利用multisim软件所设计的“可预置的定时器显示报警系统的设计”的简单课程设计。
一、概述 这次的课程设计任务是设计一个可预置的定时器显示报警系统。该可预置的定时器显示报警系统可用于任意定时系统，要求是设计电路时预置30秒的时间，在这30秒内，完成从预置的30秒减到0秒报警或是预置0秒计数到30秒报警，并且要求每隔5秒显示一次时间，即要显示30秒，25秒，20秒，15秒，10秒， 5秒，0秒时，同时系统能准确地预置和清零。 本次课程设计可以采用电路仿真软件Multisim来设计电路，或者是采用VHDL语言编写程序，并在MAX+plusⅡ平台中进行仿真，下载到EDA实验箱进行验证，或编写单片机程序并在单片机上进行仿真。综合上面的方法，我选择用电路仿真软件来完成课设要求。 二、方案论证 设计一个可预置的定时报警系统，可以实现每5秒显示一次，同时可以准确地预置和清零。 方案一： 先用555芯片生成频率为1HZ的脉冲信号，用这个信号接在后面需要计数的芯片上。然后用两片74LS192级联，来设计一个0到30的加法计数器，使之每隔一秒计数一次，再通过74LS47芯片编译成7段数码管所识别的高低电平，用它的输出来驱动共阳极数码管，来显示时间。最后用比较器来实现每隔五秒后来显示一次。原理框图如图1所示：
图1 方案一原理图 方案二： 利用VHDL语言编写程序，生成相应的模块，最后在整体的电路形成中实现预置报警功能，相关的电路生成思路和方案一一致。 在本次综合课程设计中，选用方案一来实现课程设计的要求。利用相关芯片可以降低题目设计的难度，且可以降低设计成本，并能顺利实现电路功能。 三、电路设计 1.脉冲产生电路 该脉冲产生电路是利用555定时器生成多谐振荡电路，来产生频率为1HZ的脉冲信号。在接入VCC之后，电容C1开始充电，当C1两端电压到达2/3VCC时充电完成，并开始放电，当C1两端电压降到1/3VCC时，放电完成，接下来又开始放电，周而复始不断循环。C1充电与放电产生振荡，并最终从U。端输出脉冲信号。根据C1的充电与放电的时间可求出输出脉冲信号的周期 充电时间：T1=(R1+R2)× C1×ln2 放电时间：T2=R1×C1×ln2 总的振荡周期为T=T1+T2=(R2+2×R1) ×C1×ln2 利用以上公式可计算相应的电容和电阻，其中R1=50kΩ,R2=10kΩ,C1=13.1μF，C2=10nF。脉冲电路如图2所示： 
图2 脉冲产生电路 2.计数电路 计数器选用的是双时钟方式的十进制可逆计数器74192芯片，74192芯片的引脚图如图3所示: 
图3 74LS192芯片引脚图 所用的74LS192芯片，是在当LOAD’，CLR端均为0时，计数器处在置数的位置。在CLR=1时，计数器可以清零。最终在LOAD’=1，CLR=0,UP=1时，且有上升沿脉冲加到DOWN端时，则计数器进行减法计数。 74192芯片的功能表如表1所示： 表1 74LS192芯片功能表
由74LS192的功能表所知，需要两片74LS192芯片来实现30到0的计数功能，U1为高位片U2为低位片，具体的芯片连接电路如图4所示： 
图4 由74LS192芯片组成的31进制计数电路 3.预置，清零电路 当LOAD’=0，CLR=0时，计数器处在置数状态，因十位数和个位数计数器四位数据输入端上的DCBA端分别为0011和0000，因此预置数为30。在CLR=0时，LOAD’=0为置数状态，而在LOAD’=1时为计数状态，因此当双掷开关接上端时，电路置数30,双掷开关接至下端时计数器开始减数。数字减到0后，电路会默认从99开始递减，因此需要开关来控制它的置数端和置零端，来达到电路的功能。30秒预置数电路如图5所示： 
图5 30秒预置数电路 将双掷开关接至计数器的CLR端即可实现清零功能，当双掷开关接至上端，即CLR=0时，计数器开始进行减法计数，在当双掷开关接至下端即CLR=1时，计数器清零。清零电路如图6所示： 
图6 清零电路 4.数值比较电路 74LS85芯片组成的数值比较系统，可以进行数字的选取，选择出在0到30的5的倍数，进而触发74LS47芯片的控制端，让显示器显示相应的数字，达到预期效果。74LS85芯片的功能表如表2所示： 表2 74LS85芯片的功能表 数值比较电路采用两片74LS85芯片，分别由U1设置数值“5”和U2设置数值“0”与个位数进行比较，当个位输出5时，U1的0AEQB端输出高电平，当个位输出0时，U2的0AEQB端输出高电平，经过或门后，一旦有高电平输出给74LS47芯片，则将会触发锁存器将0到30之间的5的倍数来显示出来，当不是5的倍数时，显示器不显示数字，具体数字选择电路如图7所示： 
图7 数字选择电路 5.锁存显示电路电路 此次所设计的锁存显示电路主要是由芯片74LS47芯片组成的，将数据选择电路选择出来的个位数和十位数再经过芯片74LS47芯片的编译来显示在7段码的数码管上。 由74LS47芯片和共阳极数码管显示电路，其中U3和U1组成十位数，U4和U2组成个位数，并且为了保证电路的安全，在每个数码显示管上端加上限流电阻，具体的数码显示电路由图8所示，以及74LS47芯片的功能表如表3所示： 表3 74LS47芯片的功能表 
图8 显示电路 四、性能的测试 1.电路清零测试 
图9 电路清零测试 在清零电路测试中，左边为0到30每个数字均显示的电路表示，右边的是0到30的5的倍数的电路表示，当电路给出清零信号后，两边的数码管均显示0，因此由图可知，清零电路可以顺利实现它的功能。 2.置数电路测试 
图10置数电路测试 在置数电路测试中，左边为0到30每个数字均显示的电路表示，右边的是0到30的5的倍数的电路表示，当电路给出置数信号后，两边的数码管均会显示30，并且会自动进入数字减得状态。 3.总体功能测试 在测试电路的整体新能时，需要通过对0到30之间的普通数字的测试，还需要对5的倍数数字的测试，应该出现的结果是在除5的倍数之外的数字左边的数码显示管显示0到30之间的数字，而右侧的数码管并不显示数字。只有当出现5的倍数时，两边的数码显示管会显示数字，且显示的数字是一样的，图11和图12分别显示了两种不同的情况，具体内容如图11和图12所示： 
图11 非5的倍数的测试 
图12 5的倍数的测试 五、结论 这是一次综合性很强的课程设计，毕竟是大学生涯中最后一次课设，综合了很多以前所学的专业知识，一个题目可以通过电路仿真，单片机语言设计以及VHDL语言来实现，这次我选择了电路仿真来实现相应功能。同时通过上面的功能测试，也可以知道该电路在设计思路没有明显问题，但在设计的过程中，所遇见的问题并不少，我通过查找书籍和资料，解决很多问题。通过这次课程设计，我掌握了很多解决问题的方法，同时对专业课相关知识有了新的认识，并有了更深的了解和把握。 六、性价比 该电路设计的成本较低，没有特别昂贵的芯片和部件，总体电路设计的并不繁琐，没有通过简化电路可以减掉的芯片和与非门。同时，电路设计之初本着简化的思想，因此可以通过几个简单的开关来实现相应要求的功能和要求。总体电路设计的性价比还是比较高的。
七、课设体会 这个课程设计的题目是我自己选取的，当时只是感觉这个题目是利用相关芯片，就可以实现，并起初就有了一定的想法和思路，但在用仿真软件进行仿真之后才发现这个过程并没有那么容易实现，在连接电路后才知道针对法光二极管在没有连接阻值较小的电阻时，会产生仿真错误，同时7段数码管的开启电压为5伏而你的VCC也是5伏，那你的数码管是无法发光的。在解决这些问题时，耗费了我大量的时间，不过能够独立解决这些问题，这个过程给予我很大的信心，并最终完成这次课设任务。 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] 谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉：华中理工大学出版社，2000 [4] 付家才.电子实验与实践[M].北京：高等教育出版社，2004年
附录I 总电路图 
附录II 元器件清单
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