三位数显示计时器定时器数电专业课程设计.doc

沈阳航空航天大学
课 程 设 计

三位数字显示计时器定时器设计

班 级
学 号
学 生 姓 名
指 导 教 师

沈阳航空航天大学
课 程 设 计 任 务 书

课 程 名 称 电子线路课程设计
课程设计题目 三位数字显示计时器定时器设计
课程设计内容及要求：
一、设计说明和技术指标
设计一个三位数字显示计时器、定时器电路，技术指标以下：
① 计时、定时能够任意启停，保持计时、定时结果；
② 开机自动复位；
③ 最大显示时间为9分59秒；
④ 设置时间，定时报警；
二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．依据技术指标，经过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、试验要求
1．依据技术指标制订试验方案；验证所设计电路，用软件仿真。
2．进行试验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，
五、根据要求撰写课程设计汇报

成绩评定表：
序号
评定项目
评分成绩
1
设计方案正确，含有可行性，创新性（15分）

2
设计结果可信（比如：系统分析、仿真结果）（15分）

3
态度认真，遵守纪律（15分）

4
设计汇报规范化、参考文件充足（不少于5篇）（25分）

5
答辩（30分）

总分

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导老师签字：
12月 31日

一、概述
此次课设题目为立即定时系统，计时器和定时器在大家日常生活中有着广泛应用， 此次课程就是设计利用555定时器和数字逻辑芯片和数码管实现数字电子计时器和定时器功效，能够满足基础功效要求，电路要求由可控脉冲发生器、计数电路，显示数码管电路和报警电路组成。意在经过这次课程设计实现知识活学活用，能够将知识利用到实践中去，数字电路分为组合电路和逻辑电路，而此次课设则是基于对逻辑同时或异步知识掌握，能够依据题目选择对应芯片，设计对应电路，是此次试验最大目标。
二、方案论证
方案一：使用数字电路原理设计本方案，方案一利用555定时器和数字逻辑芯片和数码管实现数字电子计时器和定时器功效，电路要求由可控脉冲发生器、计数电路，显示数码管电路和报警电路组成。使用555多谐振荡器产生脉冲信号，使用数字芯片进行计数，经过LED进行报警最终使用显示译码器显示计数。所以一共有四部分组成。

图1 总体电路原理框图

方案二：

方案二采取单片机编程进行设计实现计时器或定时器设计。

本设计采取是方案一，因为本学期只掌握了数字电路学习，对于单片机知识有生疏，所以采取方案一实现计时器定时器设计。
三、 电路设计
3.1电路设计总体方案
3.1.1设计基础思绪
此次设计功效为计时器和定时器，对于计时器来说，能够认为是一个计数器应用，经过脉冲源产生方波信号，让信号作用于计数芯片实现计数功效，同时，为了满足三位数显示计时器，需要用到数码管，为了试验电路简单可操作性，采取自带译码器功效显示数码管，经过计数器串行连接和对于进制设置实现最大输出9：59。控制电路采取简易开关控制脉冲接入，能够随时暂停，开启。报警系统采取发光二极管实现，经过高低电平实现对于二极管亮暗控制。定时器在报警电路，脉冲源，控制电路中使用相同元器件，不过计数功效发生改变，经过使用74LS192实现减法计数器功效，用置数法实现最大值9:59设置。
3.1.2 设计总步骤图

图2 总体电路原理框图

3.2 555多谐振荡器，74LS160，74LS192介绍

3.2.1 555多谐振荡器
555多谐振荡器采取555芯片，经过电阻和电容计算周期，使之产生周期脉冲，555多谐振荡器3引脚为脉冲输出口，将之引入计数器脉冲端，从而实现计数功效。

图3 555多谐振荡器电路框图
3.2.2 74LS160
160为可预置十进制计数器，共有54/74160 和54/74LS160 两种线路结构型式,其关键电器特征经典值如表3-1(不一样厂家俱体值有差异): 74LS160关键电器特征 异步清零端/MR1 为低电平时，不管时钟端CP信号状态怎样，全部能够完成清零功效。 160预置是同时。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3和数据输入端P0-P3一致。

3.2.3 74LS192

192为十进制可逆加减法计数器，经过使能端控制，实现加减法控制，经过555脉冲加入脉冲端实现计数，从而控制显示译码器产生十进制数。 定时器电路采取是双时钟方法十进制可逆计数器74LS192，其中74LS192VCC和分别为电源、地引脚；P0、P1、P2、P3为并行数据输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端；CPD为减法计数脉冲输入端；PL为异步预置输入控制端（低电平有效）；MR为异步清零复位输入控制端（高电平有效）；TCU为进位输出端（低电平有效）；TCD为借位输出端（低电平有效）。
3.3 数字逻辑控制，脉冲信号产生，计数器计数和数码管显示模块

3.3.1报警系统模块
计时器利用报警原理为：此次报警实现是60s报警任务，计时器为从0:00开始计时，当计时器计时到8:59时，依据进位要求，接下来状态为9:00，即当分位显示为9是，即为00到5960s计时，故只要满足分位为9即可满足60s计时报警功效，分位为9即1001，当输出为1001是和门输出为高电平，发光二极管阴极接地，阳极为高电平，导通，发光报警。

图4 计时器报警电路框图
定时器一样实现最终60s报警功效，因为定时器为从9:59开始倒计时，故当分位显示为0时候，后两位为59，即可实现从59-00倒计时功效，当分位为0是，二进制为0000，输出为0，经过反相器展现高电平，加到二极管阳极，阴极接地，二极管导通，故发光报警。

图5 定时器报警电路框图

3.3.2脉冲信号产生模块
多谐振荡器为自激振荡电路，能够利用本身作用产生脉冲信号，常被用作信号源使用。
其中依据公式T=（R1+2*R2）*C*ln2和秒脉冲周期T=1s能够算出电阻R1=R2=47K，电容C=10uF。

图6 555多谐振荡器电路波形图
3.3.3计数器计数模块

计数器计时经过74LS160实现十进制加法计数，后两位为60进制计数器，经过置零法加入和非门实现60进制，然后进位输出给第一位实现9:59最大计时。计时器利用置零法，计时器为从0：00开始到9:59为止，首先秒需要实现60进制，所以利用置零法，将第二个芯片变为0-5循环，原本74LS160为十进制加法计数器，从0开始计数，接收到第6个脉冲以后变为0110，产生置零信号加入RD端，重新返回0即可实现0-5循环。

图7 计时器计数电路原理框图
计数器定时经过74LS192可逆十进制加减法计数器实现定时，忽略加法计数功效，实现减法计数器功效。后两位一样为60进制，进位输出到第一位最终实现0:00定时功效。计数器：计数器初态为0101，选择串行进位法，当进入1001状态下译出LD=0信号加到置数端，下一个CLK到来前置入0101信号，从0101-1001进行循环，进制为5*10+10=60进制。

图8 定时器计数电路原理框图

3.3.4 显示器模块

在显示译码器部分在仿真时候采取带有译码功效显示器进行计数，不过在硬件连接过程中发觉没有实际物件，所以在硬件连接部分采取74LS47译码器驱动数码管进行显示。数码管驱动电路所采取是共阳极七段译码器74LS47，能够直接和共阳极数码管连接。其中74LS47OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG脚为输出端分别接到数码管A、B、C、D、E、F、G脚上。

图9 译码器显示电路仿真图
四、性能测试
1.计时器测试：当开启时，打开开关，脉冲进入，显示数码管开始从0:00开始计时，直到显示9:59计时停止，性能良好，能够完美显示所要功效，当剩60s时，发光二极管亮灯，开启报警装置，经过开关实现开机复位和随时暂停开启功效。

图10 定时器9:59停止电路仿真图

2.定时器测试：当开启时，打开开关进行置数，显示数码管从9:59开始定时，直到显示为0:00停止，性能良好，当倒计时60s时开启发光二极管实现报警装置，经过开关配合实现开机自动复位和暂停开启功效。

图11 定时器0:00停止电路仿真图
3.多谐振荡器测试
表1多谐振荡器电路测试数据表
R1（KΩ）
R2（KΩ）
C1（uf）
C2（uf）
频率（Hz）
周期(s)
47K
47K
0.01
10
1
1

五、结论

计时器电路有脉冲产生电路，计数电路，报警电路，控制电路四部分组成，有555多谐振荡器产生脉冲信号加到计数器芯片上，当开关闭合即为开启，加入方波信号，输入最终一个芯片中，从0-9开始循环，当最终一个芯片抵达9后串行进位输入到第二个芯片中，芯片从0-5开始循环，抵达五以后，秒进制变为60进制，分为第三个芯片开始开启从0变为1，显示译码器显示输出数字即可。

定时器电路有脉冲产生电路，计数电路，报警电路，控制电路四部分组成，有555多谐振荡器产生脉冲信号加到计数器芯片上，当开关闭合即为开启，加入方波信号，输入最终一个芯片中，因为是减法计数器，初始状态为9，加入脉冲以后，从9开始减法计数，当从9-0循环结束后，，开启第二个芯片，第二个芯片从初始值5开始减法计数变为0，然后传到第一个芯片开始开启。
六、 性价比
此次设计关键采取74LS160及74LS192芯片，相对而言，价格比较廉价，经过此次设计能够实现现实生活中计时器和定时器功效，而且性能良好，能够随意控制，所以设计性价比优，能够广泛使用。
七、课设体会及合理化提议
整个设计经过了软件和硬件上调试，我想着对于自己以后学习和生活全部会有很大帮助，在这次设计中碰到了很多实际性问题，在实际设计中才发觉，书本上理论性东西和实际操作还是有一定出入，所以这些问题不仅要深入了解，而且还要不停更正之前错误思维，一切问题必需靠自己一点一滴处理，而且在处理中你会感觉到自己飞速提升。经过这次课设我也发觉自己不足之处，即使理论方面存在优势，不过在实践操作上还是有所差距。

参考文件
[1] 阎石主编. 数字电子技术. [M]北京：高等教育出版社，
[2] 陈振官等编著. 新奇高效声光报警器. [M]北京：国防工业出版社，
[3] 童诗白编著，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，
[4] 王连英等编著，姜三勇主编．Multisim12电子线路设计和试验．[M]北京：高等教育出版社，
[5] 贾鹏编著，石会主编．数字电路和系统设计．[M]西安：西安电子科技大学出版社，
[6] 孙梅生编著．电子技术基础课程设计．[M]北京：高等教育出版社，

附录I 总电路图

附录Ⅱ 硬件实物图

附录III 元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U2
加法计数器
74LS160
3
2
U3
可逆计数器
74LS192
3
3
U5
显示数码管
DCD-HEX
6
4
U9A
集成和门
74LS08
5
5
U8A
集成和非门
74LS00
2
6
U13A
集成和非门
74LS10
1
7
U1
信号源脉冲
LM555CM
2
8
U10A
集成非门
74LS04
1
9
R1&R2
电阻
680Ω
6
10
C1
电容
0.01uf
2
11
C2
电容
10uf
2
12
S1
开关
单刀开关
3
13
LED1
发光二极管
LED1
2