1、1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 2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 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个三位数字显示计时器、定时器电路，技术指标如下： 计时、定时能够任意启停，保持计时、定时结果； 开机自动复位； 最大显示时间为 9 分 59 秒； 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根据技术指标，通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、实验要求
2、1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。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，2006年五、按照要求撰写课程设计报告3成绩评定表：序号 评定项目 评分成绩1 设计方案正确，具有可行性，创新性（15 分）2 设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15 分）3 态度认真，遵守纪律（15 分）4 设计报告的规范化、参考文献充分（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）指导教师签字：2016 年 12 月 31 日4一、概述此次课设题目为及时定时系统，计时器
3、和定时器在人们日常生活中有着广泛的应用， 本次课程就是设计利用 555 定时器以及数字逻辑芯片和数码管实现数字电子计时器和定时器功能，能够满足基本的功能要求，电路要求由可控脉冲发生器、计数电路，显示数码管电路以及报警电路组成。旨在通过这次课程设计实现知识的活学活用，能够将知识运用到实践中去，数字电路分为组合电路和逻辑电路，而本次课设则是基于对逻辑同步或者异步知识的掌握，能够根据题目选用相应的芯片，设计相应的电路，是本次实验最大的目的。二、方案论证方案一：使用数字电路的原理设计本方案，方案一利用 555 定时器以及数字逻辑芯片和数码管实现数字电子计时器和定时器功能，电路要求由可控脉冲发生器、计数
4、电路，显示数码管电路以及报警电路组成。使用 555 多谐振荡器产生脉冲信号，使用数字芯片进行计数，通过 LED 进行报警最后使用显示译码器显示计数。所以一共有四部分组成。图 1 总体电路的原理框图5方案二：方案二采用单片机编程进行设计实现计时器或者定时器的设计。本设计采用的是方案一，由于本学期只掌握了数字电路的学习，对于单片机的知识有生疏，所以采取方案一实现计时器定时器的设计。3、电路设计3.1 电路设计总体方案3.1.1 设计基本思路本次设计功能为计时器与定时器，对于计时器来说，可以认为是一个计数器的应用，通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能，同时，为了满足三位数显示计时
5、器，需要用到数码管，为了实验电路的简单可操作性，采用自带译码器功能的显示数码管，通过计数器的串行连接以及对于进制的设置实现最大输出9：59。控制电路采用简易开关控制脉冲的接入，可以随时暂停，启动。报警系统采用发光二极管实现，通过高低电平实现对于二极管亮暗的控制。定时器在报警电路，脉冲源，控制电路中使用相同的元器件，但是计数功能发生改变，通过使用 74LS192实现减法计数器的功能，用置数法实现最大值 9:59 的设置。3.1.2 设计总流程图图 2 总体电路的原理框图3.2 555 多谐振荡器，74LS160，74LS192 介绍63.2.1 555 多谐振荡器555 多谐振荡器采用 555
6、芯片，通过电阻和电容的计算周期，使之产生周期脉冲，555 多谐振荡器的 3 引脚为脉冲输出口，将之引入计数器脉冲端，从而实现计数功能。图 3 555 多谐振荡器电路框图3.2.2 74LS160160为可预置的十进制计数器，共有54/74160 和54/74LS160 两种线路结构型式,其主要电器特性的典型值如表3-1(不同厂家具体值有差别): 74LS160的主要电器特性 异步清零端/MR1 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 为低电平时，在 CP 上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端 P0-P3一致。3.2.3
7、74LS192192为十进制可逆加减法计数器，通过使能端的控制，实现加减法控制，通过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。 定时器电路采用的是双时钟方式的十进制可逆计数器74LS192，其中74LS192的 VCC 与分别为电源、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73.3.
8、1 报警系统模块计时器运用的报警原理为：本次报警实现的是 60s 报警的任务，计时器为从0:00 开始计时，当计时器计时到 8:59 时，根据进位要求，接下来的状态为 9:00，即当分位显示为 9 是，即为 00 到 59 的 60s 计时，故只要满足分位为 9 即可满足 60s 计时的报警功能，分位为 9 即 1001，当输出为 1001 是与门输出为高电平，发光二极管阴极接地，阳极为高电平，导通，发光报警。图 4 计时器报警电路的框图定时器同样实现的最后 60s 报警的功能，由于定时器为从 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 的倒计时功能
9、，当分位为 0是，二进制为 0000，输出为 0，通过反相器呈现高电平，加到二极管的阳极，阴极接地，二极管导通，故发光报警。图 5 定时器报警电路的框图83.3.2 脉冲信号产生模块多谐振荡器为自激振荡电路，可以利用自身的作用产生脉冲信号，常被用作信号源使用。其中根据公式 T=（R1+2*R2）*C*ln2 以及秒脉冲的周期 T=1s 可以算出电阻R1=R2=47K，电容 C=10uF。图 6 555 多谐振荡器电路的波形图3.3.3 计数器计数模块计数器计时通过 74LS160 实现十进制加法计数，后两位为 60 进制计数器，通过置零法加入与非门实现 60 进制，然后进位输出给第一位实现 9
10、:59 的最大计时。计时器运用置零法，计时器为从 0：00 开始到 9:59 为止，首先秒需要实现 60 进制，所以运用置零法，将第二个芯片变为 0-5 循环，原本的 74LS160 为十进制加法计数器，从0 开始计数，接受到第 6 个脉冲之后变为 0110，产生置零信号加入 RD 端，重新返回0 即可实现 0-5 循环。9图 7 计时器计数电路的原理框图计数器定时通过 74LS192 可逆十进制加减法计数器实现定时，忽略加法计数功能，实现减法计数器的功能。后两位同样为 60 进制，进位输出到第一位最后实现 0:00 的定时功能。计数器：计数器初态为 0101，选择串行进位法，当进入 1001
11、 状态下译出 LD=0 的信号加到置数端，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 定时器计数电路的原理框图103.3.4 显示器模块在显示译码器部分在仿真的时候采用带有译码功能的显示器进行计数，但是在硬件连接过程中发现没有实际物件，所以在硬件连接部分采用 74LS47 译码器驱动数码管进行显示。数码管的驱动电路所采用是共阳极的七段译码器 74LS47，可以直接与共阳极的数码管连接。其中 74LS47 的 OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG 脚为输出端分别接到数码管的 A、B、C、D、E、F、G 脚上。图 9
12、译码器显示电路仿真图四、性能的测试1.计时器测试：当启动时，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，可以完美的显示所要的功能，当剩 60s 时，发光二极管亮灯，启动报警装置，通过开关实现开机复位以及随时暂停启动的功能。图 10 定时器 9:59 停止电路仿真图112.定时器测试：当启动时，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 时启动发光二极管实现报警装置，通过开关配合实现开机自动复位以及暂停启动功能。图 11 定时器 0:00 停止电路仿真图3.多谐振荡器测试表 1
13、多谐振荡器电路测试数据表R1（K）R2（K） 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，当开关闭合即为启动，加入方波信号，输入最后一个芯片中，从 0-9 开始循环，当最后一个芯片到达 9 后串行进位输入到第二个芯片中，芯片从 0-5 开始循环，到达五之后，秒进制变为 60 进制，分为第三个芯片开始启动从 0 变为 1，显示译码器显示输出的数字即可。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
14、谐振荡器产生脉冲信号加到计数器芯片上，当开关闭合即为启动，加入方波信号，输入最后一个芯片中，由于是减法计数器，初始状态为 9，加入脉冲以后，从 912开始减法计数，当从 9-0 循环结束后，启动第二个芯片，第二个芯片从初始值的 5开始减法计数变为 0，然后传到第一个芯片开始启动。6、性价比本次设计主要采用 74LS160 及 74LS192 芯片，相对而言，价格比较便宜，通过本次设计可以实现现实生活中的计时器与定时器功能，并且性能良好，可以随意控制，所以设计性价比优，可以广泛使用。七、课设体会及合理化建议整个设计通过了软件和硬件上的调试，我想着对于自己以后的学习和生活都会有很大的帮助，在这次设
15、计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上的理论性的东西与实际操作还是有一定的出入，所以这些问题不但要深入的理解，而且还要不断的更正之前错误的思维，一切问题必须靠自己一点一滴的解决，而且在解决中你会感觉到自己飞速的提升。通过这次课设我也发现自己的不足之处，虽然理论方面存在优势，但是在实践操作上还是有所差距。参考文献1 阎石主编 . 数字电子技术. M北京：高等教育出版社，2006 年2 陈振官等编著 . 新颖高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005 年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，2006 年4 王连英等编著，姜三勇主编Multisim
16、12 电子线路设计与实验M北京：高等教育出版社，2015 年5 贾鹏编著，石会主编数字电路与系统设计M西安：西安电子科技大学出版社，2016 年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，2000 年13附录 I 总电路图14附录 硬件实物图15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 32 U3 可逆计数器 74LS192 33 U5 显示数码管 DCD-HEX 64 U9A 集成与门 74LS08 55 U8A 集成与非门 74LS00 26 U13A 集成与非门 74LS10 17 U1 信号源脉冲 LM555CM 28 U10A 集成非门 74LS04 19 R1&R2 电阻 680 610 C1 电容 0.01uf 211 C2 电容 10uf 212 S1 开关 单刀开关 313 LED1 发光二极管 LED1 2
