课程设计报告书目录
设计报告书目录
一、设计目的......................................................................................................... 1 二、设计思路 ......................................................................................................... 1 三、设计过程......................................................................................................... 1
3.1、系统方案论证 .......................................................................................................... 1 3.2、模块电路设计 .......................................................................................................... 2
四、系统调试与结果............................................................................................. 4 五、主要元器件与设备......................................................................................... 9 六、课程设计体会与建议................................................................................... 10
6.1、设计体会 ................................................................................................................ 10 6.2、设计建议 ................................................................................................................ 10
七、参考文献....................................................................................................... 10
30秒定时器设计
一、设计目的
1、熟悉集成电路的引脚安排。 2、掌握芯片的逻辑功能及使用方法。 3、了解面包板结构及其接线方法。 4、了解减计数显示电路的组成及工作原理。 5、熟悉减计时显示电路的设计与制作。
二、设计思路
1、设计秒脉冲电路。 2、设计减计数电路。
3、设计译码和数码显示电路。 4、设计时序控制电路。 5、设计整体框图及连接电路图
三、设计过程
3.1、系统方案论证
30秒定时器总体方框图如图1所示。
图1 30秒定时器总体方框图
1 电子与信息工程系 2011年6月
秒脉冲发 生器 计数器 译码显示 外部操作开关 控制电路 30秒定时器设计
其工作原理为：计数器完成30秒计时功能，而控制电路是直接控制计数器的清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示等功能。操作直接清零开关时能够使计数器清零并且使数码显示器显示00；当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（脉冲信号），同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示30秒；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关闭合时，控制电路封锁时钟信号CP，计数器处于封锁状态，计数器停止计数；当暂停/连续断开时，计数器连续累计计数。
3.2、模块电路设计
秒脉冲电路如图2所示
用555定时器与一个双D触发器相连，通过调节电阻R1、R2的阻值大小使其输出1Hz的秒脉冲。
VCC5VVCCVCC5VVCC4.758MΩR114.758MΩ2R2310nFC10nFCfRSTDISTHRTRICONGNDVCCOUT4~1PR21D1Q54U10A100ΩRl555_VIRTUALTimer31CLK~1Q6~1CLR174HC74D_4V5GNDGND
图2 秒脉冲电路
30秒减计数电路如图3所示
计数器74HC192是具有异步清零、异步置数功能的双时钟十进制同步加/减计数器，当B接+5V时，CR为高电平，计数器清零；当B接地时，CR为低电平，LD’为低电平时，D0到D3端输入的数据d0到d3被置入计数器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0,当CR为低电平，LD’为高电平时，如果CPd为高电平，由CPu输入计数脉冲，进行加计数；如果CPu为高电平，有CPd端输入计数脉
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30秒定时器设计
冲，则进行减计数；如果CPu和CPd端都为高电平时，计数状态器保持不变。用两片74HC192实现30秒定时器的计数。当B接地时同时闭合A，LD’=0，计数器置30秒。A断开时，LD’=1，计数器工作，CPd端输入计数脉时，进行减计数。当计数器减到0时，BO1，BO2同时输出低电平。
31312~BO~CO~BO~COQAQBQCQDQAQBQCQD74HC192D_4VU2VCC5VVCCR110kΩ13123267326711~LOAD14CLR11~LOAD14CLRUPDOWNABCD15110915110954ABCD2J11J2Key = A Key = BVCCVCCGND5VGND54UPDOWNU174HC192D_4V
图3 30进制减计数器
译码和数码显示电路如图4所示
4511为BCD七段锁存数码驱动器，其输入端A,B,C,D分别接计数器输出端Q0，Q1，Q2，Q3，输出端a~g分别接数码显示器的七段a~g。数码显示器选用七段共阴极半导体显示器。译码器和显示器之间分别串入七个限流电阻，以防电流过大而烧坏数码管。
GNDCKCKGNDU6U5ABCDEFGABCDEFG19202122232425R2270 Ω RPACK 726272829303132RPACK 7R3270 Ω 56710111312111091514121314151617181312111091514OAOBOCODOEOFOG7126543~EL~BI~LTDADBDCDDOAOBOCODOEOFOG7126543~EL~BI~LTDADBDCDDU44511BD_5VU34511BD_5VGNDGNDVCCVCC5V
图4 译码和数码显示电路
时序控制电路如图5所示
开关C打向2时，U7C输出高电平，控制门U7D打开，秒脉冲信号可以通
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过控制门U7D使计数器进行减计数；开关C打向1时，U7C输出低电平，U7D门关闭，秒脉冲，计数器处于锁存状态。计数器进行30秒倒计时后，十位计数器和个位计数器同时借位，U9A，U9B均为低电平，控制门U7A输出低电平，二极管发光，同时U8A门关闭，计数器 不再进行计数，并显示00。
VCCU9C4069BCL_5V85VVCCR8100Ω9U8A4011BD_5VU9A14069BCL_5VU9B4069BCL_5V2LED1U7A10VCC4011BD_5V5VVCCR610kΩ376VCC4011BD_5V5VU7CU7BVCC54011BD_5VR410kΩU7D4011BD_5V42J3Key = CGNDGND1
图5 时序控制电路
四、系统调试与结果
1、组装调试30秒定时器电路，如图6所示
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30秒定时器设计
GNDU9CCKCKVCCGNDU95VVCCR8100¦¸48U8A4011BD_5V4069BCL_5VU5ABCDEFGABCDEFGU9A15161718192021R2270 ¦¸ RPACK 722232425262728RPACK 7R3270 ¦¸ 304069BCL_5VU9B4069BCL_5VLED1U7A47123456713121110915141011121314131211109151446VCC414011BD_5V5VVCCR610k¦¸~EL~BI~LT~EL~BI~LTDADBDCDDDADBDCDDU44511BD_5V52U34511BD_5VOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGVCC4011BD_5V5VU7CU7B4544VCC4011BD_5VR410k¦¸4312J3Key = SpaceGNDGNDVCC5VVCC4~1PR21D1Q5U7D4011BD_5V5142VCC5VGND7126543712632333435VCCGND383736VCC543503913123267VCCQAQBQCQD~BO~COQAQBQCQD~BO~CO74HC192D_4VU2VCC131232675V~LOADCLR~LOADCLRUPDOWNABCD1511091114151109ABCD5VVCCR110k¦¸UPDOWN29U174HC192D_4V4.758M¦¸R1584.758M¦¸59R26010nFC10nFCfRSTDISTHRTRICONVCCOUT61U10A111454543140J1100¦¸RlGND31CLK~1Q6~1CLR174HC74D_4VJ2Key = A Key = BGNDVCCVCC5VGND555_VIRTUALTimer62GNDGND
图6 30秒定时器电路
2、用示波器观察555定时器经过分频后得到的一个秒脉冲，调节电阻R1，R2得到1Hz的秒脉冲。如图7所示：
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30秒定时器设计
图7 秒脉冲波形图
3、时序控制电路调试：将开关C打向2侧，秒脉冲信号加入到控制门U7D输入端，用示波器观察U8A输出端是否有秒脉冲输出。
通过观察,可得U8A输出端也有秒脉冲，波形如图8所示。
图8 U8A输出端的秒脉冲
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30秒定时器设计
4、30秒减计数器调试
（1）、当开关A闭合，B接1端时，计数器置30秒，如图9所示：
GNDU9CCKCKVCCGNDU95VVCCR8100¦¸48U8A4011BD_5V4069BCL_5VU5ABCDEFGABCDEFGU9A15161718192021R2270 ¦¸ RPACK 722232425262728RPACK 7R3270 ¦¸ 304069BCL_5VU9B4069BCL_5VLED1U7A47123456713121110915141011121314131211109151446VCC414011BD_5V5VVCCR610k¦¸~EL~BI~LT~EL~BI~LTDADBDCDDDADBDCDDU44511BD_5V52U34511BD_5VOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGVCC4011BD_5V5VU7CU7B4544VCC4011BD_5VR410k¦¸4312J3Key = CGNDGNDVCC5VVCC4~1PR21D1Q5U7D4011BD_5V5142VCC5VGND7126543712632333435VCCGND383736VCC543503913123267VCCQAQBQCQD~BO~COQAQBQCQD~BO~CO74HC192D_4VU2VCC131232675V~LOADCLR~LOADCLRUPDOWNABCD1511091114151109ABCD5VVCCR110k¦¸UPDOWN29U174HC192D_4V4.758M¦¸R1584.758M¦¸59R26010nFC10nFCfRSTDISTHRTRICONVCCOUT61U10A111454543140J1100¦¸RlGND31CLK~1Q6~1CLR174HC74D_4VJ2Key = A Key = B2VCC1GNDVCC5VGND555_VIRTUALTimer62GNDGND
图9
（2）、开关B打向2侧，检测计数器清零，发光二极管发光，如图10所示：
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30秒定时器设计
GNDU9CCKCKVCCGNDU95VVCCR8100¦¸48U8A4011BD_5V4069BCL_5VU5ABCDEFGABCDEFGU9A15161718192021R2270 ¦¸ RPACK 722232425262728RPACK 7R3270 ¦¸ 304069BCL_5VU9B4069BCL_5VLED1U7A47123456713121110915141011121314131211109151446VCC414011BD_5V5VVCCR610k¦¸~EL~BI~LT~EL~BI~LTDADBDCDDDADBDCDDU44511BD_5V52U34511BD_5VOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGVCC4011BD_5V5VU7CU7B4544VCC4011BD_5VR410k¦¸4312J3Key = CGNDGNDVCC5VVCC4~1PR21D1Q5U7D4011BD_5V5142VCC5VGND7126543712632333435VCCGND383736VCC543503913123267VCCQAQBQCQD~BO~COQAQBQCQD~BO~CO74HC192D_4VU2VCC131232675V~LOADCLR~LOADCLRUPDOWNABCD1511091114151109ABCD5VVCCR110k¦¸UPDOWN29U174HC192D_4V4.758M¦¸R1584.758M¦¸59R26010nFCRSTDISTHRTRICONVCCOUT61U10A111454543140J1100¦¸RlGND31CLK~1Q6~1CLR174HC74D_4VJ2Key = A Key = B2VCC1GNDVCC5VGND10nFCf555_VIRTUALTimer62GNDGND
图10
5、整机调试。
经过调试，该电路可以实现从30到00秒的减数计数，减计数到00时发光二极管发光，并且可以通过暂停/连续开关对减计数进行控制。如图11所示
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30秒定时器设计
GNDU9CCKCKVCCGNDU95VVCCR8100¦¸48U8A4011BD_5V4069BCL_5VU5ABCDEFGABCDEFGU9A15161718192021R2270 ¦¸ RPACK 722232425262728RPACK 7R3270 ¦¸ 304069BCL_5VU9B4069BCL_5VLED1U7A47123456713121110915141011121314131211109151446VCC414011BD_5V5VVCCR610k¦¸~EL~BI~LT~EL~BI~LTDADBDCDDDADBDCDDU44511BD_5V52U34511BD_5VOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGVCC4011BD_5V5VU7CU7B4544VCC4011BD_5VR410k¦¸4312J3Key = CGNDGNDVCC5VVCC4~1PR21D1Q5U7D4011BD_5V5142VCC5VGND7126543712632333435VCCGND383736VCC543503913123267VCCQAQBQCQD~BO~COQAQBQCQD~BO~CO74HC192D_4VU2VCC131232675V~LOADCLR~LOADCLRUPDOWNABCD1511091114151109ABCD5VVCCR110k¦¸UPDOWN29U174HC192D_4V4.758M¦¸R1584.758M¦¸59R26010nFCRSTDISTHRTRICONVCCOUT61U10A111454543140J1100¦¸RlGND31CLK~1Q6~1CLR174HC74D_4VJ2Key = A Key = B21GNDVCCVCC5VGND10nFCf555_VIRTUALTimer62GNDGND
图11
五、主要元器件与设备
数字电路实验箱或EDA软件QuartusⅡ。
集成电路 74HC192—2片，4511BD—2片，74HC74D—1片。 555定时器—1片,4011BD —５片，4069BCL—3片.。
电 阻 RPACK_VARAIABLE_2×7 — 2只， 4.758MΩ—2只。 100Ω—2只，10kΩ—3只。
电 容 10nF—2只。
其 它 发光二极管—1只，共阴极显示器—2只。 单刀双掷开关—两个，开关—1只。
9 电子与信息工程系 2011年6月
30秒定时器设计
六、课程设计体会与建议
6.1、设计体会
通过这次对30秒定时器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也了解了关定时的基本原理与设计理念，要设计一个电路要先用仿真软件仿真成功之后才可以进行实际接线。看似简单的电路，但有时候就是无法运行出结果，在平时做实验时，老师就在我们旁边指导我们该怎么做，但很多时候我们都忽略了“为什么这样做”，导致对原件的功能、作用和用法一知半解，在处理很多细节时，考虑不周，出现了很多小问题。比如在选取原件型号时不考虑其在固定电压下能否正常工作，这就会导致电路无法正常工作。所以，在连接仿真电路图时选取元件是很关键的一个步骤，要在了解各元件工作机制的基础上选择应用哪个。通过这次学习，我对Multsim仿真软件有了更近一步了解，应用起来也更加顺手。
6.2、设计建议
我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。
七、参考文献
[1] 杨志忠. 数字集成电路[M]. 北京：水利电力出版社，1995； [2] 杨志忠. 数字电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2009；
[3] 杨志忠. 电子技术课程设计[M]. 北京：机械工业出版社，2008；[4] 侯建军. 数字电路实验一体化教程. 北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年；
[5] 王庆春. 新编数字电子技术. 安康：安康学院电子与信息工程系教研室，2010年；
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