倒计时计时器设计.docx

华北科技学院课程设计

一. 设计任务和要求
倒计时计时器的用途很广泛。它可以用做定时，控制被定时的电器的工作状态，实现定时开或者定时关，最长定时时间为999分钟。它还可以用做倒计时记数，最长记时时间为999秒，有三位数码管显示记数状态。用三个可预置数的减计数器组成三个二-十进制减计数器。用三个译码器和三个LED数码显示器，COMSS电路组成秒/分选择器。另外有控制电路，控制器随着计数器计数的状态发生改变，计时期间，用电气开关断开。当计时完毕时，用电气开关闭合。
(1)用三个可预置数的减计数器组成三个二-十进制减计数器。
(2)用三个译码器和三个LED数码显示器，COMSS电路组成秒/分选择器。
二. 设计的作用与目的
(1) 实现定时开或者定时关，最长定时时间为999分钟。
(2）用做倒计时记数，最长记时时间为999秒。

三. 倒计时计时器的设计
1.倒计时计时器系统概述
用时钟脉冲发生器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为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，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。在74LS192输入端设置4个开关，通过开关的高低电平状态从而实现999秒内任意时间的倒计时。在电路中加入停止器使其倒计时到000时停止计时并且蜂鸣器响。
系统设计框图如图1

图1系统设计框图
2. 555定时器制成多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后不需外加触发便能产生矩形脉冲。 我们用555定时器构成多谐振荡器的原理很简单,只要将施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回输入端即可。当接通电源以后,因为电容上的初始电压为0,所以输出为高电平,并开始经电阻R向电容C充电,当充到输入电压为Vi=Vt+时,输出电压跳变为低电平,电容C又经过电阻R开始放电。当放至Vi=Vt-时,输出电位又跳变为高电平,电容C重新开始充电,如此周而复始,电路便不停的振荡。振荡周期为T=T1+T2=(R1+2R2)CLn2。

3.计数器电路的原理与分析
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74LS192来实现要求的减法计数功能。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
74LS192其引脚排列及逻辑符号如图2

图2 74LS192 管脚图
UP为加计数时钟输入端
CPU为进位输出：1001状态后负脉冲输出，
CPD为借位输出：0000状态后负脉冲输出。
D0~D3为数据输入端
Q0~Q3为数据输出端
74LS192 的功能表如图3：

图3 74LS192 的功能表
用三个74LS192构成的减计数器如图4
74LS192是可预置的十进制同步加/减计数器，计数器初始状态与减法还是加法无关。
计数器有清零引脚MR，清零后，不论出于加减状态，计数器输出均为0。计数器还具有加载功能，加载后，计数器不论原先是什么值，输出为加载值。 不进行清零和加载操作，计数器一直循环计数，无所谓从哪里开始。
减法计数时，0变9时，借位输出有效，从这个角度讲，可以认为从9开始，就如加计数是9变0时进位，可以认为从0开始在LD为高电平时输出端则输出为你设置的那个数。
图4 减计数器
74LS192输入端4个开关，可以实现999秒内任意时间的倒计时。通过开关的高低电平状态，给74LS192 置数。
J1、J2、J3、J4负责U7的置数接高电平有效低电平无效，实现百位数字0-9的调节；
J5、J6、J7、J8负责U8的置数接高电平有效低电平无效，实现十位数字0-9的调节；
J9、J10、J11、J12负责U9的置数接高电平有效低电平无效，实现个位数字0-9的调节；
J13控制U7、U8、U9的置数端来控制置数是否有效；
J14暂停器；
J15压控开关，高电位时导通。
4.译码器和显示管的原理与分析
A:74LS47芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。
74LS47其引脚排列如图5

图5 74LS47 管脚图
74LS192 的功能表如图6

图6 74LS192 的功能表
B:显示管（阴极射线管）：是将电信号转变为可见图像的电子束管。它通常是指用于显示图形、字符的电子束管。
译码器和显示管如图7
图7译码器和显示管
5.停止器的原理与分析
通过使用与非门、非门、压控开关、和蜂鸣器实现倒计时计时器到000时停止计时，而不是进入下一个计时周期。
与非门（英语：NAND gate）：是数字电路的一种基本逻辑电路。若当输入均为高电平（1），则输出为低电平（0）；若输入中至少有一个为低电平（0），则输出为高电平（1）。与非门可以看作是与门和非门的叠加。
非门（英文：NOT gate）：又称非电路、反相器、倒相器、逻辑否定电路，简称非门，，是逻辑电路的基本单元。非门有一个输入和一个输出端。当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。非门的逻辑功能相当于逻辑代数中的非,电路功能相当于反相,这种运算亦称非运算。
停止器图 如图8
图8 停止器图
四. 仿真与结果分析
1. MULTISIM软件简介：
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
2. 倒计时计时器仿真
倒计时计时器仿真图如图10图11
图10 倒计时计时器仿真图片

图11 倒计时计时器仿真图片
上图为倒计时计时器仿真时由011倒计时到000时电路的状态此时蜂鸣器响。

五. 心得体会
经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
我做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操 作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，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。这对于我们的将来也有很大的帮助。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

六. 附录
1.元器件明细表：

2.原理图

七. 参考文献
1.朱小龙、梁秀荣主编， 电工电子实验与课程设计指导，徐州：中国矿业大学出版社，2014
2.顾斌、赵明忠.数字电路EDA设计.西安：西安电子科技大学出版社 ，2004
3.彭华林等编. 数字电子技术. 长沙：湖南大学出版社，2004
4.金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，2004
5.侯建军.数字电路实验一体化教程. 北京：清华大学出版社2005
6. 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001
7.郭海文.电工电子实验技术.徐州：中国矿业大学出版社.2015

19