数字电子技术课程设计--数字倒计时设计.doc

《数字电子技术》课程设计报告 题 目：数字倒计时设计 专 业： 通信工程 年 级： 11通信工程 学 号： 1110618036 学生姓名： 杨诗杰 联系 ： 指导老师： 李碧青 完成日期：2013 年 05 月20日摘要 本设计利用了单片机74ls192,74ls48，74ls00和ne555，数码管，电阻，三脚开关等元件，制作30秒计时器，实现显示30秒倒计时功能，系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动、暂停和连续以及具有光电报警功能经测试，系统达到断点计时功能，当设计器递减到零时，会发出光电报警信号在直接清零时，数码管显示器直接显示为00；计时器为30秒递减计时，计时间隔为1秒；计时器递减到0时，再回到30的要求，具有具亮度高、可视性好、功耗小、使用寿命长等优点关键词：脉冲发生器；发光LED；计数器；译码显示电路ABSTRACTThis design using monolithic integrated circuit ne555 and 74ls192,74ls48,74ls00, digital, resistance, components such as three-foot switch, making 30-second timer, show a 30-second countdown feature, the system external operation switch is set, directly control a timer reset, start, pause, and continuously has a photoelectric alarm. Testing, system reaches a breakpoint Chronograph, designer is decremented to 0 o'clock, optical alarm signals will be issued. Directly clear zero, digital monitor is displayed as 00; decreasing timing timer for 30 seconds, time interval is 1 second; timer decrements to 0 o'clock back to 30 requests, with a high brightness, high visibility, power consumption, long life and other advantages.Key words:Pulse generator;Light emitting LED ;Counter; Display circuit目录摘要 I1 设计要求及方案选择 11.1设计要求 12 理论分析与设计 22.1 数字计时器电路设计 32.2 硬件电路的设计 32.2.1 脉冲发生模块 42.2.2数码显示模块 62.2.3 计时器模块 102.2.4 时序控制模块 112.2.5 警报模块 123 系统测试 133.1调试所用的基本仪器清单 133.2调试结果 133.3　测试结果分析 134 总结 15参考文献 16附录1 171 设计要求及方案选择1.1设计要求（1） 具有30秒倒计时显示功能：用两个共阳数码管显示，其计时间隔为30s。

2） 分别设置启动键和暂停/继续键，控制两个计时器的直接启动计数，暂停/继续计数功能3） 设置复位键：按复位键可随时返回初始状态4） 计时器递减计数到“00”时，计时器跳回到“30”停止工作1.2方案选择分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停／连续计数、译码显示电路的显示和灭灯功能为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯 当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停／连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处于保持状态；当暂停／连续开关拨在连续时，计数器继续递减计数方案比较 本课程设计中，我和我的同组人提出了两个脉冲信号发生电路的方案，方案如下：方案一是用555定时器构成一个多谐振荡器，为电路提供芯片工作的脉冲信号图1 555构成的秒脉冲发生器原理图 方案二是电路由14位二进制串行计数器/分频器和振荡器CD4060、BCD同步加法计数器CD4518构成的秒信号发生器。

图2 基准秒信号发生电路图电路中利用CD4060组成两部分电路一部分是14级分频器，其最高分频数为16384；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器震荡器输出经14级分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由1/2 CD4518构成的二分频器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲 方案选择: 本课程设计中对秒脉冲信号的精度要求并不是很高，而且方案二中用CD4060和分频器构成的基准秒脉冲发生电路较于前者要复杂的多，不常用，所以，我们选用了方案一，用555定时器构成电路中的脉冲信号发生器 2 理论分析与设计2.1 数字计时器电路设计图3 数字计时器设计框图分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停／连续计数、译码显示电路的显示功能为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯 当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“30”字样；当启动开关断开时，计数器开始计数；为了简单起见，我们将暂停与连续的控制开关放在555电路模块中，通过控制脉冲信号的传送来达到相应的目的。

2.2 硬件电路的设计图4 数字计时电路原理图本课程设计主要包括秒脉冲发生电路、计数电路、控制电路、数码显示电路和报警电路，控制电路是由各内外部操作开关组成，而秒脉冲发生器是由555定时器构成，计数电路则由计数器组成其中计数器和控制电路是系统的主要模块控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能当启动开关闭合时，555振荡器将产生的信号送至计数器的DOWN信号输入端，计数器开始工作，完成30秒计时功能 控制电路、秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路和由TTL与非门组成的多谐振荡器构成 译码显示电路由74LS192,74LS48和七段共阴数码管组成报警电路在设计中可用发光二极管和蜂鸣器代替 2.2.1 脉冲发生模块图5 脉冲发生电路由555工作特性和其输出周期计算公式可知，则：电容C2放电所需的时间为：tPL=0.7R5*C2当电容C2放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R5向电容器C2充电，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间为：tPH=0.7(R1+R2)C2。

当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期的方波，其频率为：f=1.43/(R1+2R5)*C2，即T=0.7(R1+2R5)*C2 根据要求，该系统中要使555构成多谐振荡电路产生10Hz的脉冲，因此，可取R1=R5=47K,C2=10uF，通过计算得到周期为T=0.7×（47K+2×47K）×10×=0.987s[3] 用555定时器构成多谐振荡器电路如图所示电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:tW1＝0.7(R1＋R2)CtW2＝0.7R2CT＝tW1＋tW2＝0.7(R1＋2R2)C图6 用555构成的多谐振荡电路及波形2.2.2数码显示模块图7 数码显示电路原理图本次设计中用发光二极管LED组成字型来显示数字。

这种数码管的每个线段都是一个发光二极管,因此也称LED数码管或LED七段显示器因为计算机输出的是BCD码要想在数码管上显示十进制数就必须先把BCD码转换成 7 段字型数码管所要求的代码把能够将计算机输出的BCD码换成 7 段字型代码并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”因此在本次的设计中采用了常用的74LS48七段显示译码器输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器图8 共阴LED原理图及表示符号图9 BCD七段译码器驱动原理图7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式如果把7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7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上（也是abcdefg）！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，以此类推如果7段数码管是共阳显示电路，那就需要选用74LS47译码驱动集成电路共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上无论共阴共阳7段显示电路，都需要加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了。

限流电阻的选取是：5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！发光二极管的工作电流选取在10-20ma，电流选小了，7段数码管不太亮，选大了工作时间长了发光管易烧坏对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数发光二极管（LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8型，每一段包含一个发光二极管外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿等色只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号图10 74LS48管脚排列图及符号图74LS引脚-驱动功能表：74LS48简介：工作电压:5V74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端 由74LS48真值功能表可获知7448所具有的逻辑功能： （1）7段译码功能（LT=1，RBI=1） 在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符。