倒计时器设计辽宁工程技术大学数电模电课设格式完全正确10分下载即用重点.docx
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倒计时器设计辽宁工程技术大学数电模电课设格式完全正确10分下载即用重点
课程设计名称：
电子技术课程设计
题目：
倒计时器的设计
学期：
201X-201X学年第X学期
专业：
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
评
定
标
准
评定指标
标准
评定
合格
不合格
单元电路及
整体设计方案
合理性
正确性
创新性
仿真或实践
是否进行仿真
或实践
技术指标或性能符合设计要求
有完成结果
设计报告
格式正确
内容充实
语言流畅
标准说明：
以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。
总成绩
日期
年月日
课程设计任务书
一、设计题目
倒计时器的设计
二、设计任务
显示两位数倒计时，如99到1
1.当到9时喇叭自动响0时结束
2.用LED数码管显示结果
3.可以实现预置数功能
三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天：
针对选题查资料，确定设计方案；
第2天：
方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择；
选用芯片参考：
减法器、74160A、74LS48、LED数码管、74190等。
第3～4天：
利用Multisim或PROTUES电路仿真，画电路原理图；
第5天：
编写整理设计报告。
四、设计要求
1.画出整体电路图（Protel或AltiumDesigner或Multisim，推荐AltiumDesigner）。
2.对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。
3.写出设计报告书。
指导教师：
时间：
201X年X月XX日
目录
1 方案论证1
1.1 方案的比较与选择1
1.2 实验方案1
2 原理及技术指标2
2.1 实验原理2
2.2 实验设备2
3 单元电路设计及参数计算3
3.1 单元电路设计3
3.2 实验的连接与处理8
4 仿真9
4.1 电路图9
4.2 仿真结果9
5 设计小结11
5.1 个人感悟11
5.2 遇到问题及解决途径11
参考文献12
摘要
在体育运动以及各类活动的准备过程中，还剩多少天活动正式开始的倒计时是人们最关注的事之一，比如即将在辽宁举行的第十二届全国奥运会的倒计时。
在考试中，进行分钟的倒计时也是很普遍的。
通过以上所述，倒计时在人们心中的地位是很重要的，那么我们就需要有倒计时器帮助人们进行倒计时，那么我们此次做的便是倒计时器的设计。
本文对计时器进行综合分析，论证了多种方法，选定两种方案，最终选择通过减法器实现两位数是十进制数减法运算，实现倒计数功能。
制作期间参考多处文献使此实验设计达到最优，介绍了555定时器以及74LS190芯片等元件的主要功能。
最后利用Multisim仿真软件进行仿真，达到预期效果，实用性强，能够实现制作一个显示两位的倒计时，并当到9时喇叭自动响0时结束且能用LED数码管显示结果，还可以实现预置数功能。
关键词：
计时器；减计时；555定时器；74LS190芯片；Multisim仿真
1 方案论证
1.1 方案的比较与选择
方案一：
通过减法器实现两位数是十进制数减法运算，实现倒数功能，并通过译码器和LED数码管驱动电路。
方案二：
通过单片机进行编程设计一个可执行芯片
方案三：
通过秒表计时器，以及计数器连接成的计时器，接入减法器，实现倒数功能，并通过CD4511接在译码显示器，实现倒计数功能。
比较分析：
三种方案相比较，方案二需要进行编程，而我们无法在短时间内编写好完整的程序，可实现性不强。
而方案三的计数步骤比较多，虽然逻辑性稍强，但是我们对陌生的元器件不是很了解，并且接触很少仅通过上网查资料，和图书馆的查阅很难做出。
因此，通过比较实用性，合理性，选择方案一。
1.2 实验方案
用555多谐振荡器[1]产生脉冲，两个传输门进行控制两个计数器的触发脉冲，传输门由两个计数器的置位端（LD）控制，当置数时触发脉冲被隔断，用74LS160控制置位端的A，B，C，D门一个脉冲开关控制此计数器的触发端CLK，当按下开关松开时，输出（置位的数）加1。
用数码管显示减法计数器的输出，用一个四输入与非门作为反馈，当时间小于9时蜂鸣器响。
2 原理及技术指标
2.1 实验原理
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74LS190的CP减计数脉冲端,再通过译码器74LS160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，或者将该方波脉冲信号送到减法计数器CD40110的CP减计数脉冲端,通过计数器把8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制数将该方波脉冲信号送到减法计数器CD40110的CP减计数脉冲端,通过计数器把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。
2.2 实验设备
1个74LS160Ｄ，2个74LS190Ｄ，2个74LS48Ｄ，１个74LS21Ｄ，2个74LS00Ｄ，2个开关，1个脉冲开关，1个64K电阻，1个48K电阻，2个910nF电容，1个LM555CM，1个蜂鸣器，2个七段译码器，2个LED显示器，若干+5VVCC。
3 单元电路设计及参数计算
3.1 单元电路设计
3.1.1 控制电路
图3-1-1控制电路
3.1.2 脉冲发生电路
脉冲发生电路是由555定时器组成的，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，电路如图3-1-2所示。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
它的各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo。
2脚：
低触发端。
6脚：
TH高触发端。
4脚：
是直接清零端。
当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表3-1-1所示。
图3-1-2脉冲发生电路
表3-1-1定时器的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端
Q
放电管T
功能
0
0
导通
直接清零
1
0
1
保持上一状态
保持上一状态
1
1
0
保持上一状态
保持上一状态
1
1
0
1
0
1
1
0
导通截止
导通截止
置1
清零
由于为了产生10
的方波脉冲，我们可以令
=64
，
=48
，C=910nF，得到周期T=
0.101s，即按照图3-1-2连接的电路就可以产生10
的方波脉冲。
3.1.3 计数器电路
图3-1-3计数器电路
3.1.4 译码器显示电路
在数字电路中，往往用1和0组成二进制数码表示数值的大小或一些特定的信息，这种具有特定意义的二进制数码称为二进制代码。
要用二进制代码来表示十进制的0～9十个数，至少要用4位二进制数。
4位二进制数有16种组合，可从这16种组合中选择10种组合分别来表示十进制的0～9十个数。
选哪10种组合，有多种方案，这就形成了不同的BCD码。
具有一定规律的常用的BCD码见表3-1-2。
从表3-1-2中可以看出，8421BCD码[2]是选取0000~1001这十种状态来表示十进制0~9的类型。
表3-1-3列出了a~g发光段的十种发光组合情况，他们分别和十进制的十个数字相对应。
表中H表示发光的线段，L表示不发光的线段。
图3-1-4[3]中，共阳极型中各发光二极管阳极连接在一起，接高电平，a~g和DP各引脚中任一脚为低电平时相应的发光段发光；共阴极型号中各发光二极管的阴极连接在一起，接低电平，a~g各引脚中任一脚为高电平时相应的发光段发光（DP为小数点）。
表3-1-2常见BCD码
十进制数
8421码
2421码
5421码
余三码
0
0000
0000
0000
0011
1
0001
0001
0001
0100
2
0010
0010
0010
0101
3
0011
0011
0011
0110
4
0100
0100
0100
0111
5
0101
1011
1000
1000
6
0110
1100
1001
1001
7
0111
1101
1010
1010
8
1000
1110
1011
1011
9
1001
1111
1100
1100
权
8421
2421
5421
无权
表3-1-3表七段显示组合与数字对照表
发光段
a
b
c
d
e
f
G
0
H
H
H
H
H
H
L
1
L
H
H
L
L
L
L
2
H
H
L
H
H
L
H
3
H
H
H
H
L
L
H
4
L
H
H
L
L
H
H
5
H
L
H
H
L
H
H
6
H
L
H
H
H
H
H
7
H
H
H
L
L
L
L
8
H
H
H
H
H
H
H
9
H
H
H
H
L
H
H
（a）公共阳极 （b）公共阴极
图3-1-4半导体数码管
图3-1-5译码器显示电路
一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。
小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。
半导体数码管的优点是工作电压较低（1.5~3V）、体积小、寿命长、工作可靠性高、响应速度快、亮度高，字形清晰。
半导体数码管适合于与集成电路直接配用，在微型计算机、数字化仪表和数字钟等电路中应用十分广泛。
半导体数码管的主要缺点是工作电流大，每个字段的工作电流约为10mA左右。
3.2 实验的连接与处理
3.2.1 各部件实现功能
74LS190实现减法计数功能，555定时器组成的多谐振荡器产生进位脉冲，74LS160实现置数端的数字设定，七段译码显示器显示时间，一个四输入与门实现对时间进行判定，如果小于等于9则输出高电平使蜂鸣器报警，用与门控制进位脉冲，当置数端都为高电平时，Y1，Y2与进位脉冲一致，当置数端有一个低电平时（即处于指数状态），进位脉冲被阻断。
[3]
3.2.2 实验处理
具有数字显示的倒计时器的设计根据电路的逻辑功能主要分为四个模块组成：
控制电路模块、脉冲发生电路模块、计数器模块、译码显示模块，连接好以后，在整体电路的仿真部分用一个10Hz的脉冲源替代了脉冲发生电路，最后的仿真结果是：
计时器可以从9倒计时到0停止。
同时也可以通过电路中的开关按钮来完成时间的调整、置位、清零和暂停。
[4][5]
4 仿真
4.1 电路图
图4-1电路图
4.2 仿真结果
第一步：
首先个位的74LS190中的RC非、LD非接Vcc+5V，把CP接到1HZ的始终上，D0-D3接地，Q0-Q3接入74LS48译码器上然后把个位74LS190中CO/BO通过非门（74LS04）接入十位的74LS190中的CT非中，CO/BO接1，其他的引脚不变，与个位的74LS190接线一样，通过74LS48就会在LED数码管显示出99-0的倒计时。
第二步：
实现置数功能：
在第一步的基础上，把个位十位的LD非接入输入控制端来实现置数。
把个位十位D0-D3都接入输入控制端，分别用F11-14，F21-24来称呼。
例如要设置有55开始倒计时，就把个位十位的D0-D3按成0101。
但要想它置数，必须要在LD非在0时，因为LD非在低电平时有效。
第三步：
置数并在09-00时喇叭响：
在第二步的基础上，通过二输入四或门（74LS32）把十位的74LS190中的Q0+Q1+Q2+Q3或起来再用非门（74LS04）非一次这样就可以实现出喇叭响。
图4-1脉冲仿真结果图
5 设计小结
5.1 个人感悟
首先，能够完成这样一个课程设计，我非常高兴。
从一开始的毫无头绪，经过反复的查找资料，向同学请教，还有自己的思考与研究，终于弄明白了。
在本次课程设计中，我更是学到了很多教科书上所没有的东西。
比如电路仿真不工作时要自己检查清楚，看是不是接线出了问题，或设置电路图时设置错误，当脉冲不对的时候，需要计算电阻和电容是否设置正确。
还有Multisim软件，如果没有这次课程设计，我也不会接触这种专业软件，更不会掌握这门软件的操作技能，现在，我已经能熟练的运用此软件绘制各种电路以及进行仿真。
5.2 遇到问题及解决途径
在本次课程设计中，出现了许多问题，在同学的配合下，最终全部解决掉了。
下面提一下最大的两个问题：
第一个问题就是在设计的过程中，在选择芯片上，下了很多工夫，在网上搜集各种资料后，与同学一起讨论哪种芯片更适合放在电路中，最后在Multisim软件中将每个芯片进行调试，之后才决定用以上所选的各种芯片。
第二个问题就是使用Multisim软件的时候，仿真没有结果。
首先我排查了各个连线处是否有连错的情况，是否有漏连的情况。
在排查完连线之后，还是没有仿真结果，就开始对电路设计进行排查，当最终判定电路无错后，开始排查脉冲发生电路是否发出正确的脉冲，经过一番计算与仿真测试后，终于找到了最适合的电阻和电容。
最后，感谢老师和同学提供的各种资料。
参考文献
[1]林欣,崔卫群,庞学民.数字电子技术[M].北京.清华大学出版社,北京交通大学出版社,2005.
[2]阎石.数字电子技术基础[M].第5版.北京.高等教育出版社,2006.
[3]蒋立平.数字逻辑电路与系统设计[M].电子工业出版社,2008.
[4]张宗念,李明旭.数字电子技术实验及课题设计[M].自编教材,2004.
[5]姜萍,王建新.电子线路实践教程[M].科学出版社,2003.
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