《數字電子線路基礎》
課程設計報告
題目：30s定時器設計
專業電氣工程及其自動化
班級 10電工 ( 3 )
學生姓名萬金輝
指導教師馬雪芬傅俊
提交日期 2012-6-10
目錄第一部分設計任務
1.1 設計題目及要求4
1.2 備選方案設計與比較4
1.2.1 方案一4
1.2.2 方案二6
1.2.3 方案三6
1.2.4 方案四7
1.2.5 各方案分析比較7
第二部分設計方案
2.1 總體設計方案說明8
2.2 模組結構與方框圖8
第三部分電路設計與器件選擇
3.1 功能模組一（時鐘模組及保持模組9
3.1.1 模組電路及引數計算9
3.1.2 工作原理和功能說明10
3.1.3 器件說明（含結構圖、管腳圖、功能表等10
3.2 功能模組二（計數模組11
3.2.1 模組電路及引數計算11
3.2.2 工作原理和功能說明12
3.2.3 器件說明（含結構圖、管腳圖、功能表等12
3.3 功能模組三（增益模組13
3.3.1 模組電路及引數計算13
3.3.2 工作原理和功能說明14
3.3.3 器件說明（含結構圖、管腳圖、功能表等14
3.4 元件清單18
第四部分安裝除錯與效能測量
4.1 電路安裝18
（推薦附整機數碼**）
4.2 電路除錯18
4.2.1 除錯步驟及測量資料20
4.2.2 故障分析及處理20
4.3 整機效能指標測量（附資料、波形等21
第五部分課程設計總結 （心得體會22
第六部分參考文獻23
一、 設計任務
1.1 設計題目及要求：30秒定時器。兩位數字顯示，計時時間間隔為1秒；進行30秒減計時；可使定時器直接清零，啟動計時、暫停/連續計時
1.2 備選方案設計與比較
1.2.1 方案一 ：
以51微控制器為主體，結合程式設計和一些簡單的外圍電路實現30s定時功能 。大致構想：利用at89c51的基本輸入輸出管腳和幾個帶有特殊功能的引腳進行輸入輸出，秒脈衝通過石英晶振、電阻電容產生，或者通過程式設計控制送數的時間間隔（1s）；外接led數碼管；進行倒計數也即倒計時,通過程式使微控制器進行減計數。
1.2.2 方案二 ：
以普通數位電路實現。用555定時器產生秒脈衝作為定時輸入即cp訊號；兩片74ls190進行減計數；兩片cd4511把74ls190的輸出進行解碼輸入到七段顯示數碼管；七段數碼管作為最終輸出顯示。
1.2.3 各方案分析比較 ：
方案一以微控制器為核心，電路設計比較簡單，且成本較低 ，是乙個不錯可行的方案，但由於還未學習微控制器相關知識，程式設計方面了解甚少，且課程設計的主要目的是加強和鞏固我們所學的知識，就好比乙份考試試題一樣，有人能把學的知識考好，有人能在此基礎上做超綱的題目，這就不好比較了，且微控制器本身功能比較強大，做乙個定時器有點大材小用的感覺，我們可以用所學的數電知識就可以實現，並且電路也比較簡單，故選擇方案二 。
二、 設計方案
2.1總體設計方案說明 ：總體設計框圖包括秒脈衝產生模組、減計數模組、解碼模組、顯示模組、報警模組、暫停連續模組和清零模組。
秒脈衝部分有乙個555定時器及一些電阻電容原件組成，原件引數的選取根據週期為一秒進行設定和除錯；減計數部分由74ls190完成，並通過置數開關和晶元的置數端子進行設定初始值；解碼部分由兩片cd4511完成，輸入引腳接74ls190,輸出端接數碼管，控制使能端即可正常工作；顯示部分由數碼管顯示；報警部分通過乙個八輸入的與非門、三個反相器、乙個二輸入的與非門和乙個3v的蜂鳴器並與秒脈衝組合實現；暫停連續（停表和繼續倒計時）部分主要由乙個鎖存器和秒脈衝實現。外部總體控制部分由八個單刀雙擲開關控制，實現預置數、計時暫停、計時繼續、清零和加減計時定時選擇，整體組合實現定時器的倒計時和正計時功能。
2.2 模組結構與方框圖
2.2.1模組結構圖
2.2.2總體框圖
三、電路設計與器件選擇
3.1 功能模組一（秒脈衝產生模組）
3.1.1 秒脈衝模組電路及引數計算
由555定時器的特性引數可知，當電源取5v時，在100ma的輸出電流下輸出電壓值為3.3v，所以取vcc=5v可以滿足電路對輸出脈衝幅度的要求。取占空比q=98/145
q = (r1+r2) / (r1+2r2)
又由週期t=1s 取 c2 = 1uf c1 = 0.1u f
得 t=( r1+2r2)*c2*ln2 = 1 s
故得到 r1= 51k r2 = 47k
3.3.2 工作原理和功能說明
555 定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模整合器件。一般用雙極性工藝製作的稱為 555，用 cmos 工藝製作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓範圍寬，可在 4.
5v~16v 工作，7555 可在 3~18v 工作，輸出驅動電流約為 200ma，因而其輸出可與 ttl、cmos 或者模擬電路電平相容。
555 定時器成本低，效能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振盪器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈衝產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用於儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖所示。
它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯電阻，乙個 rs 觸發器，乙個放電管 t 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓vcc /3 和 2vcc /3
555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 rs 觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 a1 的反相輸入端的電壓為 2vcc /3，a2 的同相輸入端的電壓為vcc /3。
若觸發輸入端 tr 的電壓小於vcc /3，則比較器 a2 的輸出為 1，可使 rs 觸發器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大於 2vcc/3，同時 tr 端的電壓大於vcc /3，則 a1 的輸出為 1，a2 的輸出為 0，可將 rs 觸發器置 0，使輸出為 0 電平。
3.1.3 器件說明（含結構圖、管腳圖、功能表等）
3.2 功能模組二（計數模組）
3.2.1 計數模組電路及引數計算
電阻 r = 10 k
3.2.2 工作原理和功能說明
* 上圖開關由上而下依次為s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7
* s1 為清零開關, s2 s3 s4 s5為四個預置數開關 s6為控制置數開關 s7 為暫停模組的控制開關 .
*當s1 打到高電平時計數器正常技術,打到低電平即接地端時,系統清零.
*當s2 s3 s4 s5 接地時,系統置數0 ,當其均接高電平時,系統置數15 ,依次類推之
*s6為控制置數開關,當打到高電平時,計數器正常計數,當打到低電平時,系統置數(11號引腳pl)
*14號引腳為脈衝輸入端，4號引腳為計數及保持使能端 ，q0 q1 q2 q3 為輸出，do d1
d2 d3 為輸入，12號腳為借位訊號端，13號腳為進製輸入端 ，接地端與電源端按管腳圖接入 。
3.2.3 器件說明（含結構圖、管腳圖、功能表等）
上面圖表為74ls190的引腳圖、內部結構圖和功能表
3.3 功能模組三（解碼模組）
3.3.1 模組電路及引數計算
3.3.2 工作原理和功能說明
cd4511是乙個用於驅動共陰極 led （數碼管）顯示器的 bcd 碼—七段碼解碼器，特點：具有bcd轉換、消隱和鎖存控制、七段解碼及驅動功能的cmos電路能提供較大的拉電流。可直接驅動led顯示器。
cd4511 是一片 cmos bcd—鎖存/7 段解碼/驅動器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 bcd 碼輸入，a為最低位。lt為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數碼「8」，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。
bi為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， b1端應加高電平。另外 cd4511有拒絕偽碼的特點，當輸入資料越過十進位制數9(1001)時，顯示字形也自行消隱。le是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸資料。
a～g是 7 段輸出，可驅動共陰led數碼管。另外，cd4511顯示數「6」時，a段消隱；顯示數「9」時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數時，字形不太美觀圖3是 cd4511和cd4518配合而成一位計數顯示電路，若要多位計數，只需將計數器級聯，每級輸出接乙隻 cd4511 和 led 數碼管即可。所謂共陰 led 數碼管是指 7 段 led 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。
限流電阻要根據電源電壓來選取，電源電壓5v時可使用300ω的限流電阻。
數電課程設計報告
第一章設計指標 設計指標 第二章系統概述 2.1設計思想 2.2可行性論證 2.3各功能的組成 2.4總體工作過程 第三章單元電路設計與分析 3.1各單元電路的選擇 3.2設計及工作原理分析 第四章電路的組構與除錯 4.1 遇到的主要問題 4.2 現象記錄及原因分析 4.3 解決措施及效果 4.4 ...
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