倒计时计时器

华北科技学院课程设计 一.设计任务和要求 倒计时计时器的用途很广泛。它可以用做定时，控制被定 时的电器的工作状态，实现定时开或者定时关，最长定时时间 为 999 分钟。它还可以用做倒计时记数，最长记时时间为 999 秒，有三位数码管显示记数状态。用三个可预置数的减计数器 组成三个二-十进制减计数器。用三个译码器和三个 LED 数码显 示器，COMSS 电路组成秒/分选择器。另外有控制电路，控制器 随着计数器计数的状态发生改变，计时期间，用电气开关断开。 当计时完毕时，用电气开关闭合。 (1)用三个可预置数的减计数器组成三个二-十进制减计数器。 (2)用三个译码器和三个 LED 数码显示器，COMSS 电路组成秒/分 选择器。 二.设计的作用与目的 (1) 实现定时开或者定时关，最长定时时间为 999 分钟。 (2）用做倒计时记数，最长记时时间为 999 秒。 1 华北科技学院课程设计 三.倒计时计时器的设计 1.倒计时计时器系统概述 用时钟脉冲发生器来产生频率为 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 CP 减计数脉冲端,再通过译码器 74LS48 把输入的 8421BCD 码经 过内部作和电路“翻译”成七段（ a，b，c，d，e，f，g）输出， 显示十进制数，或者将该方波脉冲信号送到减法计数器 CD40110 的 CP 减计数脉冲端,通过计数器把 8421BCD 码经过内部作和电 路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制 数，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、译码显示电路的显示。在 74LS192 输入端设置 4 个开关，通过开关的高低电平状态从而实 现 999 秒内任意时间的倒计时。在电路中加入停止器使其倒计 时到 000 时停止计时并且蜂鸣器响。 系统设计框图如图 1 2 华北科技学院课程设计 图 1 系统设计框图 2. 555 定时器制成多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后不需外加触发便能 产生矩形脉冲。 我们用 555 定时器构成多谐振荡器的原理很简 单,只要将施密特触发器的反相输出端经 RC 积分电路接回输入 端即可。当接通电源以后,因为电容上的初始电压为 0,所以输出 为高电平,并开始经电阻 R 向电容 C 充电,当充到输入电压为 Vi=Vt+时,输出电压跳变为低电平,电容 C 又经过电阻 R 开始放 电。当放至 Vi=Vt-时,输出电位又跳变为高电平,电容 C 重新开 始充电,如此周而复始,电路便不停的振荡。振荡周期为 T=T1+T2=(R1+2R2)CLn2。 3 华北科技学院课程设计 3.计数器电路的原理与分析 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。74LS192 是双时钟方式的 十进制可逆计数器。 74LS192 其引脚排列及逻辑符号如图 2 4 华北科技学院课程设计 图 274LS192 管脚图 UP 为加计数时钟输入端 CPU 为进位输出：1001 状态后负脉冲输出， CPD 为借位输出：0000 状态后负脉冲输出。 D0~D3 为数据输入端 Q0~Q3 为数据输出端 74LS192 的功能表如图 3： 5 华北科技学院课程设计 图 3 74LS192 的功能表 用三个 74LS192 构成的减计数器如图 4 74LS192 是可预置的十进制同步加/减计数器，计数器初始状 态与减法还是加法无关。 计数器有清零引脚 MR，清零后，不论出于加减状态，计数器 输出均为 0。计数器还具有加载功能，加载后，计数器不论原先 是什么值，输出为加载值。不进行清零和加载操作，计 数器一直循环计数，无所谓从哪里开始。 减法计数时，0 变 9 时，借位输出有效，从这个角度讲，可 以认为从 9 开始，就如加计数是 9 变 0 时进位，可以认为从 0 6 华北科技学院课程设计 开始在 LD 为高电平时输出端则输出为你设置的那个数。 图 4减计数器 74LS192 输入端 4 个开关，可以实现 999 秒内任意时间的倒 计时。通过开关的高低电平状态，给 74LS192 置数。 J1、J2、J3、J4 负责 U7 的置数接高电平有效低电平无效， 实现百位数字 0-9 的调节； J5、J6、J7、J8 负责 U8 的置数接高电平有效低电平无效， 实现十位数字 0-9 的调节； J9、J10、J11、J12 负责 U9 的置数接高电平有效低电平无 效，实现个位数字 0-9 的调节； 7 华北科技学院课程设计 J13 控制 U7、U8、U9 的置数端来控制置数是否有效； J14 暂停器； J15 压控开关，高电位时导通。 4.译码器和显示管的原理与分析 A:74LS47 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常 用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。 74LS47 其引脚排列如图 5 图 5 74LS47 管脚图 74LS192 的功能表如图 6 8 华北科技学院课程设计 图 6 74LS192 的功能表 B:显示管（阴极射线管）：是将电信号转变为可见图像的电 子束管。它通常是指用于显示图形、字符的电子束管。 9 华北科技学院课程设计 译码器和显示管如图 7 图 7 译码器和显示管 5.停止器的原理与分析 通过使用与非门、非门、压控开关、和蜂鸣器实现倒计时 计时器到 000 时停止计时，而不是进入下一个计时周期。 与非门（英语：NAND gate）：是数字电路的一种基本逻 辑电路。若当输入均为高电平（1），则输出为低电平（0）； 10 华北科技学院课程设计 若输入中至少有一个为低电平（0），则输出为高电平（1）。 与非门可以看作是与门和非门的叠加。 非门（英文：NOT gate）：又称非电路、反相器、倒相器、 逻辑否定电路，简称非门，，是逻辑电路的基本单元。非门有 一个输入和一个输出端。当其输入端为高电平（逻辑 1）时输出 端为低电平（逻辑 0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。 也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。非门的逻 辑功能相当于逻辑代数中的非,电路功能相当于反相,这种运算 亦称非运算。 停止器图 如图 8 图 8停止器图 11 华北科技学院课程设计 四.仿真与结果分析 1. MULTISIM 软件简介： Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的 设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语 言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。 Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无 需懂得深入的 SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析 新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过 Multisim 和虚拟 仪器技术，PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论 到原理