秒计时器设计报告
课程设计报告题目 30S定时器设计
院部名称
班级
学生姓名
学号
指导教师
目录
前言
一、电路设计原理与方案 (4)
设计原理 (4)
设计方案 (4)
二、各单元电路设计 (4)
脉冲发生电路 (4)
计数电路 (6)
译码显示电路 (8)
控制电路 (10)
三、仿真原理图 (11)
四、总结 (13)
附录、元件清单 (14)
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R 1和R 2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R 2和D 端放电,使u C 下降,降到V CC /3时,u O
,电源V CC 又通过R 1和R 2向电容器C 充电。如此循环,
振荡不停,
(b)所示。
输出信号u O t W1＝(R 1＋R 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）
R R o
u （a ）（b ）
②异步置数：MR=0，PL=0，Q
3Q
2
Q
1
Q
=D
3
D
2
D
1
D
。
③保持： MR=0，PL=1，CP
U =CP
D
=1,Q
3
Q
2
Q
1
Q
保持原态
④加计数：CR=0,PL=1，CP
U =CP，CP
D
=1，Q
3
Q
2
Q
1
Q
按加法规律计数
⑤减计数：CR=0,PL=1，CP
U =1，CP
D
= CP，Q
3
Q
2
Q
1
Q
按减法规律计数
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CP
D
脚，当减计数到零时，个位 74HC192的CO端发出错位脉冲，使十位计数器减计数，
当高、低位计数器处于全零时，CP
D
（DWN）端的输入时钟脉冲作用下，计数器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
当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1,显示字形8。
动态灭零输入RBI
当LT＝1，RBI＝0且输入代码DCBA＝0000时，各段输出a～g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。
动态灭零输出RBO
BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT＝1且RBI＝0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，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LT＝1，这时候，译码器各段a～g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的功能表如下：
74LS48功能表
控制电路
开关S1闭合后，74HC192实现置数功能，七段数码管显示30；当S1断开后，计数器开始计数；当暂停/连续开关S2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S2拨在连续时，计数器继续累计计数；在减计数的过程中也可按下S1实现复位，使计时器开始重新计时。(参考仿真原理图2.4.1)
三仿真原理图
30S计时器的设计主要分为五个模块：时钟模块（即秒脉冲发生模块）、计数模块、译码显示模块、辅助时序控制模块（简称控制电路），打开仿真软件Multisim 按要求在
Multisim 里连接好如图所示的电路后就可以进行电路仿真了，总体仿真电路如下图。
开关S1闭合，置数：
开关S1断开，开始计数；S2闭合，计数暂停
四、课程设计总结
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。在设计中，我充分应用我们所学的知识，例如：集成电路74LS系列、二极管、555等元件的应用。这次实践使我受益匪浅，在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了我的实际操作能力。在让我体会到设计电路艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次设计所用的的工具是Multisim ,由于之前没有接触过类似的软件，所以画图和仿真就没那么方便，但我也尽我所能去做好此次设计。
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。
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。并且我也深深地体会到自己所学知识的不足，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。
附录：
元件清单