30秒定时器设计概论

设计题目：30秒定时器设计

一、设计目的

掌握计数器、译码器、锁存器、定时器等模块电路的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路；分析与设计时序控制电路。画出30秒定时器的所有组成电路模块和整机逻辑电路图，掌握定时器的工作原理及其设计方法，并对各电路模块和元件的应用有所了解。

二、设计任务

1、设计一个30秒定时器，具有数码显示30秒计时功能。

2.、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动\连续功能。

3、计时器为30秒递减计时器，其计时间隔为1秒。

4、计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯, 显示器显示00，并发出光电报警。

三、整机框图

30秒定时器的原理框图如图1：

图1：30秒定时原理框图

30秒定时器主要由秒脉冲发生器、控制电路、计数器、译码显示器电路和报警电路五部分组成。计数器完成30秒减计时功能，而控制电路是直接控制计数

器的清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示等功能。操作直接清零开关

时能够使计数器清零并且使数码显示器显示00，当启动开关闭合时，

控制电路应封锁时钟信号CP(脉冲信号)，同时计数器完成计数功能，译码显示

电路显示30秒；当启动开关断开时，计数器开始计数：当暂停/连续开关闭合时，

控制电路封锁时钟信号CP，计数器处于封锁状态，计数器停止计数；当暂停/

连续断开时，计数器连续累计计数。

四、各部分电路设计

1、秒脉冲电路

图2：秒脉冲电路

秒脉冲产生电路采用555定时器来实现。555定时器是一种多用途集成电路，应用相当广泛，通常只需外接几个阻容元件就可以很方便的构成施密特触发器和多谐振荡器。利用555定时器构成多谐振荡器的方法是把它的阀值输入端TH和触发输入端TR相连并对地接电容C，对电源VDD接电阻R1和R2，然后再将R1和R2接DIS端就可以了。由555定时器构成的秒脉冲产生电路如图二所示。

多谐振荡器的振荡周期为：

T=0.7（R1+R2）C=0.7（47+2*47）*1000*10*0.000001=987ms=1s

2、减计数器电路

减计数电路如图三，计数器74HC192是具有异步清零、异步预置功能的双时钟十进制同步加/减计数器，当S3接+5V时，CR为高电平，计数器清零；当

S3接地时，CR为低电平、LD为低电平，D0~D3端输入的数据d0~d3被置入计数器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。当CR为低电平、LD为高电平时，如果CP D为高电平，由CP U端输入计数脉冲，进行加计数；如果CP U为高电平，由CP D端输入计数脉冲，则进行减计数；如果CP D和CP U端都为高电平，计数器保持状态不变。

图3：30进制减计数器

用两片74HC192实现30秒定时器的计数，如图三。当S3接地（即CR=0），同时启动开关S1合上时，两片74HC192的LD=0，计数器置30秒。当S1断开时，LD=1，计数器工作，端CP D输入秒脉冲时，进行减计数。当计数器减计数到0时，BO1和BO2同时输出低电平0。

3、译码和数码显示电路

译码器将各级十进制计数器的计数结果进行二—十进制译码，并驱动数码管用十进制符号显示出来。如图四：

图4：译码和数码显示电路

在图四中，4511为BCD七段锁存数码驱动器，其输入端A、B、C、D分别接计数器的输出端Q0、Q1、Q2、Q3；输出端a~g分别接数码显示器的七段a~g。数码显示器选用七段共阴极数码管，显示器的接地线与地线之间串人一个限流电阻，以防止电流过大而烧坏数码管。

4、时序控制电路

图5：时序控制电路

减计数器电路如图五，BO1和BO2是个位和十位计数器的借位输出端，S2是暂停/连续开关，开关S2打向2时，G3输出高电平，控制门G4打开，秒脉冲

信号可以通过控制门G4使计数器进行减数计数；开关S2打向1时，G3输出低电平，G4门关闭，秒脉冲信号被封锁，计数器处于锁存状态。计数器进行30秒倒计时后，十位计数器和个位计数器同时借位，BO1和BO2均为低电平，控制门G1输出低电平，二极管发光，同时G5门关闭，计数器不再进行计数，并显示00.

5、整机框图

整机电路如图六所示，当开关S3打到2处，计数器74HC192（1）和74HC192（2）清零；当S3打到1处，计数器处于工作状态。当S1接下时，计数器置30秒。这时如将开关S2打到2处，G3输出高电平，计数器进行减计数。如将S2打到1处，G3输出低电平，减计数器停止计数，显示的数字不变。如再将S2打到2处，则计数器继续进行减计数。当计数器减计数到00时，BO1和BO2同时输出低电平，控制门G1输出低电平，发光二极管发亮，同时G5被封锁，停止减计数。

图六整机框图

6、元件清单

元件名称型号数量电阻720欧姆15

10K欧姆 5

47K欧姆 2 电容0.1uF 1

10uF 1 定时器555 1

显示器共阴数码管 2

计数器74HC192 2

译码器CD4511 2

非门74HC04 1 二输入与非门74HC00 1

发光二极管 1

开关 3

五、调试要点

1、用示波器观察555定时器经分频后得到的一个秒脉冲。

2、时序控制电路调试：将开关S2打向2侧，秒脉冲信号加入到控制门G4输入端，用示波器观察G5输出端是否有秒脉冲输出。

3、30秒减计数器的调试

将开关S2和S3打到1侧。按一下启动开关S1时，计数器值30，显示器应显示30秒。BO1和BO2端输出高电平，G1输出高电平，发光二极管不发光。秒脉冲信号加入到计数器的端，看计数器能否正确进行减计数。开关S2打向2侧，减计数器是否清零。

4、整机调试

连接好整机电路，进行整个电路调试，直到定时器能够实现30秒正计时和倒计时。

六、性能测试与分析

性能测试

在面包板上焊接定时器，焊接时应严格按图连接引脚，注意走线整齐，布局合理，器件的悬空端、清零端、置1端要正确处理。调试步骤和方法如下：

1、用示波器检测秒脉冲电路输出频率为1Hz。

2、接通电路：S3打向1端，S2打向2端，S1合上。此时观察，显示器示数为30；S3打向2时，计数器开始计数。

3、当30秒计数完成后，二极管发光，显示器示数为0-0。说明此电路功能完好。