数电课设3060s循环计时电路.docx
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数电课设3060s循环计时电路
学校代码：
10128
学号：
201511204072
课程设计
题目：
定时电路设计与实验
学生姓名：
韩磊
学院：
电力学院
系别：
自动化系
专业：
自动化
班级：
自15-3
指导教师：
王艳荣
2017年07月05日
摘要
电子技术课程设计是电子技术课程的实践性环节，是对所学的电子技术基本理论知识的综合运用。
课程设计是根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求，进行电路的独立设计，实验安装和调试，在实验板上进行电子产品的制作和写出实验总结报告。
本设计要求设计一个30S/60S循环定时电路，本实验的核心部分是要设计一个30S/60S循环计数器，并且对计数结果进行实时显示，同时要实现设计任务中提到的各种控制要求，因此该系统包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、时序控制电路和报警电路等5个部分构成。
其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成30S/60S循环计时功能，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。
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0-30S/0-60S字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；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，计数器继续递增计数。
本系统还在Multisim下进行了仿真测试，对计时电路、译码显示电路、报警电路进行了性能与功能仿真，通过仿真分析验证了设计的正确性，达到了设计的预期目的，仿真结果完成了预期要求。
关键词：
循环计数器30S/60S秒定时器555定时器
目录
一、设计任务及分析5
1.设计目的：
5
2.设计内容:
6
3.设计思路：
6
二、系统方案设计7
方案一7
方案二7
三、原理电路设计9
1、秒脉冲电路9
2、递增计时电路10
3、报警电路10
4、外部操作信号11
5、整体电路图12
四、系统测试电路13
五、设计测试过程中遇到的问题及解决方法14
六、结论14
七、参考文献15
一、设计任务及分析
1.设计目的：
（1）掌握基本时序逻辑电路的分析和设计方法。
（2）掌握基本逻辑故障识别与诊断基本方法，培养分析、解决问题能力。
（3）掌握学习总结报告和设计说明书的基本书写方法，培养技术交流能力。
2.设计内容:
设计一个30S/60S定时电路，用两位数码管显示时间。
定时电路采用加/减计时模式，时间间隔为1S.有外部控制开关可以对定时电路进行直接清零、置数、连续计数、时长选择。
当定时时间到时，显示器停在最后的时间，同时发出声光报警信号。
3.设计思路：
目的是设计一个30S/60S循环定时电路对计数结果进行实时显示，同时要实现设计任务中提到的各种控制要求，因此该系统包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路和报警电路等5个部分构成。
其中，计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成30S/60S循环计时功能，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。
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0-30S/0-60S字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；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，计数器继续递增计数。
二、系统方案设计
方案一：
图1
秒脉冲发生器使用555定时器，计数器使用74ls160组合而成，控制电路选用两个二输入的与非门组合而成的基本触发器和两个三输入的与非门组成，而其集成块则选用74ls20。
此方案中选用的74ls20是由两个四输入的与非门组成。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波，可用作方波发生器。
由基本RS触发器构成的控制电路具有抗抖作用，由于机械开关的接触抖动，则R的状态会在0和1之间变化多次，若R=l，由于A=0，因此G2门仍然是“有低出高”，不会影响输出的状态。
方案二：
图2
秒脉冲触发器、计数器和控制电路所使用的与方案一相同，但控制电路的集成块使用74ls01和74ls10，显示译码器使用74ls148组合，报警电路选用蜂鸣报警器。
此方案中的译码器74ls148为8线－3线优先编码器，共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式，利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行扩展。
方案一与方案二比较起来，对于控制电路的集成块应用，方案二的集成块闲置引脚要远大于方案一，会增加外部干扰，而在报警器的选择过程中，蜂鸣报警器的结构相对复杂，不利于电路连接，而且其与计数器之间因为同一型号而不需要上拉电阻，大大减少了电路的导线数，但综合所有性能来看，方案一要比方案二更合适，因而选择方案一。
表格1
元件名称
型号
数量
电阻
100Ω
1
2.886kΩ
2
5.772kΩ
1
电容
10nF
1
10nF
1
定时器
555
1
显示器
SM4205
2
计数器
74LS160
2
小灯泡
1
开关
2
三、原理电路设计
1.秒脉冲电路
秒脉冲产生电路采用555定时器来实现。
555定时器是一种多用途集成电路，应用相当广泛，通常只需外接几个阻容元件就可以很方便的构成施密特触发器和多谐振荡器。
利用555定时器构成多谐振荡器的方法是把它的阀值输入端TH和触发输入端TR相连并对地接电容C，对电源Vcc接电阻R1和R2，然后再将R1和R2接DIS端就可以了。
由555定时器构成的秒脉冲产生电路如图所示。
图3秒脉冲电路
多谐振荡器的振荡周期为：
T=0.7（R1+2R2）C
=0.7（15+2*68）×103×10×10-6
=1057ms
≈1s
2、递增计时电路
74LS160为可预置的十进制同步计数器，直接清零，异步清零端MR非为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。
160的预置是同步的，当置入控制器PE非为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3数据端P0-P3一致。
其管脚图如图所示：
RCO进位输出端
QA-QD输出端
ENP计数控制端ENT计数控制端。
二者全1时计数器才能工作，否则处于保持状态。
CLK时钟输入端
CLR异步清零端（低电平有效）
LOAD同步并行置入端（低电平有效）当其为低电平时，在时钟作用下，读入D0到D3
74LS160是10进制计数器，要做成30进制计数器，先要做一个比30大的计时器。
这里用两片74LS160接成一个100进制计数器，再通过置数法实现30进制计数。
由两片74ls160连接形成的三十进制加法计数器如图所示。
图4递增计时电路
3、报警电路
BO1为低位74LS160的借位端，BO2为高位74LS160的借位端，到低位从0到9时，BO1发出“0”信号，但不会使发光二级管亮灯，只有当计数器见到00时，B01和BO2同时发出“0”信号，才能使发光小灯泡发光，产生报警作用。
图5报警电路
4、外部操作信号
图6外部操作信号电路
外部操作信号由置数，暂停、清零两部分构成。
1、操作“清零”开关，要求计数器清零，当开关闭合是继续工作，开关打开是使两片74ls160的清零端为高电位，于是清零端工作。
2、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示00，断开“启动”开关，计数器开始进行递增计数。
3、当“暂停/连续”开关处于闭合时，发出低电平，通过与555的输出端与非，从而使与非后的信号一直为高电位，即脉冲信号失效，显示器保持不变。
当此开关处于打开时，计数器继续累计计数。
5、整体电路图
图7整体电路图
4、系统测试电路
闭合S1，系统正常工作，X1灭。
图8
运行中断开开关S1，计数器停止，X1亮。
图9
再按下S2，计数器清零，X1亮。
图10
五、设计测试过程中遇到的问题及解决方法
在组装过程中，经常出现的问题就是忘了给引脚接线、连错了引脚等等这些小问题，但是这些问题却是致命的，常常会让我们头疼不已，因此为了避免出错，就需要我们细心认真。
当检测出问题后分析出原因，是元器件本身原因还是接线错误，更换元件或重新正确接线，保证电路的正确运行。
在调试过程中，我的电路出现了无法置数的错误，经过排查最终发现是置数电路少接了一根线看来还是大意惹的祸。
一开始元件参数的计算选择不是很合理，电容、电阻的参数 选择未能使输出时钟脉冲的时间达到理论要求。
后通过查阅资料，修改给定的电容参考值，重新计算电 阻的值，多次修改调试，直到达到了理论值。
六、结论
通过为期一周的课程设计，我深刻体会到了自己知识的匮乏，自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，而且是理想化的。
根本不知道在现实中还存在有很多问题。
设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比考试的时候考虑的多的多。
所以，一开始，我遇到了很多麻烦。
通过老师和同学们的帮助，我渐渐的有了眉目。
这样，在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。
设计电路，还要考虑到它的前因后果。
什么功能需要什么电路来实现。
另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。
这样，也提高了我的分析问题的能力。
原来，我们学习的电路只是一个理论知识，通过这次实习。
使我的理论知识上升到了一个实践的过程。
同时在实践中也加深了我们对理论知识的理解。
通过这次实习，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。
而且提高了我考虑问题，分析问题的全面性以及动手操作能力。
使我的综合能力有了一个很大的提高。
最后，在这里，我非常感谢指导老师的耐心辅导及热心帮助。
参考文献
1、电子技术基础数字部分第五版.康华光主编：
高等教育出版社，2006
2、实用电路分析.刘春晖主编.北京电子报.1995
3、电子系统设计与实践.周群，杨刚主编.电子工业出版社.2004
4.数字电子技术基础第五版.阎石主编.清华大学出版社.2006
5、电子技术课程设计.杨志忠主编.机械工艺出版社.2008
6、电路第五版.邱关源主编.2006
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