24秒倒计时数字电路课程设计报告书

物理与电子信息学院 数字电路课程设计报告书 姓名：
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论文题目 24秒倒计时电路设计 课程论文 要 求 1.具有显示24秒计时功能。

2.计时器为24秒递减计时，计时间隔为1秒。

3.计时器递减到零时，数码显示器不灭灯。

4.用组合逻辑电路、时序逻辑电路和各与（或）非门来完成设计。

设 计 过 程 前言：
随着科学技术与计算机应用的不断发展，在很多领域中计时器使用的很普遍，比如在体育比赛，定时报警器，游戏中的倒计时，交通信号灯，等等，由此可知定时器对于我们现代的社会是多么重要。

24秒倒计一般可用在篮球比赛上，篮球比赛中有一项违例时间要用倒计时计数器，该计数器有递减计时，再在电路上外加警报器和发光灯就可以对球员的一个很好的提醒，即当球员犯规时，能自动的报警来判断球员的犯规。我自己本身也比较爱好篮球，我的课程设计就是从这有了想法，和给予了我灵感。

1设计方案 总方案：
该设计系统包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路。用555定时器作为秒脉冲发生器，74LS192为脉冲计数器，74LS48作为译码器，通过数码管显示数字。其中计数器是最主要的部分，计数器完成24秒倒时的功能，计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1。先将计数器接成十位是二进制计数（P3P2P1P0=0010），个位为四进制计数（P3P2P1P0=0100），这样在开始通入电源时数码管上显示的是24.。本设计可以完成计数器的直接清零、启动计数器、连续计数、译码显示电路等功能。当计时器递减计时到零（即定时时间到）时，显示器上显示00。

工作原理框图如下 图1 总原理框图 1.1 555定时器 555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，用它可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。本设计用LM555CM定时器设计一个多谐振荡器给电路提供脉冲信号，产生的脉冲信号用由74LS192进行计数，且设置周期为1秒。

1.1.1 555定时器管脚名称和功能 图2 555的管脚名称 1脚为接地端，也是芯片的公共端。

2脚为C比较器的信号输入端V又称为触发端。它们输入的信号可以是数字信号也可以是模拟信号，分别与比较器所设置的参考电压进行比较便于控制输出状态。

3脚为信号输出端V 4脚为直接复位端，只要在此输入低电平，输出端立即被置为低电平，不受其他输入状态的影响。正常工作是接高电平可直接接到电源上。

5脚为控制电压输入端V。如果V端没有外加电压时两个比较器的参考电压，由电源电压经过三个等值电阻分压提供。

6脚为C比较器的信号输入端V又称阈值段TH；
2脚为C比较器的信号输入端V又称为触发端。它们输入的信号可以是数字信号也可以是模拟信号，分别与比较器所设置的参考电压进行比较便于控制输出状态。

7脚为放电端。如果经过一个足够大的电阻街道电源上那么放电端可获得一个与输出端相一致的电平。

8脚为电源端V。如果V端没有外加电压时两个比较器的参考电压，由电源电压经过三个等值电阻分压提供，则V= V，V=V。在这种情况下，该端可通过电容（0.01F）接地防干扰信号窜入。如果该端接入外电压V时，则，V= V， V=V，因此V可改变参考电压值V。

1.1.2 555定时器的内部原理图 各种555定时器的电路结构大同小异，它由比较器C和C、基本触发和输出级三个部分组成，外部共有8根引脚，其内部原理图如图3所示。

图3 555定时器的内部结构 1.1.3 555定时器的功能表 输入 各级输出 T状态 V V V V 触发器输出Q 输出V T状态 0 0 低电平 导通 1 ()V (V) 0 1 0 低电平 导通 1 ()V (V) 0 0 1 高电平 截止 1 ()V (V) 1 0 0 高电平 截止 1 ()V (V) 1 1 Q 不变 不变 表1 555定时器的功能表 1.2 74LS192十进制同步加减计数器 工作原理：74LS192是十进制可编程同步加/减计数功能。当=1，CR=0时，若时钟脉冲加入到端，且=1，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，端发出进位下跳脉冲；
若时钟脉冲加入到端，且=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，端发出借位下跳变脉冲。由74LS192组成的二十四进制递减计数器如下图，其预置数为N=（0010 0100）8421BCD=（24）。它的计数原理是：只有当低位1端发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零，且=0时，置数端2=0，计数器完成并行置数，在端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。

1.2.1 74LS192外接引脚排列 图4 74LS192引脚分布图 1.2.2 74LS190的内部结构和逻辑 图5 74LS192的内部结构图 1.2.3 74LS192的功能表 表2 74LS192的功能表 1.3 74LS48七段译码器 本设计中用共阴极七段显示数码管，为使七段显示数码管能正常工作， 将74LS190连接到74LS48,74LS48将高低电平信号译成数码管可读信号， 从而实现数字的显示。

1.3.1 74LS48的引脚排列 图6 74LS48的引脚排列 1.3.2 74LS48的真值表 表3 74LS48的逻辑功能真值表 1.4 共阴极数码管 数码管有共阴和共阳之分，本设计使用共阴数码管，因为译码器使用 为74LS48，相应的数码管要用相应的译码器才能实现译码和显示数字。

1.4.1 共阴数码管的引脚排列和简易符号 图7 八段共阴数码管 图8 数码管简易图 1.4.2 共阴数码管的内部结构 图9 共阴数码管内部结构 2 电路分析和仿真结果 由上对各个元件进行的简介以及相关的原理图，下面对电路进行分 部分析。在把分部电路结合为总的电路。

2.1脉冲发生电路 图10 脉冲产生电路 图11 脉冲波形 2.1 .1 555脉冲电路的分析 如上图，由555构成的多谐振振荡器。接通电源后，电容C2被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJT导通，此时V0为低电平，电容C通过R5和T放电，使Vc下降，当下降至1/3Vcc时，触发器又被置位，V0翻转为高电平。电容器C的放电时间为：
当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R5和Rw、R4向电容器充电Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需时间为：
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性的方波，其频率为：
在这里我们选择R5=68K，C2=0.01uf，RW等于0 2.2计时电路 图12 计数电路 上图为两片74LS192级联构成的计数电路，其中下边的74LS192的低位，通过错位信号输出端TCD向高位CD输出脉冲信号。当地位的芯片倒计数至零时，TCD由高电平转为低电平，此时向高位芯片发出错位信号，高位芯片的减计数信号输入端CD接到信号后，驱动高位芯片开始减计数，当高位芯片减计数至零时，TCD端则由高电平转化为低电平，再次向高位借位。

2.3 计数、译码显示电路图 图13 计数、译码和显示电路图 2.4 所需元器件 元件名称 型号 个数（个）
单价(元) 555定时器 LM555CM 1 1 计数器 74LS192 2 1 译码器 74LS48 2 1 与门 74LS11 1 1 瓷片电容 103 1 0.1 瓷片电容 104 1 0.1 调位器 100K 2 0.5 数码管 共阴极 2 1 表4 元件清单表 2.5 总电路图 图14 总电路图 3 设计的调试步骤和结果 3.1 调试步骤 将自己焊接好的电路板拿到实验室进行调试。先接好所需要接的线，由于焊接过程中很多接线都已焊接好，所以我的电路板只要红夹子的接5V的电源，黑夹子的接地即可。

连接上555定时器转换的多谐振荡器后，将OUT直接接实验箱上的LED灯，检查是否能正常工作，若灯一闪一灭，周期约为1秒，证明脉冲发生器焊接到位。

线都接好后，打开电源开关，观察实验现象是否能满足要求。

3.2实验结果 由于在焊接电路板前用调位器代替15K和68K电阻时未先调好阻值，所以使555产生的脉冲比较快导致数码管显示的数字变化的比较快，但能看到显示器上的数字由24变到00，虽然有这一点的不足但实验还是成功了，达到了实验的要求。

4 设计收获和体会 我觉的课程设计的精髓就是要我们自己去动手，自己去思考，自己去解决问题，这无疑是对我们能力的提高。

通过这次课程设计试验让我们更加深入的了解了些芯片的使用原理和特点，各个引脚对芯片的控制和影响，还系统的将逻辑电路和时序电路联系在一起。通过设计将555定时器转换成多谐振荡器的设计的记忆也加深了，比较遗憾的是我的调试时就因为未先调好调位器，所以使产生的脉冲比较快，使现象不是特别明显，不过实验还是成功了。

可见理论转化为实际不仅靠个人努力还要借助客观的实际条件，总之，课程设计的意义远比那些课堂理论重要的多，书上的东西是死的，只有自己动手才能真正的去领会这些理论。通过设计我们锻炼了脑力，又锻炼了自己的动手能力，让我们认识到：实践是理论最好的证明，也同时验证实践是检验真理的唯一标准这句话。在我们学习课堂知识之时也要注重自身动手操作能力的培养。

5 参考文献 1、 实用电子电路手册（数字电路分册）编写组编，实用电子电路手册（数字电路分册）。北京：高等教育出版社，1992 2、 张玉璞，李庆常编。电子技术课程设计。北京：理工大学出版社，1994 3、 阎石编 《数字电子技术基础》第五版。

高等教育出版。

4、 彭介华编，电子技术课程设计指导。湖南：高等教育出版社。

5、 梁宗善编，电子技术基础课程设计。武汉：华中理工大学出版社，1995 6、 童诗白编《模拟电子技术基础》第四版。高等教育出版社 物理与电子信息学院数字电路课程设计成绩评定表 专业：电子科学与技术班级：电子本 学号：姓名：
课题名称 24秒倒计时电路设计 设计任务与要求 1.具有显示24秒计时功能。

2.计时器为24秒递减计时，计时间隔为1秒。

3.计时器递减到零时，数码显示器不灭灯。

4.用组合逻辑电路、时序逻辑电路和各与（或）非门来完成设计。

设计报告成绩 评分标准：
①有合理的方案设计和论证、单元电路和总原理图电路分析、电路参数的计算和清单。（0-15分）
②电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。（0-8分）
③电路板测试合理，性能指标测试数据完整，正确；
进行数据处理规范，电路功能演示正确、醒目、直观。（0-12分）
④对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。

（0-5分）
⑤格式规范程度，包括论文段落、标号、字体、图形绘制、参考文献等。（0-10分）
设计报告成绩：
电子 作品成绩 评分标准：
①电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。（0-30分）
②电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。（0-20分）
电子作品成绩：
课程设计成绩 总成绩：
指导教师：
2012年月　日 赣南师院