三位数显式电子计时器.docx
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三位数显式电子计时器
哈尔滨工业大学华德应用技术学院
课程设计说明书
设计题目：
三位数显式电子计时器
系别：
应用电子与通信技术系
班级：
0892222
学生姓名:
郭海军
指导教师：
姜波
成绩：
___________________
年月日
课程设计任务书
课程设计题目
三位数显式电子计时器
功能
技术指标
1.三位数码管显示
2.计时精度0.1s
3.开关控制计时器的停止与运动
工作量
3周
工作计划
1.分析题目要求查找和分析参考料
2.画出电路原理分析电路原理图和列出元器表
3.购买元器件
4.安装电路
5.电路调试
6.课程设计说明书
7.答辩
指导教师评语
指导教师：
年月日
目录
第1章绪论
1.1设计要求……………………………………1
1.1.1设计题目和设计指标………………
1.2设计功能………………………………
第2章电路的方框图和原理图………………
2.1电路的方框图
2.2电路原理图
2.2.1电路方框图的比较……………………
第3章单元电路设计参数计算和器件的选择
3.1NE555介绍……………………………
3.2多谐振荡器……………………………….
3.2.1由555定时器构成的多谐振荡………
3.3CD40110介绍…………………………….
3.3.1CD40110芯片功能及各引脚………….
3.4数码管介绍…………………………………
第4章整机电路的工作原理………………………………………
第5章电路的安装与调试…………………………………………
5.1整机电路的调试……………………………………
5.2整机电路布线与接地问题……………………………
5.2.1布线原则………………………………………
5.2.2接地问题………………………………………
结论………………………………………………………………..
收获和体会………………………………………………………
致谢………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………….
附录……………………………………………………………….
第1章绪论
结合这次课设的要求：
运用数电知识，利用NE555设计电路，我的课题是，在三位数显式电子计时器的设计中，根据NE555和CD40110结构和工作原理，进行计时电路设计，数码驱动设计，还有在设计中占主要地位的多谐振荡电路的设计。
其中多谐振荡电路的设计结合了数电以及高频电子线路的综合应用。
本课设论文分为以下几个部分：
通过技术指标从555电路依次往后级电路设计，包括元件参数，器件的选择，和最终实物的制作和调试。
课设中，运用cd40110计时驱动数码管，因为40110很容易受到脉冲信号的影响，所以在调试中要保证电路的稳定性。
下面就这几个部分进行介绍说明
本章节主要介绍三位数显式电子计时器的指标和电路的功能
1.1设计要求
a由NE555构成的多谐振荡器
b利用CD40110具有译码驱动加减计数器等功能驱动八段显示译码输出
c开关控制计时器的停止与运动
1.1.1三位数显式电子计时器技术指标
三位数显式电子计时器就是一个电子计数器，不过它所计的数是时间秒计时精度为0.1s计时电路由三只四合一电路CD40110级联组成，并且驱动数码管显示。
本计时器电路作为一种比较精确的计时器，它的开启与停止必须灵敏与可靠。
三位计时器中，IC1和LED1作为0.1位计时，IC2.IC3分别为个位和十位计时。
1.2设计功能
本电子计时器用于四驱是赛车的电子计时，赛车启动时将计时器启动，赛车停止时又将计时器停止。
计时器所显示的数值即是赛车所消耗的时间。
本电路由控制开关和电子计时器两大部分组成。
其中电子计时器是由时基发生器和数显式电子计数器组成。
本计时电路作为一种比较精确的计时器，它的开启与停止必须灵敏与可靠。
电路中将它的TE（低电平有效）端作为计时器的开停控制端，平时TE通过R2接电源，计数器的计数功能被抑止。
当赛车启动的同时，通过继电器的触点K将TE端接地，计数器立即恢复技术功能。
当赛车到达终点时，继电器触点K断开接地，使TE端又接至电源端，计数立即停止计数，计数结果予以保留。
第2章电路的方框图和原理图
2.1电路方框图
1.如图所示
NE555构成的多谐振荡器
CD40110构成的译码计数驱动电路
七段数码显示器
（图a）
2.2电路原理图
2.如图所示
第3章单元电路设计参数计算和器件的选择
本章节讲诉了电路中元件参数值的计算，重点介绍了NE555和CD40110芯片各引脚的功能以及由NE555构成多谐振荡器电路的计算。
也介绍了数码管的使用方法。
3.1NE555定时器
1.555定时器是一种中规模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起，具有结构简单使用电压范围宽工作速度快定时精度高驱动能力强等优点。
它不仅用于信号的产生和变换，还用于控制与检测电路中。
555定时器的内部结构和引脚排列如图
（555定时器的内部结构图）
（555定时器引脚排列图）
555定时器引脚的名称
序号符号名称
1GND接地端
2TR低电平触发端
3Q输出端
4Rd复位端
5Um电压控制端
6TH高电平触发端
7DIS放电端
8+Ucc电源端
3.2多谐振荡器
多谐振荡器是一种自己振荡电路，当电路连好并接通电源后，在其输出端便可获得矩形波，因矩形脉冲中除基波外还含有丰富的高次谐波，所以称之为多谐振荡器。
3.2.1由555定时器构成的多谐振荡器
1.电路组成
图a所示由555定时器构成的多谐振荡器。
R1R2C是外接元件，定时器TH端和TR端连接起来接Uc，晶体管VTd集电极（7脚）接到R1和R2的连接点上。
2.工作原理
接通电源前，电容C上无电荷，所以在接通的一瞬间，因电容C来不及充电，故电容C两端电压为0V，则有Uth=Utr=Uc=0V，输出端Uo为高电平，VTd截止，直流电源通过电阻R1R2向电容C充电，电容电压开始上升，充电时间常数t1=（R1+R2）C。
当电容C充电达到2/3Ucc时，电电路的状态发生翻转，uo端输出低电平，VTd饱和导通，此时电容CR2和VTd构成了放电回路，电容C开始放电，放电时间常数t2=R2C。
当电容两端电压Uc下降到Ucc/3时，输入端又变成了低电平，则uo端输出高电平，同时晶体管VTd由导通变截止；电源通过R1R2重新向C充电，重复上次过程。
图b为555定时器组成的多谐振荡器波形图。
3.振荡频率
电容充电时，时间常数t1=（R1+R2）C，起始值uc（0）=Ucc/3，终了值uc（）=Ucc，转换值（T1）=2Ucc/3，带入RC过渡过程计算公式可得，
电容的充电时间为T1=0.7（R1+R2）C
电容放电时，时间常数t2=R2C，起始值uc（0）=2Ucc/3，终了值uc（）=0，转换值uc（T2）=Ucc/3，带入RC过渡过程计算公式可得，电容的放电时间为
T2=0.7R2C
电路振荡周期T为
T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C
电路的振荡频率f为f=1/T
多谐振荡器的振荡频率只取决于电路中的R1R2和C，即充放电电容，与其他无关。
3.3CD40110介绍
1.cd40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。
2.cd40110有2个计数时钟输入端CPU和CPD分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。
由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。
40110的进位输出CO和借位输出BO一般为高电平，当计数器从0～9时，
BO输出负脉冲；从9～0时CO输出负脉冲。
在多片级联时，只需要将CO和BO
分别接至下级40110的CPU和CPD端，就可组成多位计数器。
3.3.1CD40110芯片功能及各引脚
1.如图c所示cd40110引脚
（c）cd40110的引脚图
2.各引脚说明如下所示
BO借位输出端CO进位输出端CPD减计数器时钟输入端CPU加计数器时钟输入端CR清除端
/CT计数允许端/LE锁存器预置端
VDD正电源Vss地Ya~6g锁存译码输出端
3.4数码管介绍
1.液晶显示器
液晶显示器件（LCD）是一中平板薄型显示器件，其驱动电压很低、工作电流极小，与TTL电路结合起来可以组成微功耗系统，广泛地用于电子钟表、电子计算器、各种仪器和仪表中。
液晶是一种介于晶体和液体之间的有机化合物，常温下既有液体的流动性和连续性，又有晶体的某些光学特性。
液晶显示器件本身不发光，在黑暗中不能数字，它依靠在外界电场作用下产生的光电效应，调制外界光线使液晶不同部位显示出反差，从而显示出字型。
2.半导体显示器
某些特殊的半导体材料，例如，用磷砷化镓作成的PN结，当加正向电压时，可以将电能转化成光能，从而发出清晰悦目的光线。
利用这样的PN结，既可以封装成单个的发光二极管（LED），也可以封装成分段式（或点阵式）的显示器件。
它既可以用半导体三极管驱动，也可以直接用TTL与非门驱动。
在显示译码器和显示器的连接中，显示译码器各个输出端必须具有足够的吸取电流的能力，以驱动有关显示段发光。
显示译码器的输出级的电路结构形式与所选用显示器的结构形式应相匹配，否则不仅不能正常工作，甚至会导致器件损坏。
实际数码管是把发光二极管的管心做成条状，用7条条状的发光管就可以组成7段式半导体数码管，如图2-8所示。
每个数码管可显示0～9十个数字，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。
LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完全成译码功能，还要有相当的驱动能力。
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管.数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
3.如图数码管引脚
（共阳极）（共阴极）
4.LED数码管译码原理
当输入BCD码（以A、B、C、D表示），输出是数码管各段的驱动信号（以Fa～Fg表示），也称4—7译码器。
例如，当输入8421码ABCD=0100时，应显示为“4”,即要求同时点亮b、c、f、g段，熄灭a、d、e段，故译码器的输出应为Fa～Fg=0110011，这也是一组代码，常称为段码。
同理，根据组成0～9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，共阳极的是低电平有效，共阴极的反之，共阳极数码管的真值表如表a所示
表a共阴极数码管的真值表
A
B
C
D
字形
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
2
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
3
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
4
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
5
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
6
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
7
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
8
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
9
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
第4章整机电路的工作原理
它的时间脉冲发生器由555电路组成,时基脉冲周期为0.1s,即频率为10HZ.R1,RP和C1组成振荡电路的脉冲电路的形成元件电路组装后,用标准频率计调节RP校准其频率为10HZ，计时电路又三只四合一电路CD40110组成，电路将它的TE非端作为计时器的开，停控制端。
平时TE非端通过R2接电源，计数器的计数功能被抑制，当赛车启动的同时，通过继电器K将TE非端接地，计数器又立即恢复计数功能。
当赛车到达终点时，继电器断开，使TE非端又接电源端，计数器又停止计数，计数结果予以保留。
三位计时器中，IC1和LED1作为0.1位计时，IC2和IC3分别为个位和十位计时，它们的级联方法中，除0.1位计数器的加计数脉冲出入端CP+接时基脉冲的输出端外，个位计数器的CP+端接0.1位计数器的进位输出端CO。
十位计数器以同样的方法与个位计数器连接。
电路中，SB3为手动复位按钮，使用前按下此钮后，计数器清0，确保计时的准确性。
电阻R4由电源至LED2，它接通的是小数点显示电源。
第5章电路的安装与调试
电子电路调试技术包括调整和测试两部分。
调整主要是对电路参数的调整，如对电阻、电容和电感等，以及机械部分进行调整，使电路达到预定的功能和性能要求；测试主要是对电路的各项技术指标和功能进行测量与试验，并与设计的性能指标进行比较，以确定电路是否合格。
电路测试是电路调整的依据，又是检验的依据。
5.1整机电路的调试
1.通电观察：
通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。
如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电
2.静态调试：
静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。
通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。
3.动态调试：
动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输出端测试输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。
按照以上调试方法与步骤对所搭建的实际电路进行调试，调试结果正确，也就是说本次课设所设计的三位数显式电子计时器基本符合设计要求，达到了本次课设的目的。
5.2整机电路的布线与接地问题
布线与接地问题是影响电路性能的重要因素之一，有些就是因为布线和接地不合理所致，下面具体介绍布线和接地问题。
5.2.1布线的原则
1.按电路图的走向顺序排列各级电路，尽量缩短接线，以减少分布参数对电路的影响，排线应尽量避免形成闭合回路。
2.集成电路外接元器件尽可能安排在对应管脚附近，缩短连线的距离。
输入信号与输出信号的引线应当尽可能分开一些，引线间要有一定的距离，避免相互绞合和交叉。
5.2.2关于接地问题
“接地”是电子设备中十分重要的问题。
按其目的可分为两种：
一是安全接地，如把机壳与大地相连，可避免人身触电的危险；另一种是工作接地，这里的接地是指电路的公共参考点，而不一定同大地相连。
这一参考点如何设置和连接非常重要，选得不合适会产生电路的干扰，甚至不能正常工作。
一般情况下，为合理接地需要注意如下几点：
1.电路尽可能一点接地，这样可以避免地电流干扰和寄生反馈。
2.输出级和输入级不要共同一条地线。
3.输入信号的“地”应就近在输入级的地端，不要和其他地方的地线公用。
4.各种高频和低频去耦电容的地端，应尽可能远离输入级的接地点，可靠近高电位的接地端。
结论
对于电路的设计过程中我以我为555定时器构成的多谐振荡器的设计很难，设计比较烦琐，有各电阻、电容值的设计，还有好多要求，看起来十分复杂。
后来通过查资料，才了解到先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值，画出电路图，一切都会变得简单。
同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，操作不灵便浪费了很多时间。
但吃一堑长一智，现在遇到这些问题，及时解决，以后再做这类事情就会少出一些问题。
经过这次课程设计，我学到了不少实用东西，对于三位数显示电子计时器有了更深层次的掌握,并且提高了独立解决问题的能力.本次课程设计没有要求制作电路板并且对其进行调试但我相信要是调试的话也一定回去的满意的效果。
我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于电子技术的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会通信专业里边的各种知识，为将来的工作打下良好的基础。
在整个课程设计中，我十分感谢姜波老师的热心帮助，在我不懂的时候，老师给予了我指导，让我对于这次课设感到非常的有信心！
做实物更是我十分不擅长的，遇到疑难杂症时候，老师总能耐心的给我测试，指导。
我怀着崇敬的心情对老师表示感谢！
收获和体会
我认为，在这次的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，更重要的是，在实验中，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这样我们才能成为一名合格的大学生。
我们在这过程中遇到很多困难，不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。
完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。
很少有人会一步登天吧。
永不言弃才是最重要的。
而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。
而团队合作也是当今社会最提倡的。
相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。
我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。
只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！
To us, happiness equals success!
快乐至上，享受过程，而不是结果！
认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在实时测量技术试验上学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！
致谢
非常感谢姜波老师在课程设计中给予了我很多的指导。
姜老师从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到说明书定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。
为了帮助我们开拓视角，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓励。
姜老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。
再多华丽的言语也显苍白。
在此，谨向姜老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
感谢华德学院电子系的老师们为我们精心选题，让我们在这次课程设计中有所得。
为我们提供宽敞明亮的教室，让我们有一个很好的环境来研究课题。
学院还为我们提供万用表烙铁钳子等工具。
这充分的说明了老师们对我们的关心和帮组。
感谢我的伙伴们，我们在这次课题上能够团结一致，共同分析电路的问题，才能使这次课程设计顺利完成。
最后要感谢学院给我提供了一次很好的实践机会，在这次课程设计期间，无论是从技术上还是从对环境的适应能力上来讲，都对我今后的学习打下了一个良好的基础。
由于本次课程设计时间紧促，再加上我的能力有限，设计做的不是很完美，有些功能都没有实现，希望老师在今后的学习生活中给予我多加教育指导。
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高等教育出版社.1999年
7童诗白.模拟电子技术基础（第三版）.高等教育出版社.2001年
8贾新章..电子电路CAD技术基于OrCAD9.2.西安电子科技大学出版社.2002年出版
附录1常见集成电路外引脚排列图及功能表
1.4000系列
2.555系列
附录2元器件清单
名称
元件代号
型号
数量
备注
电阻
R1
47K
1
R2
5K
1
R3
10K
1
R4
1K
1
电容
C1
3．3μF
1
C2
0．1μF
1
C3
1μF
1
C4
1μF
1
发光二极管
LED1
1
LED2
1
继电器
K
24V
1
单刀双掷开关
SB3
1
点触开关
SA
1
555
555
1
可调电阻
RP
10K
1
CD40110
IC1，IC2，IC3
3
电源
6V
1
升级会员 