三位数字显示计时定时器设计

课程设计报告

课程设计名称：三位数字显示计时定时器设计专业班级：

学生姓名：

学号：

同组人员：

指导教师：

课程设计时间： 2周

目录

1 设计任务、要求以及文献综述 (1)

2 原理叙述和设计方案 (1)

2.1 设计方案选择和论证 (1)

2.2 电路的功能框图及其说明 (1)

2.3 功能块及单元电路的设计、计算与说明 (2)

2.4 总体电路原理图 (4)

3 电路的仿真与调试 (4)

3.1 电路仿真 (4)

3.2 调试中出现的问题及解决方法 (5)

4 制作与调试 (6)

4.1元件清单、实物照片 (6)

4.2制作与调试过程中遇到的问题及解决办法 (7)

5心得体会 (7)

6 参考文献 (8)

附录 (9)

三位数字显示计时定时器设计

1 设计任务、要求以及文献综述

3位数字显示计时定时器是一个典型的利用数字系统的例子。所谓数字系统，是指由若干数字电路及逻辑部件组成并且能够进行采集、加工、处理及传送数字信号的设备。一个完整的数字系统通常由输入电路、输出电路、控制电路、若干个子系统和时基电路等部分组成。设计要求如下：

1、计时功能。能任意启停，保持计时结果；

2、开机自动复位；

3、最大计时显示为9分59秒；

4、定时报警。

2 原理叙述和设计方案

2.1 设计方案选择和论证

方案一：设计的3位数字显示计时定时器则分别有4个子系统组成：秒脉冲时间标准产生电路、计数器、译码器和显示器、开机自动清零电路、计时启停控制电路

方案二：实现一个三位数字显示的秒表系统，单片机，lcd1602显示屏，矩阵键盘等组成部分。秒计数电路满60向分计数电路进位（显示00~59s），分计数电路满足10（显示0~9）后停止并且灯亮，等待重新复位计时。

论证：方案二比方案一好。

理由一：方案二显示的最终结果比较直观。

理由二：方案二可更改性好，方便日后的改进。

2.2 电路的功能框图及其说明

根据原理正确、易于实现、且实验室有条件实现的原则确定设计方案，画出总体设计功能框图，如图1所示。

图1 三位数字显示计时定时器功能框图

单片机：对LCD1602的显示控制，还能实现计时启停的控制。

LCD1602：将结果以直观的形式表现出来。

2.3 功能块及单元电路的设计、计算与说明

4×4矩阵键盘

当键盘中按键数量较多时，为了减少对I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，也称为行列键盘，这是一种常见的连接方式。矩阵式键盘接口见图13所示，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。当键被按下时，其交点的行线和列线接通，相应的行线或列线上的电平发生变化，MCU通过检测行或列线上的电平变化可以确定哪个按键被按下。如图2所示。

图2 4×4矩阵键盘

显示程序

本系统使用LCD1602实现显示，只要参照LCD1602的使用手册进行初始化和程序编写就可以显示，即在程序编写中添加LCD1602的驱动程序。这里的驱动程序主要包括：初始化函数、设置显示坐标、写字符函数及写字符串函数。用LCD1602实现对时间的显示。LCD1602的部分读写控制时序程序如图3所示：

图3 LCD1602显示屏

2.4 总体电路原理图

图4三位数字显示计时定时器电路原理图

如图4所示，通过对单片机编程，对LCD1602显示屏先初始化，然后开始进行走数。矩阵键盘就用右边的三个按键，分别实现启停，对数字加，对数字减的功能。当时间到达9分59时，灯亮并且计时停止。

3 电路的仿真与调试

3.1 电路仿真

利用电子线路仿真软件Protues，将所设计的电路原理图在Protues 界面下创建并用其仪器库中的模拟仪表进行仿真测试。若发现问题，立即修改参数，重新调试直至得到满意的设计。如图5

图5三位数字显示计时定时器仿真结果

3.2 调试中出现的问题及解决方法

说明调试方法与所用的仪器；调试中出现的问题或故障分析及解决措施；

将编好的程序导入到单片机，调试时有时候发现，显示的时间走的太快，这个时候对程序进行修改便可。

有时候会发现找不到我需要的元器件，这个时候就要上网查找相似的

元器件进行代替。

4 制作与调试

4.1元件清单、实物照片

元件清单：

图6三位数字显示计时定时器元件清单

实物：

图7三位数字显示计时定时器实物

4.2制作与调试过程中遇到的问题及解决办法

焊接元件时期：

一：焊接是没有严格按照仿真图焊接，导致运行结果出不来，后来去实验室把实物板的焊接改回来。

二：焊接单片机时候，因为管脚难插进板子，用力太猛，导致某些管脚不能用。解决方法是换其他好的管脚继续焊接。

三：焊接震荡电路时候，忘记接地了，后来修改回来了。

编程时期：

一：思路卡住时候，多想想，慢慢就有思路了。

二：编程时候要注意逻辑思路和代码安放位置，我之前思路搞错了，导致遇到瓶颈，画了很多时间和请教别人，最终才得到要的结果。

5心得体会

经过一段时间的努力，终于完成了该项设计，顿时感觉到一种莫名的轻松。看到自己的作品感到很欣慰，原来我也不赖啊。起初刚拿到设计课题，一脸茫

然，束手无措。经过多方面的资料查找，自己心中多了个底，终于有点头绪了。选电路、做电路仿真，事情似乎有条不紊地进行着。但当我听说芯片很难买到时，很是担心。担心芯片网购还没有回来，老师就要验收。幸好老师通情达理，给了我们充裕的时间去设计、调试。

在设计实物时，不但要你有紧密的逻辑思维能力，还要细心、有耐心。元件多，布线多，钻的孔自然也多。一不留神把焊盘打没了，就会给焊接带来很大的难度。而且孔很多，一定要慢慢焊接，工程量确实很大。在调试过程中，一定要细心、耐心，一点小小的断线都会导致整个电路无法工作。可以说，调试时本次设计的难点。经常跑实验室，向同学和学长们取经。

本次课程设计，不仅培养了我们综合应用所学知识解决实际问题的能力，也提高了我的动手能力，让我学会了独立思考问题，并通过各种途径来解决问题。此次课程设计不单是一个实验设计，也是善于思考的最佳机会。在这个过程中，我懂得了很多专业知识，也学到了很多运用技巧。更大的一点是：激起了我对实验设计这方面的兴趣。

虽然在此过程中遇到很多挫折及困难，也很有多情绪问题。比如说，气馁，灰心等情绪。但是看到自己亲自弄的作品，感到万分欣慰，特别有成就感。之前的不安情绪也就烟消云散了！

但是由于水平有限，我的课程设计肯定不尽完善，难免存在一些错误和误差，我还想在后期改进该设计功能，让其实现原有功能基础之上，还要实现动态显示数码管。还望老师指出并加以指导，不胜感激！

6 参考文献

[1] 陈晰.数字电路试验技术基础.北京：电子工业出版社，1999

[2] 李元.数字电路与逻辑设计.南京：南京大学出版社，1997

[3] 郝波.数字电子技术，西安：西安电子科技大学出版社，2004

[4] 郭斌.数字逻辑电路.北京：电子科技大学出版社，1995

[5] 程震先.数字电路实验与应用.北京：北京理工大学出版社,1999

[6]曹琳琳.单片机原理及接口技术.国防科技大学出版社,200