數電倒計時器99s制作課程設計報告書

ID:213115 · 發表于 2017-6-21 21:18

電子技術課程設計報告書

課題名稱	倒計時器的設計
姓名（學號）


院、系、部
專業

2017年月日

一、設計任務及要求：

設計任務：

設計一個實現隨意可調時間和暫停恢復功能的倒計時器。

要求：

a倒計時器具有可設置99s內任意數字開始倒數的功能。

b 倒計時器具有按鍵開始倒計時功能。

c 倒計時器具有任意時間暫停和開始的功能。

e 復位鍵可實現從任意時刻恢復到99s處開始倒計時。

指導教師簽名：

年月日

二、指導教師評語：

指導教師簽名：

年月日

三、成績

驗收蓋章

年月日

倒計時器的設計

1設計目的

a熟悉集成電路的引腳安排。

b掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。

c了解面包板結構及其接線方法。

d了解倒計時器的組成及工作原理。

e熟悉倒計時器的設計與制作。

2 設計思路

a設計555組成的脈沖發生器電路。

b設計74LS192減計數器電路。

c設計74LS48七段譯碼器。

d設計LED顯示器電路。

e設計控制器電路。

3 設計過程

3.1方案論證

倒計時器框圖如圖1所示，

圖1 倒計時器框圖

其可實現工作過程為：接通電源后，通過按鍵開始實現99s內任意時間的倒計時，倒計時開始進行，期間可通過按鍵來調控暫停和開始，復位鍵可以實現倒計時的重新由99S開始倒計時，這是倒計時器的可實現功能。

3.2電路設計

3.2.1倒計時器整體電路連接圖

555定時器用來產生周期為1秒的脈沖信號，供計數器進行倒計數，以便將計數器輸出的數據傳送給譯碼器，譯碼器再譯碼驅動七段數碼管顯示輸出，控制電路實現倒計時器的暫停和繼續的工作，清零復位，置數/工作；如圖2它包括秒脈沖發生器，計數器，譯碼顯示電路，和外部開關等四個模塊組成，其中計時器和控制電路是系統的主要模塊

3.2.3 倒計時器局部電路

3.2.3.1 555脈沖發生器

555脈沖發生器采用雙極性半導體集成電路工藝制作，可以在5-6V的電源電壓下工作，而且可以提供達到200mv的負載電源。

3.2.3.1.1 555脈沖發生器工作原理

圖3 555引腳圖圖4 555內部電路

1腳—GND,接地腳

2腳—TL,低電平觸發端

3腳—Q,電路的輸出端

4腳—/Rd,復位端，低電平有效

5腳—V-C，電壓控制端

6腳—TH，閾值輸入端

7腳—DIS,放電端

8腳—Vcc,電源電壓端，其電壓范圍為3V~18V,本課題中為5V

由圖4[1]可看出，當V0低于低電平時VT處于導通狀態，如果將TL端經過一個電阻接到電源正端，而且電阻的阻值足夠大，那么TL也一定是低電平。反之，當OUT等于高電平是VT截止，TL也是高電平。因此，OUT和TL的高低電平是相同的。

3.2.3.1.2 1MS脈沖的產生

將555接成多諧振電路的方法，是講反向輸出施密特觸發電路的輸出電壓經過RC延遲環節反饋到輸入端，就構成了多諧振電路。具體接法如圖5[2]，在忽略定時器電路的輸入電路和輸出電阻的條件下，得到電容充電時間T1和放電時間T2各為（T1=15k,T2=68k,C=10uF）

T1=(R1+R2)Cln2;T2=R2Cln2

圖5 555多諧振蕩電路

3.2.3.2 74LS192計數器

192是同步十進制可逆計數器，具有雙時鐘輸入，并且有清除和置數等功能，其邏輯符號圖如圖6[2]，192的清除端是異步的當清除端（CLR）為高電平時，不管時鐘端（Cdn,Cup）狀態如何，即可完成清除功能。

圖674LS192引腳圖

3.2.3.2.1 74LS92計數器的工作原理

圖7 74LS192功能表[2]

當MR為高電平，不管其他輸入如何輸出都是0.所以要實現計數功能就要使MR為低電平，PL為預置端，當其為0時處于預置狀態，輸出端（QA，QB，QC，QD）與輸入端保持同樣的數值，（D1，D2，D3，D4）。CPU，CPD端是減計數端和加計數端。

3.2.3.2.2 74LS192實現減計數工作

要實現減計數就要將CPd端接入一個脈沖，在CPU端接入一個高電平，當預置數端（PL）接高電平時192接正常計數，當預置端（PL）接低電平時192處于預置狀態。

在本次實訓中要實現兩位十進制的隨意預置倒計時電路還要將個位的借位端，（C0）接在十位的CPD端，當借位輸出端沒溢出時其為高電平，當有溢出時其為低電平，這樣就產生一個脈沖，這個脈沖寬度是和個位總CPD端接的脈沖的寬度是一樣的，這次實訓中的預置數要求個位與十位都要實現隨意且自動的預置數，在十位計數到0時要重新回到所預置到的數，所以在十位到達0時在個位和十位的與預置端都要給一個低電平，這樣就能隨意的的預置和自動的預置了，電路圖如下

圖874LS192計數區電路圖

在上圖[2]中可看出當個位和十位都倒計時到0時，個位和十位的借位輸出端（TCD）同時由高電平變成低電平通過一個或門輸出為0，預置端（PL）為低電平，192處于預置狀態。在個位倒計時到9時個位的借位輸出端由低電平變為高電平個位和十位的預置端為高電平，個位和十位正常計數。在192實現計數中，剛接通電源的瞬間借位端（TCD）為0通過或門實現PL端輸入低電平這樣就實現了第一預置數。個位和十位的P0-P3端都接入一個開關。這樣就實現了隨意切自動預置數了。

3.2.3.3 74LS48譯碼器

74LS48芯片是一種常用的七段數碼管譯碼器驅動器，常用在各種數字電路和單片機系統的顯示系統中，參數與應用如下[2]。

圖9 74LS48引腳圖

3.2.3.3.1 74LS48譯碼器的工作原理

圖10 本次實驗中74LS48將192給的數字信號譯為LED字符

如圖9和10[2]，為74LS48的管腳圖與其將從192傳過來的信號譯成七段共陰數碼管可以顯示的數字。

3.2.3.3.2 74LS48譯碼器實現譯碼工作

圖11 譯碼區電路原理圖[1]

3.2.3.4 數碼顯示器

七段數碼顯示器是微機系統常用的輸出設備。

發光二極管的正向壓降為2.2V-2.6V，工作電流為5-10mA，其發光亮度基本與工作電流成正比，因此在使用發光二極管時，必須串限流電阻。發光二極管可工作與脈沖狀態，在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態比直流工作狀態的亮度增加約20%。

多個發光二極管封裝在一起的七段數碼管顯示器,按其連接形式可分為共陽顯示器和共陰顯示器。在顯示器中除了顯示數字必須的七段筆畫外，還提供了小數點。共陽顯示器的陽極連接在一起，此時對陽極提供一正電壓，通過限流電阻控制其陰極為高電平或是低電平來決定其是暗是亮。共陰顯示器的陰極連接在一起，此時可將陰極接地，通過限流電阻控制其陽極為高電平或是低電平來決定其是暗是亮。

3.2.3.5 七段共陰數碼管顯示區電路

圖12 數碼管顯示區電路原理圖

3.2.3.6 開關電路

圖13 開關電路圖

開關S1為置數開關：

S1中1 2 3 4控制高位的數碼管，分別是二進制中的1 2 4 8；

S1中5 6 7 8控制低位的數碼管，分別是二進制中的1 2 4 8

開關S2為復位開關（本課題復位到99）

開關S3為暫停/繼續

3.2.4 電路的PCB制作 Multisim仿真與實物圖

圖14首次仿真圖（Multisim）

如圖14，將原理圖進行Multisim仿真，因為74LS48不能在Multisim中實現其作用，因此出現不能進行仿真的現象，所以用如圖15的電路圖進行仿真，出現了倒計時器預定的功能復位暫停和置數的功能。實際中，將原理圖進行實現，可出現暫停和置數功能。

圖15 二次仿真圖（Multisim）

圖16 PCB制圖正面圖

圖17PCB制圖反面圖

4系統調試與結果

組裝調試倒計時器電路并進行調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行減計時，當減計時到零時，能繼續跳回99S繼續工作。調試倒計時器電路。定時倒計時器的聯調，注意各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。調試電路過程中，暫停與置數功能實現，復位功能偶爾能起作用，不能良好的運行。每當復位一次，繼續運行時，會出現兩個次數的亂碼，目前不能調好。做的555驅動不能驅動電路運行，需接入1Hz的脈沖。

圖18 倒計時器實物圖

4.1 555振蕩電路的調試波形及管腳波形

555管腳GND波形 555管腳TL波形

555管腳OUT波形 555管腳/RD波形

555管腳V-C波形 555管腳TH波形

555管腳DIS波形 555管腳VCC波形

圖19 555管腳的調試波形

如上圖，圖19為555每個管腳功能對應的波形圖，其中管腳3處的波形為振蕩電路輸出的脈沖波形

4.2 74LS192計數區調試管腳波形

74LS192管腳P1波形74LS192管腳Q1波形

74LS192管腳Q0波形74LS192管腳CPD波形

74LS192管腳CPU波形74LS192管腳Q2波形

74LS192管腳Q3波形74LS192管腳GND波形

74LS192管腳P3波形74LS192管腳P2波形

74LS192管腳/PL波形74LS192管腳/TCU波形

74LS192管腳/TCD波形74LS192管腳MR波形

74LS192管腳P0波形74LS192管腳VCC波形

圖2074LS192各管腳調試波形圖

74LS192管腳中管腳4CPD接脈沖輸出，所以為方波，其他腳接高電平或者低電平。

4.3 74LS48譯碼區調試管腳波形

74LS48管腳B波形 74LS48管腳C波形

74LS48管腳/LT波形 74LS48管腳/BI//RBO波形

74LS48管腳/RBI波形 74LS48管腳波D形

74LS48管腳A波形 74LS48管腳GND波形

74LS48管腳e波形 74LS48管腳d波形

74LS48管腳c波形 74LS48管腳b波形

74LS48管腳a波形 74LS48管腳g波形

74LS48管腳f波形 74LS48管腳Vcc波形

圖21 74LS48各管腳調試波形

74LS48從74LS192處接受信號傳給七段共陰數碼管，沒有大的波形。

5主要儀器與設備

見附錄

6設計體會與建議

6.1設計體會

在此次課程設計中我們要做的是倒計時器，主要實現讓555發生一個1秒的脈沖且任意置數和暫停還有恢復等狀態。在此次的實訓中我們前期已做過仿真模擬得出的結果實現了我們的設計要求，但是到后期我們制作實物的過程中碰到了我們沒有料想到的意外，有的元器件時間太長沒有或是不太常見的元器件。在后期做板過程中沒有做好，焊接的過程也沒能很好的焊接好。顯示也極其不穩定，555芯片也不知道為什么不處于工作狀態，很多原因我們沒能做出符合前期設計的結果。

6.2對設計的建議

在設計電路之前充分了解自己需要設計的物品及物品的用途，學習熟練使用實驗用品及Multisim仿真軟件，了解制作實驗板的流程，

參考文獻

[1] 閆石.數字電子技術基礎教程[M].高等教育出版社，2006-5（5）.498

[2]劉暢生，于臻，宋亮.通用數字集成電路[M].北京：人民郵電出版社，2011-1.25,90-91.

附錄1 表1 課程設計元件領用清單