1、课程设计报告题 目：数字倒计时设计 专 业：通信工程 年 级：2011 级 学 学生姓名 联系电 指导老师：李碧青 完成日期：2013 年 5 月 20 日I摘 要本课程设计利用了七段共阴显示数码管、74LS192 芯片、74LS48 芯片、蜂鸣器、电容、开关、电阻、74LS00 芯片、74LS10 芯片、NE555 芯片、发光二极管、三极管、16 脚底座、14 脚底座、8 脚底座等元件，完成了数字倒计时设计，这个设计能够实现具有显示计时功能，设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能，计时器为递减计时，计时间隔为 1S，计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。本设计具有成
2、本低，使用的元件少，制作简单，计时准确、精确、稳定，使用简单方便的特点。关键词：七段共阴显示数码管；74LS192 芯片；NE555 芯片。ABSTRACTThis course is designed to use the seven paragraphs Yin shows that digital tube,74ls192,74ls48 chip,buzzer,capacitors,switches,resistors,74ls00,74ls10 chip,NE555 chip,light emitting diode,triode,14,16 foot base,8 feet base
3、 element etc,completed a digital countdown design,this design can be achieved with display timer function,set the external switch operation,start and pause/continuous functions,timer for decreasing timing,timing interval of 1s,diminishing the timer timing to zero,the digital display cant destroy the
4、 lamp,photoelectric alarm signal at the same time.This design is low cost and using less component,make simple,time accurate,precise,stable,simple to use convenient characteristic.Key words:7,a total of Yin shows that digital tube;74ls192 chips;NE555 chips. II目 录摘 要 IABSTRACTI1 设计要求及方案选择 11.1 设计要求 1
5、1.2 方案选择 12 理论分析与设计 22.1 原理方框图 22.2 硬件电路的设计 22.3 NE555 芯片简介 .32.4 脉冲发生电路的分析及设计 42.5 计数器电路的分析及设计 42.6 显示电路的分析及设计 52.7 控制电路的分析及设计 72.8 报警电路的分析及设计 83 系统测试 83.1 调试所用的基本仪器清单 83.2 调试结果 83.3 测试结果分析 84 总结 .105 参考文献 .11附录 1：元件清单 .1211 设计要求及方案选择1.1 设计要求具有显示计时功能，设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能在直接清零时，要求数码显示器灭灯，计时器为递减计时，计时间
6、隔为 1S，计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。1.2 方案选择方案一：基于 AT89S52 单片机的数码管显示模块显示的倒计时器。主要是以单片机来控制，用按键来设定倒计时初始时刻的值，按键来进行倒计时初值的选择。此电路对于倒计时器中的 LED 数码管示器来说，采用以软件为主的接口方法，即不使用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码。由于所用元件多，成本较高，制作比较复杂，运用不够方便，因此在本次课程设计中不适合采用此方案。方案二：由集成逻辑门与 RC 组成的时钟源振荡器或由集成电路 NE555 定时器与 RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源，在数码管上显示。由
7、于本次设计要求用 NE555 定时器和多谐振荡器产生秒脉冲，它的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度和校对性，且数码管内部结构简单，容易设计，并且所用元件少，成本较低，制作比较简单，运用方便，效率比较高，对电源的损耗较少，准确程度和校对性够好，因此在本次课程设计中采用此方案。图 1 NE555 芯片内部结构图22 理论分析与设计2.1 原理方框图图 2 原理方框图2.2 硬件电路的设计本课程设计电路由脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路和报警电路等五个部分组成。其中计数器和辅助时序控制电路是系统的主要部分。利用数码显示管、十进制计数器、定时器、译码器、蜂鸣器、电容、开关
8、、电阻、与非门、发光二极管、三极管、16 脚底座、14 脚底座、8 脚底座等元件，制作计时器，实现具有显示计时功能，设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能，计时器为递减计时，计时间隔为 1S。32.3 NE555 芯片简介555 集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做 555 定时器或 555 时基电路。以下为 NE555 管脚功能介绍： 1 脚为地。2 脚为触发输入端；3 脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器 6 脚和下比较器 2 脚的控制。 当触发器接受上比较器 A1 从 R 脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3 脚输出低电平。 2 脚和 6 脚是互补的，2 脚
9、只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于 1Ucc/3，此时 3 脚输出高电平。6 脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入 电压大于 2 Ucc/3，称高触发端，3 脚输出低电平，但有一个先决条件，即 2 脚电位必须大于 1Ucc/3 时才有效。3 脚在高电位接近电源电压 Ucc，输出电流最大可打 200mA。 4 脚是复位端，当 4 脚电位小于 0.4V 时，不管 2、6 脚状态如何，输出端 3脚都输出低电平。 5 脚是控制端。 7 脚称放电端，与 3 脚输出同步，输出电平一致，但 7 脚并不输出电流，所以 3 脚称为实高（或低） 、7 脚称为虚高。图 3 NE55
10、5 的内部功能原理框图和内部管脚图42.4 脉冲发生电路的分析及设计为了给计数器 74LS192 提供一个时序脉冲信号,使其进行计数,本设计采用555 构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),由 555 工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为:T=0.7(R1+2R2)C。因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了 R1 取 15k 欧姆,R2 取 68k 欧姆,电容取 C1 为 10uF、C2 为0.1uF,这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为 1 秒。NE555 定时器主要是通过外接电阻 R 和电容器 C 构成充、放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出
11、电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。图 4 脉冲发生电路图2.5 计数器电路的分析及设计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，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特性的逻辑功能。本次课程设计中选用 74LS192 来实现要求的减法计算功能，它由两片74LS192 的 8421BCD 码递减计数器构成。74LS192 是十进制计数器，即有“异步清零”和“异步置数”功能，且即有进位和借位输出端。5图 5 74LS192 的管脚图74LS192真
12、值表：2.6 显示电路的分析及设计本电路由 74LS48 以及七段共阴显示数码管组成。如果把七段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极，那共阴就是把 abcdefg 这 7 个发光二极管的负极连接在一起并接地；它们的 7 个正极接到七段译码驱动电路 74LS48 的相对应的驱动端上。此时若显示数字 1，那么译码驱动电路输出段 bc 为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类推。主要由 74LS48 芯片驱动七段数码管译码器。图 6 74LS48 管脚图674LS48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，A、B、C、D 是 BCD 码的输入端；a、b、c、d、e、f、g 是输出端；试灯
13、输入端 ：当 =0 时，数码管的七段全亮，与输入的译码信号无关。本输入端用于测试数码管的好坏，动态灭零输出端 ：当 =1、 =0 且译码输入为 0 时，该为输出不显示，即 0 自闭熄灭；当译码输入不全为 0 时，该为正常显示。本输入端用于消隐无效的 0。灭灯输入/动态灭零输出端 ：当 作为输入使用，且 =0 时，数码管七段全灭，与译码输入无关。当 作为输出使用时，受控于 和 ：当 =1 且 =0 时， =0，其他情况下 =1共阴数码管在使用时要注意：是共阴极时，其管脚 COM 端接地；如果是共阳极时，其管脚 COM 端要接高电平。图 7 译码显示电路74LS48 的功能表如下：72.7 控制电
14、路的分析及设计控制电路由 74LS10 以及 74LS00 构成，可以完成以下功能：a、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示所计数字，断开开关，计数器开始进行递减计数；b、当“暂停/连续”开关处于“暂停”时，计数器暂停计数，显示器保持不变；当此开关处于“连续”时，计数器继续递减计时；c、当计数器递减计数到零时。控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，二极管发光。图 8 控制电路真值表：1 0 0 0 1 00 1 1 1 1 00 1 1 0 1 00 1 0 1 1 00 1 0 0 1 00 0 1 1 1 00 0 1 0 1 00 0 0 1 1 00 0 0 0
15、0 183 系统测试3.1 调试所用的基本仪器清单所用仪器 数量电源输入设备 1 台电源输入线 1 条万用表 1 个杜邦线 若干3.2 调试结果经过多次调试，倒计时器获得了成功，具有显示计时功能，设置外部操作开关，启动和暂停/连续功能时，要求数码显示器不灭灯，计时器为递减计时，计时间隔为 1S，计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。3.3 测试结果分析利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应网络表，检查零件的封装问题，根据设计情况来修改或补充零件封装；进入PCB系统设计，进行电路板布线，规划电路板，主要是确定电路板边框，包括电路板尺寸大小等等；对电路板的设计进行检查
16、，确保电路板不出现问题，再进行打印到铜板上，经过腐蚀，只留下电路图，打孔之后安装元件后进行焊接。按设计的电路板及其原理图在面板上放好各个模块的元器件接好实际电路图并焊接好电路板，检查电路是否接线正确，然后对各个模块进行功能校正，再接上+5V 电源，观察数码管是否亮。（1）对 74LS48 芯片的译码器显示通过一系列输入测试是否与其功能相同；（2）对 74LS192 逻辑功能通过万用表进行测试，验证其状态功能；（3）对个芯片组成的触发器的逻辑功能进行测试，验证其功能状态。电路主要由集成逻辑门与 RC 组成的时钟源振荡器或由集成电路 NE555 与 RC 组成的多谐振荡器作为时间标准信号源，在数码
17、管上显示。NE555 芯片集成性很高，和多谐振荡器产生秒脉冲，它的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度和校对性,保证了设计电路的功能的有效进行。95 参考文献1 余孟尝.数字电子技术基础M.高等教育出版社，2006. 2 江思敏、姚鹏翼.PADS 电路原理图和 PCB 设计M.机械工业出版社， 2007.3 姜有根、郭晋阳 .数字电子线路M.电子工业出版社，2006.4 韩晓东.Protel DXP 电路设计入门与应用M.中国铁道出版社，2004.5 邱关源.电路第 5 版M.高等教育出版社，2011.10附录 1：元件清单元件 规格 数量数码显示管 七段共阴显示数码管 2 个十进制计数器 74LS192 2 个定时器 NE555 1 个译码器 74LS48 2 个0.01uF 1 个电容10uF 1 个开关 11 个510 1 个1K 3 个10K 3 个15K 1 个电阻68K 1 个74LS00 1 个与非门 74LS10 1 个蜂鸣器 1 个发光二极管 3 个三极管 1 个16 脚底座 4 个14 脚底座 2 个8 脚底座 1 个导线 若干
