30秒定时器

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实训设计报告
30秒计时器的设计与制作刘杰黄斌
专业：应用电子（铁道方向）
铁电141 201401150119
201401150130
时间：2015年12月30日
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摘要
本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了30秒计时器。

此计时器功能齐全，可以直接清零、启动，同时应用了七段数码管来显示时间。

本设计完成的中途计时功能，实现了在许多的特定场合进行时间追踪的功能，在社会生活中也具有广泛的应用价值。

此计时器的设计采用模块化结构，主要由以下3个组成，即计时模块、控制模块、以及译码显示模块。

在设计此计时器时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、方便、快捷。

此电路是一时钟产生，触发，倒计时计数，译码显示为主要功能，在此结构的基础上，构造主体电路和辅助电路两个部分。

关键字:计时器；数码显示；模块化
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一、设计目的 (1)
二、设计思路 (1)
三、设计 (1)
3.1、系统方案论证 (1)
3.2 设计方案 (2)
3.3、模块电路设计 (2)
3.3、1秒脉冲电路 (2)
3.3、2 计数器电路 (4)
3.3、3数码管及管脚介绍 (5)
3.3、4 74HC00芯片介绍 (6)
四、全局电路图及实物图 (6)
五、系统调试与结果 (7)
5.1、电路的安装 (7)
5.2、电路的调试 (8)
六、主要元器件与设备 (9)
七、课程设计体会与建议 (9)
7.1、设计体会 (9)
7.2、设计建议 (1)
外部操作按钮秒脉冲
发生器
计数器译码显示
控制
电路
一、设计目的
1、熟悉集成电路的引脚安排。

2、掌握芯片的逻辑功能及使用方法。

3、了解面包板结构及其接线方法。

4、了解30秒定时器的组成及工作原理。

5、熟悉30秒定时器的设计与制作。

二、设计思路
1、设计秒脉冲电路；
2、设计译码和数码显示电路；
3、设计时序控制电路；
4、组装整机电路。

三、设计
3.1 系统方案论证过程
30秒定时器总体方框图：
图3-1
30秒定时器主要有秒脉冲发生器、控制电路、计数器、译码显示电路四部分组成。

计时器完成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
计时、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），同时计数器完成置数功能，数码显示电路显示30；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/继续开关闭合时，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/继续断开时，计数器连续累计计数。

3.2 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00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。

3.3 模块电路设计
1、秒脉冲电路：
图3-2
输出信号u O的脉宽t W1、t W2、周期T的计算公式如下:
t W1＝0.7(R1＋R2)C
t W2＝0.7R2C
T＝t W1＋t W2＝0.7(R1＋2R2)C
要使555构成的多谐振荡电路产生1Hz的脉冲，因此可以令R1=10kΩ，R2= 10k Ω，C= 47uF，得到周期T=1s，即产生1秒脉冲
用555定时器构成多谐振荡器电路如图2.1.2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充电。

如此循环,振荡不停, 电容器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,其波形如图所示
2 计数器电路
CD4026是一款同时兼备十进制计数和七段译码两大功能的芯片，通常在CP脉冲的作用下为共阴极七段LED数码管显示提供输入信号。

由于CD4026输出端信号具有规律可循，经合理反馈后获得进位脉冲信号和本位清零信号，即可实现数字钟计时功能。

CD4026同时具有显示译码功能，可将计数器的十进制计数转换为驱动数码管显示的七位显示码。

CD4026的输出abcdefg直接与LED数码管连接。

CD4026的CR为异步清零端，CR=1时立即使计数器清零。

图2.2.1 CD4026管脚介绍
2.2.1计数器、译码显示单元的调试
首先检查各计数器与对应的显示译码器和数码管的工作情况，在各计数器CP端加入单脉冲，检查计数与显示是否正常。

然后将各计数器连接起来，检查计数与显示是否正常。

图2.2.1 4026连接数码管
2.3数码管及管脚介绍
LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。

这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。

如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。

小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。

发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。

图2.3.1 数码管管脚及共阴介绍
2.4 74HC00芯片介绍
74HC00引脚图及引脚功能表：
图1 74HC00 引脚图
四、全局电路图及实物图
五、系统调试与结果
1、电路的安装
电路安装要注意几个原则：
（1）先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊的等；
（2）布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；（3）最好分模块安装等等。

（4）此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留太久。

2、电路的调试
焊接完成后，不意味着我们的工作就完成了。

因为这是我们还不知道焊接好后的电路板能否正常工作，因此接下来我们要做的最重要的事就是---调试我们所焊接的电路板。

调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。

再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。

如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。

3、实验过程中遇到的问题及解决方法
（1）接通电源后，发现电路板没有任何现象。

解决方法：再次更加仔细的检查电路，看看是否有断路或接触不良。

经检查发现，是因为 CD4026芯片接触不良所致。

（2）两个LED显示器都亮，就是不能实现计数功能。

解决方法：查看CP 信号是否已接入电路。

（3）电路能实现计数功能，但是计数速度很快，与设计每秒计数一次的设
定不一致。

解决方法：电容与电阻不符合设计所需，更换电容或是电阻。

六、主要元器件与设备
七、课程设计体会与建议
7.1、设计体会
本次课程设计是我所做过的课程设计中最有意义也是收获最大的一次。

因为在此次课程设计期间，都是我自己确定此次课程设计的题目，自己设计电路，自己上网查找相关的资料等等、、、、、、在这个过程中，我学到了很多很多。

从通过理论设计，再到确定具体方案，再到安装实际电路，最后到调试电路、成型。

整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。

可以说，本次课设是针对前面所学的知识进行的一次比较综合的检验。

总的来说，这次课设
虽然累，但非常充实。

在这次课程设计中，正确的思路是很重要的，只有你的设计思路是正确的，那你的设计才有可能成功。

因此我们在设计前必须做好充分的准备，认真查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。

如果说前面电路的理论设计是一件多么令人头痛的事，那么安装、焊接过程则是一个考验人耐心的过程，对电路的安装、焊接、分析、调试要一步一步来，不能急躁。

要做好本次的课程设计，熟练地掌握课本上的理论知识是前提。

这样才能对试验中出现的问题进行一定的分析和解决。

当然能完成本次设计，更离不开老师辛勤地指导，老师能在百忙中来指导本人，使我能更好地完成设计。

总之，感谢老师的指导6.2、设计建议我建议学校今后能够提供实物元件，让我们完成元件的组装，这样会对加强我们对电路原理的理解，并锻炼了动手能力。