定时报警装置。
3.4开关控制电路
本电路中用一个电路来控制计时的暂停，并保持计时结果。
开关在任何实验以及实践生产中有很的用途，开关既可以使电路处于导通状态，又可以使不同的器件显示高和低电平，再用一个开关用来开机复位。
（如图5部分）S1用来控制秒使其可以复位清零，也可用来实现暂停并保持计时结果。
S2用来实现分钟的同步加。
S3用来控制小时的同步加法。
图5控制开关图
四、性能测试
4.1打开Multisim
13软件，将电路进行仿真调试。
首先在Multisim13的交互仿真设置里设置最大初始仿真时间为2秒，最小的初始仿真时间为1秒，此操作可以使555定时器的误差减小，同时又保证了与系统时间同时变化。
1、从放置菜单选择元器件或者从工具栏上选择元器件；
2、放置好元器件之后，连线，鼠标指针停留在元件管脚上单击就可以将导线引出来了，到要连接到的管脚再次单击就可以将导线画好；
3、画好导线之后，选择万用表或者示波器等仪器仪表连接到适当的位置；
4、点击运行就可以仿真了，双击仪器仪表，打开仪表界面，进行设置和观察仿真结果。
进行仿真开始进行前置S1闭合操作，以确定电路既能能正常运行，又能满足题目的设计要求。
当系统不加入任何输入脉冲时（计时还未开始时）开关S1处于闭合状态，S2与S3处于断开状态，灯泡X1、X2处于开启状态，就是灯泡全都处于发光状态，LED数码管均显示0的状态，初始的系统的电路显示图如图6所示：
图6初始电路图
4.2验证6秒钟任意定时功能。
当系统加入开始输入脉冲信号时，脉冲信号的产生有555定时器完成，每秒跳动一次，这是由于事先设定计算好的，数码管的显示跳动时间与实际系统显示的时间完全一样，跳动的CLK时钟脉冲信号进入了由74LS160组成的计时器中，通过LED数码管显示跳动的时间信号。
打开开关S1进入计时，当时间为6秒钟时X1灯灭，此时的定时时间为6秒钟，X2灯仍然处于发光开启状态，X2的定时时间为30秒钟。
在此时的LED数码管秒显示管显示06，符合实验的要去以及设计指标，达到了实验预期的目标，实验的运行结果显示电路图如图7所示。
图7开始6秒定时图
4.3验证任意设定的时间为30秒。
当系统加入开始输入脉冲信号时，通过提前设定的时间可以看到与4.2相似的实验现象，打开开关S1进入计时，当时间为30秒钟时X2灯灭，此时的定时时间为30秒钟。
在此时的LED数码管秒显示管显示30，符合实验的要去以及设计指标，达到了实验预期的目标，实验的运行结果显示电路图如图8所示。
实验现象完全符合设计的理论要求。
图8开始30秒定时图
4.4验证30分钟任意定时。
当系统加入开始输入脉冲信号时，打开开关S1进入计时，当时间为30秒钟时X2灯灭，此时的定时时间为30秒钟。
（如图9部分）。
图9开始30分钟定时图
五、总结
这个实验的难度比较大。
这个实验有前面部分我们可以已经利用学过的知识去做，而且芯片的种类可以选择很多，我选择了74LS160构造时钟，因为这个芯片我以前用过，虽然有双10进制的芯片，但是我不怎么了解它的功能，所以还是选择了74LS160和74HC154的片子。
而后面部分只能靠我们自己去找资料去自学。
通过一个星期的努力，我用Multisim成功模拟出三位数计时定时器的功能来。
中途遇到很多的困难，像是一开始连安装这个软件安装不成功，最后通过找到适合自己系统版本才成果安装，让我知道什么叫做万事开头难。
可是难的何止是这个开头，接着就是要学习这个软件的使用方法，好在这个软件上手比较容易，但是还是要用掉我一个晚上的时间用来操作。
懂的操作就是开始制作我们的题目“三位数计时定时器”，但是实际操作中还是遇到了很多问题。
秒的十位显示的是十进制，报警器不亮等，最后通过不断地反复学习验证，一点一点的解救问题。
实践是检验真理的唯一标准这句话你不得不信，看起来复杂的电路经过细心的分析就知道原来是如此的简单，同理看起来很简单的电路认真分析你还是分析不出来原理。
但是实践有一个好处就是有时你并一定要知道他的原理是什么，只要知道他有什么用就行了。
参考文献
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附录I总电路图
附录II元器件清单
编号
名称
型号
数量
U1,U2,U3,U4,U5,U6
LED数码管
DCD_HEX
6
U7,U8,U9,U10,
U11,U12
计数器
74LS160D
U13A,U13B,
U13C,U13D
与非门
74LS00D
U14A,U14B,
U14C,U14D,
U32A
与门
74LS08D
U16A,U16B,
U16C,U16D,
U16E,U30A,
U30B
非门
74LS04D
7
U15A,U15B
U15C,U18C
U20C,U21C
U23C,U33C
或门
74LS32D
8
A1
555定时器
555_VIPTUAL
R4，R5
电阻
ANZIY32.2
9
S1，S2，S3
开关
SPST
10
U19
蜂鸣器
BUZZER
11
导线
若干
升级会员 