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)
1.1设计原理 (4)
1.2设计方案 (4)
二、各单元电路设计 (4)
2.1脉冲发生电路 (4)
2.2计数电路 (6)
2.3译码显示电路 (8)
2.4 控制电路 (10)
三、仿真原理图 (11)
四、总结 (13)
附录、元件清单 (14)
刖言
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0.1 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 12.0 仿真软件和数字逻辑电路相关理论知识，并在Multisim 12.0 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
1.1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8421BCD3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。
1.2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。
、各单元电路设计
2.1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2.1.1 555 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2.3(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 i 和R 向电容器C 充电，使u c 逐渐升高,升到 2V/3时,u o 跳变到低电平,放电端D 导通,这时,电容器C 通过电阻艮和D 端放电，使u c 下
降，降到VC(/3时,u o 跳变到高电平，D 端截止,电源V Cc 又通过R i 和艮向电容器C 充电。如此
T = t W1+1 W2= 0.7(R 1+ 2R)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 i = 8. 2k 「，艮=68k 「，
C= 10uF ,得到周期T=1s ,即按照图2.4连接的电路就可以产生1Hz 的秒脉冲。
图2.1.3 555定时器构成的多系振荡电路
2.2
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 2.1是74HC192的管脚图。
图2.2.1 74HC192 管脚图
74HC192具有下述功能:
①异步清零：MR=1 QQQQ=OOOO 。（此功能可实现计数器的清零）
循环,振荡不停， 如图2.3(b)所示；
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
R 2
U c
输出信号U O 的脉宽t v
C
"
8 4
7
6 555 3 ____
2 图 2.1.2 555
1 5 t 、
■-1 wr *
t w2
M — T ―*1
(a ) t w 汙 0.7R 2C
U c
构成的振荡电路及即波形:
(b ) 占T 的计算公式如二
—
0.01
卩 t W 「0.7(R 1+ F 2)C
②异步置数：MR=O PL=O, QQQQ=DDDC O。
③保持：MR=O，PL=1，CP=CP=1,QQQQ保持原态
④加计数: CR=O, PL=1，CP=CP CP=1, QQQQ 按加法规律计数
⑤减计数: CR=O, PL=1，CP=1, CP= CP, QQQQ 按减法规律计数
图2.2.2 3O 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 脚，当减计数到零时，个位74HC192的C0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（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。
2.3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
74LS4&图2.3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RB3 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&
动态灭零输入RBI
当LT= 1, RBI= 0且输入代码DCBA F 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
表2.3.2 74LS48 的功能表
本次设计的译码显示电路可以按照图 2.5连接电路
图2.3.3译码显示电路
2.4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）