数电课程设计会议限时器倒计时器.docx

1、数电课程设计会议限时器倒计时器 数字电子技术课程设计KAKA2013/12/26会议限时器摘要本设计要实现功能为发言时间设定在1分钟到17分钟可调；在主持人的控制下，设定时间倒计数显示；在限时时间到的前2分钟，每隔半分钟LED灯闪烁一次提示；限时时间到时，LED灯亮并且蜂鸣器发出声响。设定有输入及暂停开关，LED灯和蜂鸣器表示工作状态。电路原理模块分为时钟脉冲电路、倒计时电路、预置时间电路、显示电路、门电路比较控制电路、提示信号发生电路、暂停控制电路等部分。各部分用74LS192双时钟可逆十进制计数器、74LS160十进制加计数器、555定时器、7段共阴极数码管、74LS48译码器、蜂鸣器、按

2、钮开关、单刀双置开关、发光二极管、LM7805、二极管、变压器、电阻、电容以及适当的74LS系列门电路构成。关键词限时、时间提示、脉冲、计时、报警、比较、置数设计要求1、发言时间设定在117分钟可调。2、设定时间倒计数显示。3、在限时时间到的前2分钟，每隔半分钟LED灯闪烁一次提示；4、限时时间到时，LED灯亮、蜂鸣器发出声响，并且数码管显示保持在“000”状态。5、应有设定输入及暂停开关，用LED灯和蜂鸣器表示工作状态。一、系统概述1.1设计思想设计思想框图为图1-1所示，分为时钟脉冲电路、倒计时电路、预置时间电路、显示电路、门电路比较控制电路、提示信号发生电路、报警电路、置零保持控制电路等

3、部分。脉冲电路产生1Hz的时钟频率信号作为倒计时的脉冲信号进行倒计时，通过译码电路显示在数码管上。当倒计时2分钟以内后每隔半分钟发出提示信号。当倒计时显示为0时，LED灯一直亮且蜂鸣器一直响，并且数码管显示保持在000状态。按下置数开关，脉冲给十进制加计数器脉冲，可以给电路进行1分钟到17分钟范围内置数。1.2方案论证及选择1.2.1电源方案选择方案一：用5V的蓄电池做电路的工作电源。电路接线简单，使用方便，可移动性能强，整体电路均为5V的电源不必变压可以直接使用。但是，总体电路的芯片较多，每个芯片均需要电源提供5V的电压，总体耗电量可能较大，当蓄电池电量不足时可能影响芯片的正常工作，使电路出

4、现混乱。而且市场上5V蓄电池也不容易买到。常用方法为一个6V的蓄电池（3片2V的蓄电池）串联一个二极管降到5.3V左右，但是蓄电池的电压很不稳定，在充满电的时候，电压可以达到2.4V3=7.2V，在一般的时候也是2.25V36.75V，完全放电以后的电压为1.75V35.25V。电压变化范围较大，有的芯片对电压要求比较严格，所以此方案不可行。方案二：使用LM7805构成5V稳压电源。通过变压器将市电220V，50Hz交流电转化为12V，50Hz交流电，在通过全桥二极管进行整流，通过LM7805进行稳压得到5V直流电压。此方案比较容易实现，LM78XX系列产品可以在任何一个电子元件商店一定都能买

5、到，成本较低，性能稳定，输出电流最大可达1A，可以满足设计要求。故此方案可行性比较高，所以选用此方案。1.2.2时钟脉冲产生电路方案选择方案一：使用晶体振荡分频电路。采用石英晶体振荡器，起振快，时基精度高。振荡工作频率仅决定于石英晶体的谐振频率，而与电路中的R、C 数值无关。振荡器经内部分频电路后可分为多档输出，可以使脉冲精度从毫秒到小时。起振、停振、清零都可以从电路上端口直接控制，方便。但本系统中所用的脉冲只需1Hz的低频脉冲，不需太高的精确度，而石英晶体振荡频率较高，用在本系统需多次分频，电路会比较复杂。所以不用此方案。方案二：采用555定时器芯片构成多谐振荡电路。采用555定时器芯片构成

6、多谐振荡电路产生所需脉冲。555定时器是一种单片集成电路，只需要在其外部配上少量的阻容元件，就可以构成多谐振荡脉冲电路，使用灵活方便，振荡周期可根据其外部接的电阻、电容计算，公式为T=0.7（R1+2R2）C。其电路较简单且可以利用T与R1、R2、C的关系方便地改变振荡频率，以满足系统要求。所以选用此方案。1.2.3倒计时电路方案选择由于设计中要求实现倒数计时，故须选择可逆计数器，而74LS192、74LS193均为双时钟脉冲输入可逆加减计数器，且其清零和置数方式均为异步，两者都可选，不同的是74LS192为十进制计数，而74LS193为16进制计数，本系统中用到的十进制计数较多，故选用74L

7、S192电路较为简单方便。而74LS192无论在加计数还是减计数时，双时钟脉冲均需保持一个为高电平，另一个输入时钟脉冲，基于此要求本系统中采用3片74LS192为倒计时电路。并利用复位置位控制端为置数电路，清零电路做准备。1.2.4预置时间电路方案选择方案一：使用单刀双掷开关给74LS192的输入端赋初值。图1-2 单刀双掷开关赋值电路方案二：使用74LS160十进制加计数器产生输入数据。由74LS160十进制计数器组成。每按一次开关，控制相应的计数器累加1。利用按钮开关产生一个上升沿信号给74LS160的时钟输入端，为74LS160提供脉冲信号实现计数增加。但是按钮开关按下后自动弹起，在此过

8、程中的时间非常短暂，产生一个非常短的负脉冲，不足以引起74LS160加计数器进行加计数工作，所以要增加适当的电路使这个负脉冲进行延时，保证有足够的时间使74LS160加计数器进行加计数工作。图1-3电路在仿真中简单且容易实现，但在实际电路并不可行，若要采取此方案还应增加适当的电路。图1-3 利用74LS160赋初值电路1.2.5显示电路方案选择方案一：使用LCD显示电路。LCD显示比较清晰，完整，但是电路复杂，需要比较专业的知识来完成LCD控制，且价格较高，故不采用此方案。方案二：用7段共阴极数码管构成。 由于由技术电路芯片74LS192、74LS160出来的信号为4位二进制数，故用74LS4

9、8共阴极7段数码管驱动芯片和共阴极数码管就可以构成显示电路。此方案简单、经济且易于实行，所以选用此方案。1.2.6比较控制电路方案选择方案一：用74LS58比较器芯片构成。74LS58是4位二进制数比较芯片，利用级联输入端进行级联扩展，实现比较功能。但是使用74LS58芯片接线比较复杂，而且本系统比较数据比较简单，所以不使用此方案。方案二：利用门电路构成。本系统需要比较倒计时为2分钟、1分半钟、1分钟、30秒和倒计时为0。用适当的门电路就可完成，工作原理比较简单，成本较低。所以采用此方案。1.2.7提示信号发生电路、报警电路、置零保持、暂停控制电路方案提示信号分为2分钟及其以内每隔半分钟LED

10、闪亮一次，倒计时为0时LED一直亮且蜂鸣器一直响。利用从门电路比较出来的信号进行控制。LED提示、报警电路利用门电路产生高电平使电路达到工作条件，并且使高电平作用到3个74LS160的清零端WR，使3个数码管显示一直保持在000状态。暂停电路为在脉冲输入端加一个单刀开关，开关闭合则电路正常工作，开关打开则电路暂停工作。二、单元电路设计2.1电源电路设计 电源电路原理如图2-1所示，220V、50Hz市电经过变压器变为12V、50Hz交流电，在经过全桥整流二极管进行整流，经过整流后在通过LM78065进行稳压得到5V稳压电源。图中开关控制整体电路的工作，用一个发光二级管（绿色）串联一个小电阻10

11、作为电源工作的指示灯，当开关闭合时发光二极管亮。图2-1 5V电源原理图在图2-1电路中用万用表测得的输出端电压为5.004V，如图2-2所示。此方案电路可以为本系统中所有的芯片提供准确的电源电压，保证系统的稳定运行。2.2时钟脉冲产生电路设计时钟脉冲产生电路如图2-3（a）所示，利用555定时器和电阻、电容构成多谐振荡器来产生一定频率的脉冲信号。当RST端即555芯片的四角为高电平1时多谐振荡器开始进行工作。输出脉冲的频率为 (2.1) 占空比为 (2.2)所以电阻、电容的参数为:R1=44KR2=50KC1=10F （a）电路原理图 （b）工作波形 图2-3 555构成多谐振荡器555构成

12、的多谐振荡器工作波形如图2-3（b）所示，产生1Hz的方波脉冲。利用它作为74LS192的计数脉冲，完成计数工作。2.3倒计时电路设计表2-1 74LS192功能表CPUCPDRDLD工作状态XX1X清零XX00预置数101加计数101减计数利用555定时器构成多谐振荡器产生的脉冲信号作为74 LS192的CPD信号，进行减计数工作，74 LS192为双时钟十进制可逆计数器芯片，其功能表如表2-1所示，当CPU为高电平1， RD为低电平0，LD为高电平1时，在CPD的上升沿时进行减计数工作；当RD、 LD均为低电平0时，计数器置数；RD为高电平1，LD为低电平0时，计数器清零。电路原理如图2-

13、4所示，555定时器构成多谐振荡器发出频率脉冲，给U2的CPD信号，U2的TCD端为借位信号，当U2输出为0时TCD发出信号，将此信号接在U3的CPD上就为U3的脉冲信号，实现60进制减计数功能，当计数到00时利用U7四端输入的与非门，来控制U3、U2的异步置数端进行置数，使计数为59到00的循环计数。74LS192的异步清零和CPU接高电平1。但是在整体电路中清零端要接在清零开关上面。图2-4 倒计时显示电路2.5预置时间电路设计 使用四个单刀双掷开关给U1赋初值，改值即为计时开始时的分钟数，由于两个表示秒的U2、U3的初值分别为5、9，即本电路的最小计时时间为59秒，即为1分钟，所以设定四

14、个单刀双掷开关后，实际的计时时间要在此基础上加上1分钟。赋初值的四个开关应在通电之前就设定好，通电前应先断开置零开关SW5，通电后之后再合上防止置零信号影响初始值的设定。图2-5 单刀双掷开关赋值电路2.6显示电路设计图2-6 显示电路原理图本系统中应用的各个数码管均为7段共阴极数码管，在利用软件仿真设计中为了简化整体原理电路，均用了4端口的数码管代替。显示部分电路分为数码管和驱动电路两个部分连接如图2-6所示，利用74LS47或74LS48共阴极数码管驱动译码芯片与7段共阴极数码管相连接。74LS47的输入端D、C、B、A接在计数器的输出端，74LS47的控制端均接高电平1，即可完成显示功能

15、。2.7比较控制门电路设计本部分电路设计是利用门电路的逻辑功能而进行设计的。系统要求，当倒计时到最后两分钟时每隔半分钟LED闪烁一次，倒计时结束时LED亮且蜂鸣器响。在倒计时显示部分，当输出到00：00时，倒计时部分应该停止计数，因为74LS192没有暂停控制端，所以当显示为0时利用门电路接入三个74LS192的清零端使数码管一直处于置零状态从而达到停止计数的效果。用3个四输入一输出的或非门电路的输入端分别接到三个数码管 ，输出端接到另一个四输入一输出的与门，只有当三个数码管都为0时，S、SS、MIN端才会同时输出高电平，即U7：B的输出端才会输出高电平，此时驱动蜂鸣器响。比较电路需判断出数码

16、管分别为2:00、1:30、1:00、0:30、0：00时的五种状态。比较可知，当第一个数码管为0或1或2，第二个数码管为0或3，第三个数码管为0时，则包含了上述五种情况。具体电路如上图所示。三、系统综述、总体电路图本设计要实现功能为发言时间设定在1分钟到17分钟可调；在主持人的控制下，设定时间倒计数显示；在限时时间到的前2分钟，每隔半分钟LED灯闪烁一次提示；限时时间到时，LED灯亮并且蜂鸣器发出声响。设定有输入及暂停开关，LED灯和蜂鸣器表示工作状态。电路原理模块分为时钟脉冲电路、倒计时电路、预置时间电路、显示电路、门电路比较控制电路、提示信号发生电路、暂停控制电路等部分。各部分用74LS

17、192双时钟可逆十进制计数器、74LS160十进制加计数器、555定时器、7段共阴极数码管、74LS48译码器、蜂鸣器、按钮开关、单刀双置开关、发光二极管、LM7805、二极管、变压器、电阻、电容以及适当的74LS系列门电路构成。图3-1 系统总体电路原理图四、结束语4.1本设计特点、存在的问题及改进意见特点：本设计系统简单实用，成本较低，制作成成品后，操作简单，容易掌握。可以完成各种简单的比赛、娱乐的计时工作。存在问题：本设计的时钟信号是利用555构成的多谐振荡器，产生1Hz的频率信号作为时钟脉冲，时钟脉冲信号的精度不是很高，可能会出现较大的误差，作为对时间精度要求不是太严格的场所可以应用本

18、设计，若对时间的精度要求严格，可选用晶振分频后作为脉冲信号，但是电路比较复杂。另外，本系统输入限时时间为1-17分钟，显然时间较短，不符合实际的会议时间长度。改进意见：本系统在实际制作中，可以用能准确计时的晶振电路作为脉冲信号，系统会比较准确的完成计时功能。另外，可再加一个显示十分钟的数码管，则系统的输入时间改进为60分钟。4.2心得体会数字电子技术基础这次课程设计是对这学期数字逻辑课程所学内容的一次综合练习，从中不仅强化了我对教材中知识的理解和掌握。而且也拓展了我在数字电子技术方面的知识，和对自己所学专业的认识。课程设计更是一个把所学知识应用于实践的过程，它对我动手能力的提高不言而喻。同时我

19、从这次课设中知道：知识不仅仅是写在书本上的文字和死板的理论，它更是指导我们实践的工具。一些比较简单的逻辑器件，经过一定的理论知识分析，将它们组合在一起就构成了我们生活中普遍应用，几乎必不可少的电子时钟。完成课程设计的任务以后，看到自己的成果感到很有成就感，从而加强了自己对本课程的兴趣，更加有利于对本课程方面知识的进一步拓展性学习。在实验的实际接线过程中，也遇到了许多问题，但由于此电路是自己和同组组员一起设计的，所以遇到问题时能很快找到原因并想出解决办法。最后，感谢指导老师的指导，也感谢同组组员的帮助。参考文献1、 林涛主编.数字电子技术基础.清华大学出版社.2006年版。 2、 林涛主编.模拟

20、电子技术基础.重庆大学出版社.2003年版。3、 尹勇、李林凌编著.Multisim电路仿真入门与进阶.科学出版社.2005年版。4、 陈明义主编. 电子技术课程设计实用教程.中南大学出版社. 2002版。 5、 彭介华主编.电子技术课程设计指导.高等教育出版社.1997版。附录 元件清单序号名称描述数量备注1双向可逆十进制计数器74LS192D32或非门74LS02D13四段与门74LS21D24四段或非门74LS25D25蜂鸣器BUZZER 686 Hz 16单刀双置开关SPDT67按钮开关PB_DPST18与非门74LS00D19与门74LS08D110发光二级管LED_red1红11集成稳压LM7805112二极管IN4001413单刀单置开关DIPSW1114变压器NLT-PQ-4-12112V 3W15555定时器555416电容470Uf1极性17电容10uF1极性18电容10uF2非极性19电容1uF2非极性20电容0.01uF4非极性21电阻100422电阻44K223电阻50K224电阻1K4