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电子技术课程设计报告书 2017年月 日 一、设计任务及要求： 设计任务： 设计一个实现随意可调时间和暂停恢复功能的倒计时器。 要求： a倒计时器具有可设置99s内任意数字开始倒数的功能。 b 倒计时器具有按键开始倒计时功能。 c 倒计时器具有任意时间暂停和开始的功能。 e 复位键可实现从任意时刻恢复到99s处开始倒计时。 指导教师签名： 年 月 日
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倒计时器的设计 1设计目的 a熟悉集成电路的引脚安排。 b掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 c了解面包板结构及其接线方法。 d了解倒计时器的组成及工作原理。 e熟悉倒计时器的设计与制作。 2 设计思路 a设计555组成的脉冲发生器电路。 b设计74LS192减计数器电路。 c设计74LS48七段译码器。 d设计LED显示器电路。 e设计控制器电路。 3 设计过程 3.1方案论证 倒计时器框图如图1所示， 图1 倒计时器框图 其可实现工作过程为：接通电源后，通过按键开始实现99s内任意时间的倒计时，倒计时开始进行，期间可通过按键来调控暂停和开始，复位键可以实现倒计时的重新由99S开始倒计时，这是倒计时器的可实现功能。
3.2电路设计 3.2.1倒计时器整体电路连接图 555定时器用来产生周期为1秒的脉冲信号，供计数器进行倒计数，以便将计数器输出的数据传送给译码器，译码器再译码驱动七段数码管显示输出，控制电路实现倒计时器的暂停和继续的工作，清零复位，置数/工作；如图2它包括秒脉冲发生器，计数器，译码显示电路，和外部开关等四个模块组成，其中计时器和控制电路是系统的主要模块 3.2.3 倒计时器局部电路 3.2.3.1 555脉冲发生器 555脉冲发生器采用双极性半导体集成电路工艺制作，可以在5-6V的电源电压下工作，而且可以提供达到200mv的负载电源。 3.2.3.1.1 555脉冲发生器工作原理 图3 555引脚图 图4 555内部电路 1脚—GND,接地脚 2脚—TL,低电平触发端 3脚—Q,电路的输出端 4脚—/Rd,复位端，低电平有效 5脚—V-C，电压控制端 6脚—TH，阈值输入端 7脚—DIS,放电端 8脚—Vcc,电源电压端，其电压范围为3V~18V,本课题中为5V 由图4[1]可看出，当V0低于低电平时VT处于导通状态，如果将TL端经过一个电阻接到电源正端，而且电阻的阻值足够大，那么TL也一定是低电平。反之，当OUT等于高电平是VT截止，TL也是高电平。因此，OUT和TL的高低电平是相同的。 3.2.3.1.2 1MS脉冲的产生 将555接成多谐振电路的方法，是讲反向输出施密特触发电路的输出电压经过RC延迟环节反馈到输入端，就构成了多谐振电路。具体接法如图5[2]，在忽略定时器电路的输入电路和输出电阻的条件下，得到电容充电时间T1和放电时间T2各为（T1=15k,T2=68k,C=10uF） T1=(R1+R2)Cln2;T2=R2Cln2 图5 555多谐振荡电路 3.2.3.2 74LS192计数器 192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并且有清除和置数等功能，其逻辑符号图如图6[2]，192的清除端是异步的当清除端（CLR）为高电平时，不管时钟端（Cdn,Cup）状态如何，即可完成清除功能。 图674LS192引脚图 3.2.3.2.1 74LS92计数器的工作原理 图7 74LS192功能表[2] 当MR为高电平，不管其他输入如何输出都是0.所以要实现计数功能就要使MR为低电平，PL为预置端，当其为0时处于预置状态，输出端（QA，QB，QC，QD）与输入端保持同样的数值，（D1，D2，D3，D4）。CPU，CPD端是减计数端和加计数端。 3.2.3.2.2 74LS192实现减计数工作 要实现减计数就要将CPd端接入一个脉冲，在CPU端接入一个高电平，当预置数端（PL）接高电平时192接正常计数，当预置端（PL）接低电平时192处于预置状态。 在本次实训中要实现两位十进制的随意预置倒计时电路还要将个位的借位端，（C0）接在十位的CPD端，当借位输出端没溢出时其为高电平，当有溢出时其为低电平，这样就产生一个脉冲，这个脉冲宽度是和个位总CPD端接的脉冲的宽度是一样的，这次实训中的预置数要求个位与十位都要实现随意且自动的预置数，在十位计数到0时要重新回到所预置到的数，所以在十位到达0时在个位和十位的与预置端都要给一个低电平，这样就能随意的的预置和自动的预置了，电路图如下 图874LS192计数区电路图 在上图[2]中可看出 当个位和十位都倒计时到0时，个位和十位的借位输出端（TCD）同时由高电平变成低电平通过一个或门输出为0，预置端（PL）为低电平，192处于预置状态。在个位倒计时到9时个位的借位输出端由低电平变为高电平个位和十位的预置端为高电平，个位和十位正常计数。在192实现计数中，刚接通电源的瞬间借位端（TCD）为0通过或门实现PL端输入低电平这样就实现了第一预置数。个位和十位的P0-P3端都接入一个开关。这样就实现了随意切自动预置数了。 3.2.3.3 74LS48译码器 74LS48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，参数与应用如下[2]。 图9 74LS48引脚图 3.2.3.3.1 74LS48译码器的工作原理 图10 本次实验中74LS48将192给的数字信号译为LED字符 如图9和10[2]，为74LS48的管脚图与其将从192传过来的信号译成七段共阴数码管可以显示的数字。 3.2.3.3.2 74LS48译码器实现译码工作 图11 译码区电路原理图[1] 3.2.3.4 数码显示器 七段数码显示器是微机系统常用的输出设备。 发光二极管的正向压降为2.2V-2.6V，工作电流为5-10mA，其发光亮度基本与工作电流成正比，因此在使用发光二极管时，必须串限流电阻。发光二极管可工作与脉冲状态，在平均电流相同的情况下，脉冲工作状态比直流工作状态的亮度增加约20%。 多个发光二极管封装在一起的七段数码管显示器,按其连接形式可分为共阳显示器和共阴显示器。在显示器中除了显示数字必须的七段笔画外，还提供了小数点。共阳显示器的阳极连接在一起，此时对阳极提供一正电压，通过限流电阻控制其阴极为高电平或是低电平来决定其是暗是亮。共阴显示器的阴极连接在一起，此时可将阴极接地，通过限流电阻控制其阳极为高电平或是低电平来决定其是暗是亮。 3.2.3.5 七段共阴数码管显示区电路 图12 数码管显示区电路原理图 3.2.3.6 开关电路 图13 开关电路图 开关S1为置数开关： S1中1 2 3 4控制高位的数码管，分别是二进制中的1 2 4 8； S1中5 6 7 8控制低位的数码管，分别是二进制中的1 2 4 8 开关S2为复位开关（本课题复位到99） 开关S3为暂停/继续 3.2.4 电路的PCB制作 Multisim仿真与实物图 图14首次仿真图（Multisim） 如图14，将原理图进行Multisim仿真，因为74LS48不能在Multisim中实现其作用，因此出现不能进行仿真的现象，所以用如图15的电路图进行仿真，出现了倒计时器预定的功能复位 暂停和置数的功能。实际中，将原理图进行实现，可出现暂停和置数功能。 图15 二次仿真图（Multisim） 图16 PCB制图正面图 图17PCB制图反面图 4系统调试与结果 组装调试倒计时器电路并进行调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能继续跳回99S继续工作。调试倒计时器电路。定时倒计时器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。调试电路过程中，暂停与置数功能实现，复位功能偶尔能起作用，不能良好的运行。每当复位一次，继续运行时，会出现两个次数的乱码，目前不能调好。做的555驱动不能驱动电路运行，需接入1Hz的脉冲。
图18 倒计时器实物图 4.1 555振荡电路的调试波形及管脚波形 555管脚GND波形 555管脚TL波形 555管脚OUT波形 555管脚/RD波形 555管脚V-C波形 555管脚TH波形 555管脚DIS波形 555管脚VCC波形 图19 555管脚的调试波形 如上图，图19为555每个管脚功能对应的波形图，其中管脚3处的波形为振荡电路输出的脉冲波形 4.2 74LS192计数区调试管脚波形 74LS192管脚P1波形74LS192管脚Q1波形 74LS192管脚Q0波形74LS192管脚CPD波形 74LS192管脚CPU波形74LS192管脚Q2波形 74LS192管脚Q3波形74LS192管脚GND波形 74LS192管脚P3波形74LS192管脚P2波形 74LS192管脚/PL波形74LS192管脚/TCU波形 74LS192管脚/TCD波形74LS192管脚MR波形 74LS192管脚P0波形74LS192管脚VCC波形 图2074LS192各管脚调试波形图 74LS192管脚中管脚4CPD接脉冲输出，所以为方波，其他脚接高电平或者低电平。 4.3 74LS48译码区调试管脚波形 74LS48管脚B波形 74LS48管脚C波形 74LS48管脚/LT波形 74LS48管脚/BI//RBO波形 74LS48管脚/RBI波形 74LS48管脚波D形 74LS48管脚A波形 74LS48管脚GND波形 74LS48管脚e波形 74LS48管脚d波形 74LS48管脚c波形 74LS48管脚b波形 74LS48管脚a波形 74LS48管脚g波形 74LS48管脚f波形 74LS48管脚Vcc波形 图21 74LS48各管脚调试波形 74LS48从74LS192处接受信号传给七段共阴数码管，没有大的波形。 5主要仪器与设备 见附录 6设计体会与建议 6.1设计体会 在此次课程设计中我们要做的是倒计时器，主要实现让555发生一个1秒的脉冲且任意置数和暂停还有恢复等状态。在此次的实训中我们前期已做过仿真模拟得出的结果实现了我们的设计要求，但是到后期我们制作实物的过程中碰到了我们没有料想到的意外，有的元器件时间太长没有或是不太常见的元器件。在后期做板过程中没有做好，焊接的过程也没能很好的焊接好。显示也极其不稳定，555芯片也不知道为什么不处于工作状态，很多原因我们没能做出符合前期设计的结果。 6.2对设计的建议 在设计电路之前充分了解自己需要设计的物品及物品的用途，学习熟练使用实验用品及Multisim仿真软件，了解制作实验板的流程， 参考文献 [1] 闫石.数字电子技术基础教程[M].高等教育出版社，2006-5（5）.498 [2]刘畅生，于臻，宋亮.通用数字集成电路[M].北京：人民邮电出版社，2011-1.25,90-91.
附录1 表1 课程设计元件领用清单
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