倒计时数字计时显示器.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date倒计时数字计时显示器4位二进制同步加/减计数器（双时钟）数字计时显示器论文作者：戴橙2011年12月30邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业学生姓名戴橙学 号题目名称数字显示计时电路设计时间2011.12.12-12.30课程名称 电子技术课程设计课程编号121202306设计地点电工电子实验室、创新实验室一、 课程设计（论文）目的通过课程设计，使学生加巩固和加深对

2、电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。二、 已知技术参数和条件采用模拟电子技术，数字电子技术课程上学习的集成电路来设计有一定应用性的电路。不允许采用单片机。设计一个具有数字显示的计时电路。1、 能够设置计时时间2、 能用LED数码管显示剩余工作时间，当计时开始时，显示所设定的总时间。每当计时1min，显示数字立即减1。在以上基础上任意发挥。三、 任务和要求1. 按学校规定的格式编写设计论文。2. 论

3、文主要内容有：课题名称。设计任务和要求。方案选择与论证。方案的原理框图，总体电路图、布线图，以及它们的说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。用protuse或其它仿真软件对设计电路仿真调试。对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）主编张克农 .数字电子技术. 高教出版社出版.第一版.2006年彭介华 主编.电子技术课程设计指导

4、.高教出版社出版.第一版.2002年曾建唐 主编.电工电子基础实践教程.机械工业出版社.2002年康光华 主编.电子技术基础.高教出版社出版.第四版.1999年 电子电工实验室可以提供的主要仪器设备：示波器型号规格VP-5220、电子学习机型号规格WL-V、万用表MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。五、进度安排2011年12月12日-13日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求；2011年12月14日-15日：总体方案设计，方案比较，选定方案的论证及电路的工作原理；2011年12月16日-21日：单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图；2011年12月22日；整理书写设计说明

5、书2011年12月23日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：-摘要随着时代的发展，数字电路作用越来越大，对我们日常生活的影响也越来越深，小到我们用的手表，大到国防的先进武器，对数子电路的研究设计是目前正进行的一个重要课题。本次我们研究的课题是数字显示计时电路的设计。数字显示计时电路在我们日常生活中也应用很广泛，比如我们在比赛中用的倒计时钟，新年倒计时表等。本次数字显示计时器我们用到数码管对我们的数字进行计数，74LS193芯片作用是对我们脉冲信号进行减法计数，处理信号的过程中我们

6、还用到了CMOS门电路对信号的各种运算。在计数器计完时间后会发出提示的响声，因此还加入三极管放大器和小音响设备，最后我们绘出了仿真图，成功的完成了本次设计。关健词：数字电路;显示计时;74LS193目录摘要I1 绪论11.1 电子显示电路的作用11.2 电子计时在生活中的应用12 数字电子显示电路的原理22.1 秒钟个位计时原理22.2秒钟十位计时原理42.3显示计数器分钟计时原理52.4显示计时电路的暂停与清052.5蜂鸣器的设置63 数字显示管84 74193芯片的介绍94.1 74193的端口功能94.2 74193时序图10总结12参考文献13附件14附件151 绪论1.1 电子显示电

7、路的作用随着电子技术的高速发展，电子技术领域里的新概念，新方法不断涌现，使电子技术内容不断增加，而数字显示计时电路作为电子的一个方面，也得到了快速的发展，本次课题就是对显示计时电路的一个探讨。本次课程设计的基础思想是：.通过学生的自己设计来对学生电子技术知识的掌握情况，从而找到教学方面的缺优点，并加以改进和传播。.学生通过电子课程设计来提高动手能力，同时也是一次创新。1.2 电子计时在生活中的应用随着数字时代的飞速发速，数字技术已经完全成熟，而且随着技术的发展，其价格也越来越低，使得数字电子计时器在我们生活得到普及。在体育赛事中，倒数计时器必不可少，而且其要求的精度也要求严格，这就需求有非常强

8、的技术。在商业界的影响更是如此。对于大型的商品的促售活动，商家们就使用了电子倒数计时器，其造价成本低受到了大家的青睐。尤其是以电子LED计时显示屏的特点更为突出，比如：1、电子计时显示屏亮度高可视距离远,五百米内都能清晰可见。2、电子计时显示屏显示内容简单明了色彩鲜艳,不会带来条幅或其它显示设备的粗糙感及厚重感。4、电子计时显示屏是一种高科技的产品.它的采用能很快的将贵公司与时代接轨。5、电子计时显示屏的发展前景极为广阔，在政府机构和企事业处都起着重大作用。显示屏的系统的采用，将使贵公司的信息化登上更高的台阶。随着我国经济发展迅猛，对信息的传播有越来越高的要求。可以相信，数字电子计时显示器以其

9、色彩鲜亮、显示信息量大、寿命长、耗电量小、重量轻、空间尺寸小、稳定性高、易操作、易安装维护等特点将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。总得看来，电子计时显示器在当今显示媒体中，性价比最高，将会是人们最佳的选择。2 数字电子显示电路的原理2.1 秒钟个位计时原理 本系统由三个模块组成，74LS193芯片、显示数码管和蜂鸣器。系统设计的方框图如下图2.1所示，当脉冲信号输入时，74LS193对其进行减法计数，当秒钟计到零时，分钟计数器自动减1，当分钟和钞钟全部为0时，分钟计时器产生脉冲使得音响设备发出声音提示计时时间快到。数字电子显示电路之所以能计时，就是因信号脉冲为其内部有脉冲信号使其能以1S

10、一个脉冲波的频率输出脉冲信号，脉冲信号输送给74LS193芯设置分钟数置入计数器片。由表2.2可知，当，MR=0,脉冲信号从DN端输入时，74193自动从数字15开始计数，此时74193就实现了减法计数的功能，为了让我们能看到74LS193计数器计数74193所显示的数字，需要引进显示管的显示功能来实现。数字显示管的有四个引脚，分别计时剩余数输入显示器接74193的输出端，从而可以实现了输出的显示功能。当74193的引脚，MR=0,同时UP接入脉冲信号，且DN接时，74193就可做一个加法计数器计到零时音响设备发声器。它作为加法器时，如果没有预置数，脉冲会会从0开始，每当UP端来一个脉冲，74

11、193就会加，并从输出端输出，从而可以在显示管上显示图2.1 系统流程图出来。表2.74193的功能表 UPDN MR 工作状态1清000预置数101加法计数101减法计数本次我们的课题是定时器，因此，我们用到的是74193的减法功能，所以，在设计74193的减法时，我们需要便，即让74193的11号引脚接高电平，也就达到了使端口置1的功能。MR=0是减法计数的另一个必要条件，因此为了使MR=0，我们只要把74193芯片的14号引脚接地即可实现MR的置0。当然，要使74193做减法器，DN必需接脉冲信号的输入端。这样就是一个能过1S就能使数字显示器显示减法的计数器。减法器做好之后，接下来就是要

12、实现减法计数器的分钟计数。因此减法器必须实现秒钟的秒数从00变为59然后依次对秒钟数进行减数。为此，我们必须使74193从9开始减数，而不是从15开始减数，然后从9至0依次循环，这就涉及到74193的预置数功能。74LS193的预置数功能就是使74193能从外界接收到给的信号数字，然后按照所给的信号数字开始减数。因为秒钟秒数从9开始减数，因此这里我们设置秒钟的预置数为9，使秒钟的个位数能在9至0之间循环。从上表2.2中可知，当=0,MR=0,即74193的11号线与14号线接地时，74193就可以实现预置数功能。这里我们要实现的是作9至0的循环。因此，我们要把9输入74193中，使输入端，即使

13、74193的输入端9号和15号分别接高电平，1号和10号分别接地。其接线如图2.3所示。如果MR=0,则74193就会把9置入芯片中，若此时又马上变成1，那74193就立刻从9开始作减法计数。图2.3显示计时器秒钟个位计时接线图预置数功能只能实现了把9置入芯片中，使其能从9开始减数，但由表2.274193功能表可知，当秒钟的个位变为0后，由于仍为1的，也就是秒钟个位又变回到从15开始减数，为了让秒钟的个位从9减到0后，又能从9开始减数，因此必须当秒钟的个位变为15时使74193把9预置入芯片中，但同时又不会影响其秒钟的个位减数功能，我们引入了如上图2.3中与非门。当秒钟由0变回15时，即输出端

14、信号全部变成1时，经过与非门的转换，使信号变为0，然后把0信号又传给，则由74193的功能表可知，当MR=0,=0时，74193实现的是预转数功能，这时74193又从9开始计数，而且信号经与非门之后又是变成了1，传给端后又实现减法计数，从而达到了我们想要的减法循环计数功能。2.2秒钟十位计时原理秒钟个位已经设置好了，接下来是实现秒钟的十们减法计数，也就是要让秒钟的十位能在秒钟的个位从0变到9时，秒钟的十位能减1，即当秒钟个位每一个循环，秒钟的十位就实现减法，也是指每秒钟的个位一个循环就给秒钟的十位一脉冲信号。从而达到如秒钟的个位减法计数的效果。我们知道秒钟的十位是从5开始减法计数至0后又循环至

15、5，也就是六进制的循环。所以只要我们把秒钟十位预置数接成5即中满足要求，同时秒钟的十位脉冲信号端DN应接秒钟个位信号经与非门转换后的信号，即秒钟的十位减法是由秒钟的个位循环来提供脉冲的。其他线的摘法同秒钟的个位减法接线一样。秒钟的十位计时实物接线图如图2.4所示。图2.4显示计时器秒钟十位计时接线图如上图电路中，把计数的输入端接5，即D3和D1都接地，把D2和D0接高电平。当输出端Q0-Q3在下一循环变成全部变成1时，信号经过与非门后输给，使5又置入74193芯片中，74193又从5开始循环减数。把秒钟十位的输出端接数字显示管，我们就可以对秒钟的十位计时进行观察，这样就实现了显示计时电路的秒钟

16、十位减法计数。2.3显示计数器分钟计时原理上两节我们主要介绍了显示计数器的秒钟减法计时原理，这一节我们主要讨论如何设置分钟计时原理。分钟的减法计数原理与秒钟的减法计时原理十分的相似，它是由秒钟的十位计数器的与信号来提供脉冲的，其他接线端同秒钟的计时接线图一样，如图2.5所示实物接线图。分钟减法计数接线唯一与钞钟接线不同的是没有设置循环置数，因为我们设置的分钟定时是希望当分钟和秒钟数全部都变为0时，定时器就停止计时，而不是让它循环计时，所以如2.5图所示，74193的11号端口没有与输出信号与非门相接，而是让11号端口直接接高电平，即让11端口接电源。分钟的预置数也是与秒钟的预置数不一样的，因为

17、我们是要求分钟能灵活的设置我们想要定时的数，所以分钟的预置数是灵活多变的，于是我们设计出了如图2.5所示的二进制预置数开关，以电源正极代表1，接地表示0。有SW1至SW4四个开关，分别对应显示计时电路的分钟预置数。当开关拔向电源的正极时，表示此开关接1。当开关拔向接地端时，表示开关为0。然后把开关的接线分别与74193的输入端D0-D3相接，如图3.5中，SW1为0，SW2为0,SW3为1，SW4为0，表示二进制数为0010，其相对应的十进制数为2，这样就解决了分钟的定时数问题。当我们把开关接为1101，然后根据表2.274193的功能表可知，使变为0，则芯片对我们定时2分钟进行预置数。然后变

18、为1，74193实行减法计数功能，开始对分钟数进行减法计数。图2.5显示计时器分钟接线图2.4显示计时电路的暂停与清0显示计时电路的暂停和清0功能是在74193原有功能上的一个扩充，因为在实际的应用中，常常会遇到很多的情况，如计错了计时的时间等各种人为因素的影响，都需要我们对计时器进行重计时的操作，这就需要计时器有清零的功能。不仅如此，计时器的暂停功能在实际的应用中也很重要。计时器的暂停很简单。本显示电子计时之所以能计时全来自于有外界提供脉冲信号。所以只要我们在中断了脉冲信号，就可以实现定时器的暂停功能，为此，我们在脉冲信号的连线上加上一个开关即可，其接线图见附件。计时器的清零设计也很简单。由

19、表2.274193的功能表可知，只要当MR=0,则74193就立刻清0，计时器就会从回到0，并从15开始减数。利用74193的这一原理，我们把分钟和秒钟的个位和十位74193MR端都通过一个开关接上电源。当开关接通时这相当于74193的MR端接1，则显示计时电路全部都0。但此时计时器并不能保持置0的状态，因为74193的MR端只是暂时的置1，清0开关断开后，下一个脉冲来后，计时又变成了15，使74193保持0状态不变，为此我们加入一与门逻辑开关，把分钟输出信号经过与门后送给分钟和秒钟74193芯片的MR端。当分钟输出由0变成15时，信号经过与门的处理变成了全部变成了1，此时MR被置1，计数器又

20、是保持0状态不变，从而巧妙的实现74193的保持0功能。2.5蜂鸣器的设置蜂鸣器是在定时时间到后能自动发声，所以只要设置在定时的时间到后，给蜂鸣器的信号就行。我们知道当分钟计数器为0时，会从15开始重新减数，当信号从输出端经与门后会变成1，而分钟计数器在没有计完数时，从与门输出的信号就为0。因此只要把与门输出端与蜂鸣器相连就可。由于从与门端的输出信号电压和电流都很少，不足以提供蜂鸣器的电压和电流，我们还必须引进一个三极管，经三极管的电压放大后就可满足所需功能要求，其具体实物接线如图2.6所示： 图2.6蜂鸣器接线图从上图2.6蜂鸣器接线图可以看出，蜂鸣器LS1的一端与三极管的发射极相连，另一端

21、直接接地。三极管的基极和与门输出端相连，其集电极接电源的正极，这样，三极管就起了信号的放大作用。在日常生活中，人们往往有时没有留心计时器的计时时间已到，而倒致不能正确确定计时时间。加入蜂鸣器后，我们就可以弥补这个缺陷，只要计时时间一到，那么，蜂鸣器就会发出声音，提醒计时者时间已到。3 数字显示管显示电子计时电路的数字显示全部是由数字显示管来实现的，因此数字显示管在本设计中起了很大的作用。其实物图如3.1所示。显示器是接收、处理数字信号的显示器，作为一种先进的显示器类型，数字显示器正在呈现加速发展的态势。数字显示器的先进性首先体现在信号的保真度上，在传输的过程中，数字信号的损失几乎为零，因此数字

22、显示器的显示效果更加逼真；其次，数字显示器具有单一模式的回路结构，因而系统更简单、更可靠；第三，数字显示器中没有了可见扫描线的干扰，因此能够显现更清晰的动态图像、游戏、照片等，能获得图形作业所需的高水准图像效果。同时数字显示器可以更有效地实现与显示效果直接相关的性能，如色彩修正，肤色补偿，色彩再校准等。目前的数字显示器并非绝对的数字显示器，它同时可以接受、处理数字信号和模拟信号，因此兼有两种显示器的特点。图3.1数字显示管实物图本次设计分别用到了三个数码管，其中第一个的四个引脚分别与分钟的四个引脚相连，其引脚的接线从左到右分别接第一个74193芯片的Q3、Q2、Q1、Q0,即分钟计数器的引脚，

23、这个数字显示管也就是分钟剩余显示器。同理，第二个数字显示管与第二个74193芯片相连，用来显示秒钟的剩余十位数。第三个数字显示管与最后一个74193芯片相连，用来显示秒钟个位的剩余数。4 74193芯片的介绍 4.1 74193的端口功能 74193为 可 预 置的十进制 同步加 / 减 计数器，其形式有很多种，但主要有54LS193和74LS193 两种线路结构形式。其中74LS193电路图见附件图1，它的电特性的典型值如下：193的清除端是异步的。当清除端（CLEAR）为高电平时，不管时钟端（CDOWN、CUP）状态如何，即可完成 清除功能。 74LS193的预置是异步的。当置入控制端（L

24、OAD）为低电 平时，不管时钟(CDOWN、CUP）的状态如何，输出端（QAQD）即可预置成与数据输入端（AD）相一致的状态。 74LS193的计数是同步的，靠CDOWN、CUP同时加在4个触发器上而实现。在CDOWN、 CUP上升沿作用下QAQD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CDOWN或CUP，此 时另一个时钟应为高电平。当计数上溢出时，进位输出端（CARRY）输出一个低电平脉冲，其宽度为 CUP低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（BORROW）输出一个低电平脉冲，其宽度为 CDOWN 低电平部分的低电平脉冲。当把 BORRO

25、W和CARRY分别连接后一级的CDOWN、CUP，即可进行级联。如图4.1所示： 图4.174193引脚图 如果我们要用74193进行加法或减法计数器时，或者我们要把74193芯片用于其他用途时，我们可以利用74193芯片的12端口输出的脉冲来实现。如果把芯片的12号端口与另一个74193芯片的DN端相连时，就相当于第二个74193芯片是用于减法器使用；若把12号端口与另一个芯片的UP端相连，那第二个74193芯片就能作加法器用。当然，芯片上不同端口其功能也很不相同，而且相同的端口，其连线的不同也直接影响到芯片执行不同的功能，同时相同连线的端口在不同工作条件下其功能也有不同，74193芯片中各

26、端口功能及工作条件如图4.2所示：引出端符号BORROW错位输出端（低电平有效）CARRY进位输出端（低电平有效）CDOWN减计数时钟输入端（上升沿有效） CUP加计数时钟输入端（上升沿有效） CLEAR异步清除端AD并行数据输入端LOAD异步并行置入控制端（低电平有效）QAQD输出端极限值电源电压 7V输入电压 7V54/741935.5V54/74LS193 7V工作环境温度54-5512574070储存 温度 -65150图4-2端口功能及工作条件图4.2 74193时序图 74193主要功能是能作可逆计数。它的信号时序图如图4-4所示: 图4.4 74193时序图它的各项说明如下：.

27、当时，时钟信号应引入DN，74193作加计数。加法计数进位输出端为,此时计数器输出1111状态，且DN为低电平时，端输出一个负脉冲。2. 当时，时钟信号应引入UP，74193作减法计数。减法计数借位输出端为，当计数器输出0000状态，且DN为低电平时，端输出一个负脉冲信号。 3. 74193的预置数是利用片内每个触发器的直接清0信号DN和直接置位信号MR来实现，当DL=0时，将立即置入计数器中，此时是异步送数，与CP脉冲无关。 4. 当MR=1时，74193立即清0，此时与其它输入端状态无关。 通过时序图的功能我们不难看出，UP作为脉冲信号输入端时，且DN端为高电平时，此时OUTPUTS（输出

28、端）明显发生变化，即每当脉冲来个高电平，OUTPUTS就作加法。当UP置1，且DN为脉冲信号接收端时，OUTPUTS就开始减数，此时就相当于74193作减法器，而我们本次设计也正是基于它的减法计数功能实现的。总结本次课程设计虽然我们花很少的时间轻松的完成了任务，但从中我们却学习了很多宝贵的经验。首先，我们认识到了自己在动手方面有很大的不足，无法把学习的理论知识运用到实践中，这是我们应该加强的。其次，先前我们学习的很多内容都几乎全忘了，我们要及时的复习自己学习过的知识。而且，数字电子技术基础是一门很重要的课程，它已经渗透到了我们的生活中，我们应给予足够的重视。最后，一个人完成整个任务是很困难的，团队合作的力量对整个任务来说就很容易了，因此，我觉得加强团队之间的合作是我们任务完成的关健。参考文献1 沈尚贤主编.电子技术导论(上册)M. 北京：高等教育出版社，19862 张克农主编.数字电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，20033 何金茂主编. 数字电子技术导论M. 西安：陕西科学技术出版社，19974 胡宴如主编.模拟电子技术(第二版)M. 北京:高等教育出版社，2003附件74LS193电路结构图附件系统启动图