30秒计时器课程设计(共20页)

精选优质文档-倾情为你奉上吉林建筑大学城建学院 课 程 设 计 报 告题目名称 30秒计数显示器设计 院（系） 电气信息工程系 课程名称 数字电子技术 班 级 建筑电气与智能化2013-1 学 号 学生姓名 指导教师 起止日期 目 录摘要 ABSTRACT 第1章 绪论11.1 设计目的11.2 设计要求1第2章 总体方案设计2 21 设计方案222 工作原理3第3章 单元电路设计43.1 74LS24743.2 555定时器43.374LS48译码器6第4章 安装调试74.1 计时器电路74.2 译码显示电路74.3 仿真原理图84.4电路测试10总结11致谢 12参考文献 13附录摘 要电子课程设计是数字电子技术学习中非常重要的环节，它将理论知识和实践能力完美的结合，锻炼学生的能力。本课程实际是脉冲数字电路的简单应用，设计30秒计时器。此计时器有启动、暂停、和连续功能，可方便地实现断点计时功能。计时间隔为1S，计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。本设计具有成本低，使用的元件少，制作简单，计时准确、精确、稳定，使用简单方便的特点。本设计实现了在许多场合进行时间追踪的功能，在社会上有广泛的应用价值。关键字： 计时器； 数字电路； 显示器ABSTRACT Electronic course design is very important role in digital electronic technology to learn, it would be a perfect combination of theoretical knowledge and practical ability, training students ability. This course is actually a simple application of the pulse digital circuit, design of 30 seconds timer. The timer has started, pause, and continuous function, can easily implement breakpoints timer function. Timing interval of 1 s, diminishing the timer timing to zero, the digital display cant destroy the lamp, photoelectric alarm signal at the same time. This design is low cost, the use of fewer components, simple, time accurate, precise, stable, using the characteristics of simple and convenient. This design realized the function of time tracking in many occasions, has extensive application value in society.Keywords：Timer；Digital circuit ；Display第1章 绪论1.1 设计目的在学习了数字电子技术理论课和进行了基础实验后，进行课程设计，进一步提高学生运用所掌握的数字电子电路的分析和设计方法与分析实际电路的基本技能，并了解基本单元电路在实际生活中的应用。通过课程设计掌握数字电路系统的设计方法、装调技术及30秒计时器的设计，使得学生将所掌握的电子技术理论知识与实际相结合，提高学生的动手设计能力和科研创新能力，更好的培养学生的学习兴趣。1.2 设计要求1.设计一个30秒计数电路，并且具有时间显示功能。2.设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计数。3.要求计数电路器递增计数，每隔一秒钟，计时器加1。4.当计数器递增计时到30时，显示器上显示30，同时发出光电报警信号。5.焊接实物。第2章 总体方案设计2.1 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计数功能，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00s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，计数器继续递增计数，总体方案框图如2-1。该图包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等5个部分。计数器完成30秒计数功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停/连接计数、译码显示电路的显示和灭灯等功能。秒脉冲发生器计数器控制电路报警电路译码显示外部操作开关图2-1 总体方案框图2.2 工作原理用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0.1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。第3章 单元电路设计3.1 555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。555定时器管脚图如下： 图3-1 555管脚图用555定时器构成多谐振荡器电路如图3-2（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VCC通过R1和R2向电容器C充电,使UC逐渐升高,升到2VCC/3时,UO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UC下降,降到VCC/3时,UO跳变到高电平,D端截止,电源VCC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VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图3-2（b）所示。 输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下: tW10.7(R1R2)C (3-1） tW20.7R2C （3-2） TtW1tW20.7(R12R2)C （3-3） 8 476 555 321 5R1R2ucC+VCCuo0.01Ftuo0tw2tw1tuc0T（a）（b）图3-2 555构成的震荡电路及波形 要使555构成的多谐振荡电路产生1Hz的脉冲，因此可以令R1= 8.2k，R2= 68k，C= 10uF，得到周期T=1s，按照图3-3连接的电路就可以产生1Hz的秒脉冲。 图3-3 555定时器构成的多系振荡电路3.2 74LS192十进制计数器 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74LS192来实现要求的加法计数功能。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74LS192引脚CPD脚，当减、加计数到三十时，个位74LS192的CO端发出错位脉冲，使十位计数器加计数，当高、低位计数器处于全零时，CPD（DWN）端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下次循环加计数。图3-4是74HC192的管脚图。图3-4 74LS192管脚图3.3 计数器电路74HC192具有下述功能：1.异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000。（此功能可实现计数器的清零）；2.异步置数：MR=0，PL=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0；3.保持： MR=0，PL=1，CPU=CPD=1, Q3Q2Q1Q0保持原态；4.加计数：CR=0,PL=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数；5.减计数：CR=0,PL=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数。 图3-5 30秒计数器的计数电路8421码十进制加法技术器的状态表如下：表3-1 8421码十进制加法技术器的状态表计数脉冲数二进制数十进制Q3Q2Q1Q0000000100011200102300113401004501015601106701117810008910019100000进位3.4 74LS48译码器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74LS48，74LS48管脚图如图3-6。 图3-6 74LS48管脚图实验时，译码器74LS48的输出YaYg对应接数码管的各端ag，然后由译码器的输-出端QD、QC、QB、QA按8421BCD码输入逻辑信号，数码管便能显示相应的十进制数字符号。译码器共阴极接法如图3-7所示：图3-7 译码器共阴极接法 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： 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BI0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。 当LT0时，BI/RBO是输出端，且RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1,显示字形8。 当LT1，RBI0且输入代码DCBA0000时，各段输出ag均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。 BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT1且RBI0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。74LS48功能表如下：表3-2 74LS48功能表十进数或功能输入BI/RBO输出LTRBID C B Aabcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RBIHL0 0 0 0L0000000LTLxx x x xH1111111本次设计的译码显示电路可以按照图3-8连接电路图3-83.5译码显示电路 共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是：看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在使用前用万电用表测一下它的极性，其管脚图如下图3-9所示，如果为共阴极的，其管脚CA端接地；如果为共阳极的，起管脚CA段要接高电平。 图3-9 译码显示器管脚图3.6控制电路开关J1A控制计数器的暂停/计数。当开关闭合式，电路处于暂停状态；当开关断开时，电路正常工作。控制电路图如3-10：图3-10 控制电路图3.7报警电路当计数器递增计数到30( 即定时时间到 ) 时，控制电路应发出报警信号，使计数器保持30状态不变 ,同时报警电路工作。当计数到零时,两计数器借位端输出多为低（0）,故本设计将高位片借位BO反馈到蜂鸣器负极性端,此时+5V电源经1k电阻使蜂鸣器发出报警信号,完成报警功能,而在递增计数时,BO端输出为高（1）,蜂鸣器不报警。 第4章 安装调试4.1电路测试 实际连线时要注意检测线路和芯片，当将显示电路中的两个数码管接好后，接入直流电源，发现数码管不亮，说明显示电路连接不正确；将本课设中所选计数器74LS192与显示电路相连，接入直流电源，用信号发生器给计数器一个1s的脉冲信号，观察计数器的计数功能，发现数码显示是在从30递减至0的过程中未出现有4和7的数，上述情况表明计数电路接触良好，但置数出现问题。 4.2 焊接电路板对工具和元件等仔细的检查，看是否有损坏或缺失。了解试验箱的个功能模块。对于要使用的模块检查是否有损坏，要求熟悉掌握要使用的功能模块。检查各元器件引脚是否缺失或损坏，对所有的导线进行检测，剔除以坏了的导线。对所有领取的器件进行整理。 按照电路图焊接电路，焊接电路时，电烙铁不可以在电路板上停留过长时间，不该短路的地方千万不要短路，否则调试时很可能烧坏芯片。注意焊接时：不要虚焊、漏焊以及过焊。焊接电路时需注意一下几点：同一块同类元器件应采用同一安装方式，即距离实验板表面的高度应该大体一致。元器件的引线一般不宜剪的过短，以便重复利用。有时元器件完好，但往往由于布线不好，造成电路工作失常。 由于面包板和线路的老化，导致接触不良的问题，所以在连接的时候一定要做到接好一个模块检查好一个模块。切勿整体连接好后在来查看效果。最后连接好后，检查是否完成预期的要求。重新断电后，再打开，看是否仍正常。 完成接线并实现所有的功能后，找老师检查验收。老师验收检查正常完成后，就可以拆除芯片与导线了。在拆除芯片时一定小心。切不可使用蛮力拔除，以防止弄断芯片的引脚，整理好所有器件后归还。 4.3 实物图 实物图如图4-1图4-1总 结 课程设计需要的是活学活用所涉及的知识。在本次的课程设计中通过自己选题，找材料，分析、设计等，也掌一些软件的操作方法，这为以后的学习做了铺垫。整个设计实现了从单一的理论学习到解决实际问题的转变。通过本次的课程设计，我最大的收获就是提高了自身的动手能力，培养了我的寻求解决问题的能力，同时也增强了我其它方面的能力。电子技术发展呈现出系统集成化，自动化，设计自动化，用户专业化和测试智能的优势，作为一个大学生。我们必须时代的发展，这使我们必须要扩展自己的知识，并利用计算机来辅助分析和设计，这对我们是有益的。课程设计的自主设计、学习和研究过程中，通过写课程设计的总结报告，初步训练我的书面表达能力。组织逻辑能力，这些技能应用性强，对我的将来就业和进一步发展帮助较大。同时也加强了对课本知识的理解，使我们做到理论和与实际的联系，收获很大。本次课程设计提高了我的综合动手能力和工程设计能力，它使我的理论知识得到了综合应用，培养我综合运用所学理论的能力和解决较复杂的实际问题的能力。致 谢 在这次的课程设计中，我遇到了很多问题，如各类原件的应用，以及焊接电路板的技巧，这时候我的指导教师盛桂珍给与我很大的帮助，她不仅教会我设计的知识，还让我自己动手去实践，实践是检验真理的唯一标准，让我真正的理解知识，运用知识。在老师的指导下，我也认识到了自己的不足，同时激发了我的自学能力和应对挑战的能力。为今后学习打下了良好的基础，也培养了我们严谨务实的作风。在动手焊接电路板的时候，我的同学也给我很大的帮助，他教会了我如何使用电焊，在他的帮助下我顺利自己动手完成电路板的焊接。 参考文献1盛桂珍.电工电子基础实验及综合设计指导M.北京：北京大学出版社，20142刘修文主编.实用电子电路设计制作M.北京：中国电力出版社，2005年3赵淑范，王宪伟.电子技术实验与课程设计M.北京：清华大学出版社，20064安冰菊等.电子技术基础实验及课程设计M.北京：机械工业出版社，20065陈光明.电子技术课程设计与综合实训M.北京：航空航天大学出版社，20076闫石主编.数字电子技术基础（第五板）M.北京：高等教育出版社，2005专心-专注-专业