數位電路課程設計報告
設計課程題目：30秒定時器
專業：****
班級：***
學號：******
姓名：***
指導老師：***
設計時間：2023年12月1日
題目：30秒定時器
摘要：隨著時代的進步，電子行業的發展，定時器的應用也越來越廣泛。但傳統的定時器都是使用發條驅動式、電機傳動式或電鐘式等機械定時器。
電子定時器相對產痛定時器來說，體積小、重量輕、造價低、精度高、壽命長、而且安全可靠、調整方便、適於頻繁使用。該電子定時器滿足對電器的電源進行控制，同時要方便使用者對電子定時器的操作。最大時間能達到30s。
關鍵詞：秒脈衝發生器、控制電路、計數器、解碼顯示電路、74hc192
引言：我們在日常生活中，經常碰到一些需要定時的事情，例如：印相或放大**，需要定在零點幾秒的時間，洗衣機洗滌衣物需要定在幾分鐘到幾十分鐘的時間，電風扇需要定在數十分鐘的時間。
完成這種定時的定時器有多種多樣。在電子技術突飛猛進的今天，電子定時器一定會逐步取而代之，這是不言而喻的。
一、設計目的
掌握解碼器、鎖存器、定時器等的邏輯功能和工作原理，設計可預置時間的定時電路；分析與設計時序控制電路。畫出30秒定時器的所有組成電路和整機邏輯電路圖，掌握定時器的工作原理及其設計方法，並對各電路和原件的應用有所了解。
二、設計任務
1、30秒計時功能，兩位數字顯示，計時間隔為1秒。
2、進行30秒減計時結束後，發光二極體點亮，顯示器顯示00。
3、設定外部開關，可使定時器直接清零，啟動計時、暫停/連續計時。
三、整機框圖
30秒定時器的原理框圖如圖：
圖一：30秒定時原理框圖
30秒定時器主要由秒脈衝發生器、控制電路、計數器、解碼顯示器電路四部分組成。計數器完成30秒減計時功能，而控制電路是直接控制計數器的清零、啟動計數、暫停/連續計數、解碼顯示等功能。操作直接清零開關時能夠使計數器清零並且使數碼顯示器顯示00，當啟動開關閉合時，控制電路應封鎖時鐘訊號cp(脈衝訊號)，同時計數器完成計數功能，解碼顯示電路顯示30秒；當啟動開關斷開時，計數器開始計數：
當暫停/連續開關閉合時，控制電路封鎖時鐘訊號cp，計數器處於封鎖狀態，計數器停止計數；當暫停/連續斷開時，計數器連續累計計數。
四、各部分電路設計
1、秒脈衝電路
圖二：秒脈衝電路
秒脈衝產生電路採用555定時器來實現。555定時器是一種多用途積體電路，應用相當廣泛，通常只需外接幾個阻容元件就可以很方便的構成施密特觸發器和多諧振盪器。利用555定時器構成多諧振盪器的方法是把它的閥值輸入端th和觸發輸入端tr相連並對地接電容c，對電源vdd接電阻r1和r2，然後再將r1和r2接dis端就可以了。
由555定時器構成的秒脈衝產生電路如圖二所示。
多諧振盪器的振盪週期為：
t=0.7（r1+r2）c=0.7（47+2*47）*1000*10*0.000001=987ms=1s
2、減數器電路
減計數電路如圖三，計數器74hc192是具有非同步清零、非同步預置功能的雙時鐘十進位制同步加/減計數器，當s3接+5v時，cr為高電平，計數器清零；當s3接地時，cr為低電平、ld為低電平，d0~d3端輸入的資料d0~d3被置入計數器，q3q2q1q0=d3d2d1d0。當cr為低電平、ld為高電平時，如果cpd為高電平，由cpu端輸入計數脈衝，進行加計數；如果cpu為高電平，由cpd端輸入計數脈衝，則進行減計數；如果cpd和cpu端都為高電平，計數器保持狀態不變。
圖三：30進製減計數器
用兩片74hc192實現30秒定時器的計數，如下圖。當s3接地（即cr=0），同時啟動開關s1合上時，兩片74hc192的ld=0，計數器置30秒。當s1斷開時，ld=1，計數器工作，端cpd輸入秒脈衝時，進行減計數。
當計數器減計數到0時，bo1和bo2同時輸出低電平0。
3、解碼和數碼顯示電路
解碼器將各級十進位制計數器的計數結進行二—十進位制解碼，並驅動數碼管用十進位制符號顯示出來。如圖四：
圖四：解碼和數碼顯示電路
在圖中，4511為bcd七段鎖存數碼驅動器，其輸入端a、b、c、d分別接計數器的輸出端q0、q1、q2、q3；輸出端a~g分別接數碼顯示器的七段a~g。數碼顯示器選用七段共陰極半導體顯示器，顯示器的接地線與地線之間串人乙個限流電阻，以防止電流過大而燒壞數碼管。
4、時序控制電路
減計數器電路如圖五，bo1和bo2是個位和十位計數器的借位輸出端，s2是暫停/連續開關，開關s2打向2時，g3輸出高電平，控制門g4開啟，秒脈衝訊號可以通過控制門g4使計數器進行減數計數；開關s2打向1時，g3輸出低電平，g4門關閉，秒脈衝訊號被封鎖，計數器處於鎖存狀態。計數器進行30秒倒計時後，十位計數器和個位計數器同時借位，bo1和bo2均為低電平，控制門g1輸出低電平，二極體發光，同時g5門關閉，計數器不再進行計數，並顯示00.
圖五：時序控制電路
5、整機框圖
整機電路如下圖所示，當開關s3打到2處，計數器74hc192（1）和74hc192（2）清零；當s3打到1處，計數器處於工作狀態。當s1接下時，計數器置30秒。這時如將開關s2打到2處，g3輸出高電平，計數器進行減計數。
如將s2打到1處，g3輸出低電平，減計數器停止計數，顯示的數字不變。如再將s2打到2處，則計數器繼續進行減計數。當計數器減計數到00時，bo1和bo2同時輸出低電平，控制門g1輸出低電平，發光二極體發亮，同時g5被封鎖，停止減計數。
6、元件清單
五、除錯要點
1、用示波器觀察555定時器經分頻後得到的乙個秒脈衝。
2、時序控制電路除錯：將開關s2打向2側，秒脈衝訊號加入到控制門g4輸入端，用示波器觀察g5輸出端是否有秒脈衝輸出。
3、30秒減計數器的除錯
將開關s2和s3打到1側。按一下啟動開關s1時，計數器值30，顯示器應顯示30秒。bo1和bo2端輸出高電平，g1輸出高電平，發光二極體不發光。
秒脈衝訊號加入到計數器的端，看計數器能否正確進行減計數。開關s2打向2側，減計數器是否清零。
4、整機除錯
連線好整機電路，進行整個電路除錯，直到定時器能夠實現30秒正計時和倒計時。
六、 效能測試與分析
效能測試
在實驗箱上組裝定時器，組裝時應嚴格按圖連線引腳，注意走線整齊，布局合理，器件的懸空端、清零端、置1端要正確處理。除錯步驟和方法如下：
1、 用示波器檢測秒脈衝電路輸出頻率為1hz。
2、 接通電路：s3打向1端，s2打向2端，s1合上。此時觀察，顯示器示數為30；s3打向2時，計數器開始計數。
3、 當30秒計數完成後，二極體發光，顯示器示數為0-0。說明此電路功能完好。
效能分析：
對於秒脈衝電路，4060是14級二進位制計數器，cp1和cp0分別為時鐘的輸入和反時鐘輸出端，q13引腳輸出的是十四級二分頻後的脈衝。輸出的脈衝輸入到雙d觸發器74hc74的時鐘端，d和q非引腳連線可實現二分頻，q引腳輸出1hz的脈衝。
秒脈衝電路輸出1hz脈衝訊號到時序控制電路。s2打向2時，g3輸出高電平，控制門g4開啟，秒脈衝訊號可以通過控制門g4使計數器進行減計數；開關s2打向1時，g3輸出低電平，g4門關閉，秒脈衝訊號被封鎖，計數器處於鎖存狀態。計數器進行30秒倒計時後，十位計數器和個位計數器同時借位，bo1和bo2均為低電平，控制門g1輸出低電平，二極體發光，同時g5門關閉，計數器不再進行計數，並顯示00。
當秒脈衝訊號通過時序控制電路進入計數器輸入端時，cpu置高電位，此時用兩片74hc192實現30秒定時器的計數。當s3接地（即cr=0），同時啟動開關s1合上時，兩片74hc192的ld=0，計數器置30秒。當s1斷開時，ld=1，計數器工作，cpd端輸入秒脈衝時，進行減計數。
當計數器計數到零時，bo1和bo2同時輸出低電平0。當cpu和cpd都為高電平時，計數器保持狀態不變。
解碼輸出控制顯示器示數，當計數器置數端均為零時，計數器置數為30秒，此時計數器輸出端分別為0011-0000；相對應顯示器顯示為3-0，計數器處於計數狀態時，顯示器從3-0減計數至0-0。
七、結論與心得
通過為期兩周的課程設計，我深刻體會到了自己知識的匱乏，自己原來所學的東西只是乙個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現實中還存在有很多問題。設計乙個很簡單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時候考慮的多的多。
所以，一開始，我遇到了很多麻煩。通過老師和同學們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問題的全面性。
設計電路，還要考慮到它的前因後果。什麼功能需要什麼電路來實現。另外，還要考慮它的可行性，實用性等等。這樣，也提高了我的分析問題的能力。
原來，我們學習的電路只是乙個理論知識，通過這次實習。使我的理論知識上公升到了乙個實踐的過程。同時在實踐中也加深了我們對理論知識的理解。
總之，通過這次實習，不僅使我對所學過的知識有了乙個新的認識。而且提高了我考慮問題，分析問題的全面性以及動手操作能力。使我的綜合能力有了乙個很大的提高。
最後，在這裡，我非常感謝各位老師的耐心輔導以及同學們的熱心幫助。
八、 參考文獻
1、電子技術基礎數字部分第五版. 康華光主編：高等教育出版社，2006
2、實用電路分析. 劉春暉主編.北京電子報.1995
3、電子系統設計與實踐.周群，楊剛主編.電子工業出版社.2004
5、電子技術課程設計.楊志忠主編.機械工藝出版社.2008
6、電路第五版.邱關源主編.2006
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