秒计时器设计报告

秒计时器设计报告 Prepared on 22 November 2020

课程设计报告题目 30S定时器设计

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目录

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前言

电子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一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。

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、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做时间提醒设备等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。

本设计主要能完成：显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器全部显示为“0”；计时器为30秒递减计时其计时间隔为秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发光二极管LED点亮，停止减计数等。

整个电路的设计借助于Multisim 仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim 下设计和进行仿真，得到了预期的结果。

一、电路设计原理与设计方案

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10Hz的脉冲，即输出周期为秒的方波脉冲，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，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与灭灯及光电报警等功能。

设计方案

该系统应包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)等几部分构成。其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成

30s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、译码显示电路的显示和灭灯功能以及工作时间的调节。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，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当按下十位调节开关时，计数器加1；当按下个位调节开关时，计数器同样加1；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。

二、各单元电路设计

脉冲发生电路

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。

图 555管脚图

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V CC通过R1和R2向电容器C充电,使u C逐渐升高,升到2V CC/3时,u O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u C下降,降到V CC/3时,u O跳变到高电平,D端截止,电源V CC又通过R1和R2向电容器

C

C 在V CC /3和2V CC /3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,

输出信号u O T W1＝(R 1＋R 2)C

t W2＝

T ＝t W1＋t W2＝(R 1＋2R 2)C

要使555构成的多谐振荡电路产生1Hz 的脉冲，因此可以令R 1= Ω，R 2= 68k Ω，C= 10uF ，得到周期T=1s ，即按照图连接的电路就可以产生1Hz 的秒脉冲。

图 555定时器构成的多系振荡电路

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74HC192来实现要求的减法计数功能。图是74HC192的管脚图。

图 74HC192管脚图

74HC192具有下述功能：

① 异步清零：MR=1，Q 3Q 2Q 1Q 0=0000 。（此功能可实现计数器的清零） ②异步置数：MR=0， PL =0，Q 3Q 2Q 1Q 0=D 3D 2D 1D 0 。 ③保持： MR=0，PL =1，CP U =CP D =1,Q 3Q 2Q 1Q 0保持原态

④加计数：CR=0, PL =1，CP U =CP ，CP D =1，Q 3Q 2Q 1Q 0按加法规律计数 ⑤减计数：CR=0, PL =1，CP U =1，CP D = CP ，Q 3Q 2Q 1Q 0按减法规律计数

o

u u （a

（b

图 30秒倒计时器的计数电路

它的计数原理是：使加计数脉冲信号引脚CPu=1，计数脉冲加入个位74HC192引脚，当减计数到零时，个位 74HC192的CO端发出错位脉冲，使十位计数器减脚CP

D

计数，当高、低位计数器处于全零时，CP

（DWN）端的输入时钟脉冲作用下，计数器

D

再次进入下次循环减计数。

译码显示电路

数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，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。图是74LS48的外部管脚图

图2.3.1 74LS48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