电子技术课程设计--倒计时器的设计
课程设计名称：电子技术课程设计题目：倒计时器
学期：2013-2014学年第2学期
专业：自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
课程设计任务书
一、设计题目
倒计时器的设计
二、设计任务
显示两位数倒计时，如99到1
1.当到9时喇叭自动响0时结束
2.用LED数码管显示结果
3.可以实现预置数功能
三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天：针对选题查资料，确定设计方案；
第2天：方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择；
选用芯片参考：减法器、74160A、74LS48、LED数码管、74190等。
第3～4天：利用Multisim或PROTUES电路仿真，画电路原理图；
第5天：编写整理设计报告。
四、设计要求
1. 画出整体电路图（Protel或Altium Designer或Multisim，推荐Altium Designer）。
2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。
3. 写出设计报告书。
指导教师：
时间：
倒计时器在日常生活中应用比较广泛，比如篮球比赛是用的30秒倒计时，还有交通灯使用的60秒倒计时等等，但是这些倒计时器仅用在特定的场合，通用性比较差。为此，本文通过简单的数字逻辑电路器件，搭建成了可以实现预置数功能的倒计时器。本次设计的倒计时器主要由六个模块构成：置数电路、脉冲发生器、计数器、显示电路、控制电路和报警电路。用拨码开关和74LS147D优先编码器实现置数，用两片74LS192D连成100进制减法计数器并通过555定时器构成多谐振荡电路提供脉冲，LED数码管显示，当倒计时记到09时用蜂鸣器实现报警直到00结束，最后通过控制电路实现倒计时器的置数、暂停、清零。
本倒计时器可以实现任意两位数的倒计时，实时性强，可操作性好，较好的解决了目前倒计时器通用性差的问题。
关键词：倒计时器；LED；报警；控制
综述 (1)
1方案设计与分析 (2)
1.1设计原理 (2)
1.2设计方案 (2)
1.3电路设计框图 (3)
2单元电路设计 (4)
2.1置数电路 (4)
2.1.1电路组成 (4)
2.1.2工作原理 (4)
2.2计数器电路 (5)
2.3显示电路 (5)
2.4脉冲发生电路 (6)
2.4.1 555定时器 (6)
2.4.2用555定时器构成多谐振荡器 (6)
2.5报警电路 (7)
2.6控制电路 (8)
3总体电路仿真 (9)
设计体会 (10)
参考文献 (11)
倒计时器在人们日常生活中应用广泛，为人们提供了很大的便利，倒计时器的样子和功能也多种多样。我设计的倒计时器由置数电路、计数器、脉冲发生器、显示器、控制电路、报警电路组成。由数码管显示器来显示计数器所输出的信号。采用了74LS系列中小规模集成芯片。先通过555定时器构成多谐振荡电路输出脉冲，再通过74LS192芯片来实现倒着计数的功能，在置数端置成需要的数，最后把输出连接到LED数码管上显示数字。我设计的倒计时器主要是要完成倒计时任务，其具体实现的功能有：显示两位数倒计时，如99到1;当到9时喇叭自动响0时结束;用LED数码管显示结果;可以实现预置数功能，暂停/开始功能，清零功能。可以用作任意两位数的倒计时并实现其一系列功能。
1 方案设计与分析
1.1 设计原理
我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为1Hz的脉冲，即输出周期为1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的减计数脉冲端，输出端通过LED 数码管显示十进制数，在74LS192的四个输入端接74LS147的输出，在74LS147的输入用拨码开关输入，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、显示电路的显示，置入任意两位数作为计数起点，以及报警等功能。
1.2 设计方案
在此，提出两种方案，主要是置数电路和计数器，方案一：置数电路可以直接用开关输入计数器高低电平，表示二进制数，如图1-1：计数器采用74LS190级联成100进制减法计数器。方案二：采用拨码开关，和74LS147优先编码器，进行置数，将74LS147输出，经反相器取反，输入计数器，如图1-1：计数器采用74LS192级联成100进制减法计数器。
方案一，置数开关能置入0到15的十进制数，但是仅需要置入0到9即可，还有开关有机械抖动，可能会使置数不稳。74LS190作为计数器实现直接置零不是很方便，需要占用置数功能。方案二可以很好的弥补方案一的缺陷，所以选择方案二。
图1-1
1.3 电路设计框图
图1-2 设计原理框图
2 单元电路设计
2.1 置数电路
2.1.1 电路组成
由9位拨码开关、74LS147，74LS04组成。将开关组一端与VCC连接，另一端与74LS147的九个输入端连接。74LS147输出端分别连接4个非门。开始时开关全部闭合，非门输出0000，然后开关依次从上往下断开，非门依次输出0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，对应着十进制数从1到9。（电路如图2-1所示）
图2-1置数电路
2.1.2 工作原理
74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。
74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421 BCD编码。当9个输入全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421 BCD编码输出。
2.2 计数器电路
计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。本次课程设计中选用74LS192来实现要求的减法计数功能。
按照课程设计任务书要求计数器。我们将用两片74LS192级联成100进制减法计数器如图2-2
图2-2计数电路
2.3 显示电路
显示电路用DCD_HEX数码管显示器（自带译码器的7段数码管）显示十进制数字，它有四个输入端，可以直接接入到192四个输出端上。
图2-3显示电路
2.4 脉冲发生电路
2.4.1 555定时器
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。
2.4.2 用555定时器构成多谐振荡器
用555定时器构成多谐振荡器电路。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。即按照图2-4连接的电路就可以产生1Hz的方波脉冲。
图2-4 555定时器构成的多谐振荡电路
2.5 报警电路
任务要求在倒计时器倒计时到9秒时发出警报，当倒计时到0时报警结束。因次我们可以将192的输出端按照图2-5连接，当192的高位到低位输出0000 xxxx 时（即倒计时到9秒时）开始报警，当输出0000 0000时报警结束。
图2-5 报警电路
2.6 控制电路
暂停/连续控制：当暂停/开启开关打到低电平时计时器暂停，当开关打到高电平时计时器正常计时。
清零控制：当开关接高电平时，电路清零，显示清零。电路连接如图2-6
图2-6 控制电路
3 总体电路仿真
本倒计时器由5个模块组成：时钟模块（即秒脉冲发生模块）、计数模块、显示模块、控制模块和报警电路。总体仿真电路如下图3-1。打开仿真软件Multisim 10.0按要求在Multisim 10.0里连接好如图所示的电路点击仿真按钮，进行仿真，在脉冲发生电路仿真中我们可以用示波器来观察产生的脉冲是否为1Hz。最后的仿真结果是：计时器可以从任意置入的一个两位数开始倒计时，并在计时显示09时，蜂鸣器鸣响，显示00时，报警停止。按下暂停/启动开关，可以暂停启动计数，按下清零，时计数清零，按下置数开关，并拨动拨码开关，可以实现置数功能。
图3-1 总体仿真电路图
设计体会
通过这次设计，我掌握了74LS192、74LS04、74LS32、74LS147等芯片的原理，简单了解了倒计时器的电路原理，初步掌握了两位倒计时器的设计、调试及测试方法，提高设计电路，改进电路的能力，巩固了已学的理论知识，建立数字电子技术理论和实践的结合，了解两位倒计时器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、组织两位倒计时器的各个单元电路。
在实验中，出现问题是难免的。重要的是分析问题，找出出现问题的原因，从而解决它。一般的说，有四个方面的原因产生问题（故障）：器件故障、接线错误、设计错误和测试方法不准确。在查找故障过程中，首先要熟悉经常发生的典型故障。
（1）器件故障器件故障是器件失效或器件接插问题引起的故障，表现为器件工作不正常。这需要更换一个好器件。
（2）接线错误是最常见的错误。据有人统计，在教学实验中，大约70%以上的故障是由接线错误引起的。常见的接线错误包括忘记接器件的电源和地；连接线和插孔接触不良连线经多次使用后，有可能外面的塑料包皮完好，但内部线断；连线多节、漏接、错接；连线过长、过乱造成混乱。
（3）设计错误自然会造成与预想的结果不一致。原因是对实验要求没有看透，或者对所用器件的原理没有掌握。因此实验前一定要理解实验要求，掌握实验线路原理、精心设计。初始设计完成后一般应付对设计进行优化。最后画好逻辑图以及接线图。
（4）测试方法不正确如果不发生前面所述三种错误，实验一般会成功。但有时测试方法不正确也会引起观测错误。例如，一个稳定的波形，如果用示波器观测，而示波器没有同步，侧造成波形不稳定的假象。因此要学会正确使用所有仪器、仪表。
这次课程设计提升了我的应用意识，提高了我的动手能力。只有在实践应用中，切身感悟书本里的思想，解决自身需要，才能真正吸收优秀的思想为自己所用。我感触最深的就是查阅了大量的设计资料。为了让自己的设计更加完善，我们需要了解大量的技术信息，芯片种类。比如这次用74LS147设计置数电路。摒弃了使用二进制置数的弊端。大量的设计资料文献，能让我们所想的功能和电路成为现实，是我们顺利完成设计任务的保证。
参考文献
[1] 阎石；清华大学电子学教研组.数字电子技术基础[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.
[2]董玉冰.Multisim 9在电工电子技术中的应用[M].第一版.北京：清华大学出版社，2008.
[3]王冠华.Multisim 10 电路设计及应用[M].第一版.北京：国防工业出版社，2008.
[4]范文兵.数字电子技术基础[M].第一版.北京:清华大学出版社，2007.
[5]杨志忠.数字电子技术[M].第二版.北京：高等教育出版社2007.