数字逻辑课设--秒计时器的设计课件

洛 阳 理 工 学 院

课 程 设 计 报 告

数字逻辑课程设计 课程名称 ___________________________________ 秒计时器电路的设计 设计题目 ___________________________________ 计算机科学与技术 专 业 ___________________________________ 班 级 ___________________________________ ** 学 号 ___________________________________ ** ** 姓 名 ___________________________________ 2015年** 完成日期 ___________________________________

课 程 设 计 任 务 书

秒计时器电路的设计 设计题目：________________________________________

设计内容与要求：

1. 课题分析，收集设计相关的文献资料，从整体上把握课题设计方案。 2. 根据系统总体要求，设计原理框图。

3. 使用中小规模数字集成电路完成秒计时器制作，电路要求：

（1）电源打开时，数码管初始状态显示为“00”，系统进行正常运行，计时器开始递增计数，循环00～59的秒计时。

（2）按下清零开关，计数器进行置数，完成复位功能。

（3）按下暂停开关，暂停计时；弹起暂停开关，计数器继续累计计数。 （4）完成电路焊接调试，达到设计任务的各项技术指标。

指导教师： ** 2015年1月5日

课 程 设 计 评 语

成绩：

指导教师：_______________ 年 月 日

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目 录

1设计任务及要求........................................................................................................... 1 1.1 设计目的................................................................................................................... 1 1.2 设计任务................................................................................................................... 1 1.3 电路要求................................................................................................................... 1 2设计方案....................................................................................................................... 2

2.1 秒计时器的功能和结构................................................................................... 2 2.1.1 功能............................................................................................................... 2 2.1.2 结构............................................................................................................... 2 2.2 秒计时器的器件选择....................................................................................... 3 3 秒定时器的硬件电路设计.......................................................................................... 4

3.1 整体电路............................................................................................................ 4 3.2各模块原理分析................................................................................................ 4

3.2.1频率发生器设计 .......................................... 4 3.2.2分频电路设计 ............................................ 4 3.2.3加计数器电路设计................................................................................. 5 3.2.4译码器电路设计..................................................................................... 5 3.2.5显示电路设计......................................................................................... 6 3.2.6暂停电路设计......................................................................................... 6 3.2.7复位电路设计......................................................................................... 7

4电路制作与测试........................................................................................................... 7

4.1 电路制作........................................................................................................... 7

4.1.1 注意事项................................................................................................ 7 4.1.2 焊接工艺................................................................................................ 8 4.2 电路调试............................................................................................................ 9 4.2.1电路检测.......................................................................................................... 9 4.4.2电路调试.......................................................................................................... 9 5心得体会....................................................................................................................... 9 6参考文献..................................................................................................................... 10

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1设计任务及要求

1.1 设计目的

在学完了《数字逻辑》课程的基本理论后，能够综合运用所学知识设计和制作实际需要的简单电子电路，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题解决问题的能力

1.2 设计任务

1. 课题分析，收集设计相关的文献资料，从整体上把握课题设计方案。 2. 根据系统总体要求，设计原理框图。

3. 使用中小规模数字集成电路完成秒计时器制作。

1.3 电路要求

（1）电源打开时，数码管初始状态显示为“00”，系统进行正常运行，计时器开始递增计数，循环00～59的秒计时。

（2）按下清零开关，计数器进行置数，完成复位功能。

（3）按下暂停开关，暂停计时；弹起暂停开关，计数器继续累计计数。 （4）完成电路焊接调试，达到设计任务的各项技术指标。

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2设计方案

2.1 秒计时器的功能和结构

2.1.1 功能

本课题研究的数字计时器，应满足经济、实用的特点。经济和实用这两个因素就要求了这种计时器不仅能够实现计时、暂停、清零的功能，还应该结构简单且有可扩展的其他功能。

2.1.2 结构

结构框架如图2.1所示：

分频 模块 同 数 步 莫 加 块 计 频 产 率 生 模 块 译码模块 显示 模块 暂 停 模 块 清 零 模 块 图 2.1计时器设计框架图

它主要包括以下几大模块，功能如下所述： 频率产生模块：用于产生32.768KHZ的频率。 分频模块：用于将产生的频率转换成1KHZ的频率。

同步加计数模块：将输入的信号转换成8421码，并送到译码器。 译码器模块：将输入的BCD码（8421码）转换成7位断码 显示模块：通过数码管显示计数。

暂停模块：按下暂停开关实现计时停在当前状态。

清零模块：按下复位键，实现重新计数的功能。

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2.2 秒计时器的器件选择

主要元件有5个数字集成电路(CD43 2个；CD4518 1个； CD4040 1个；CD4060 1个）、2个一七段数码管和发光二极管、32.768HZ晶振,开关以及电阻若干。

名称秒计时器元件清单位号R1~R14、R19R15、 R18R16、R17D5、 D6D3C1C2XTU1 U2U3U4U5S3D1、 D2S1、S2CON参数1K220K 1M1N4148LED103P220UF32.768KHZCD43CD4518CD4060CD4040普通轻触开关0.5英寸一位7*72P6*9数量152221111211112211111/4W电阻1/4W电阻1/4W电阻二极管发光二极管瓷片电容电解电容晶振ICICICIC轻触开关数码管自锁开关电源接线座PCB电路板胶袋说明纸

图 2.2秒计时器器件单 3

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3 秒定时器的硬件电路设计

3.1 整体电路

整体电路图如图3.1所示：

图 3.1 电路原理图

3.2各模块原理分析

3.2.1频率发生器设计

使用32.KHz的晶振来产生频率。

图3.1频率发生器

3.2.2分频电路设计

分频电路的设计首先使用CD4060芯片将输入的频率信号进行14分频，输出的频率又将作为CD4060的输入再次进行分频，最终的到1HZ/s的频率。

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图3.2分频电路

3.2.3加计数器电路设计

本次设计所用的芯片为CD4818，对于“A”：只要输入一个时钟脉冲，计数单元1A翻转一次；当1A为1，1D为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元1B翻转一次；当1A=1B=1时，每输入一个时钟脉1冲C翻转一次；当1=1B=1C=1或1A=1D=1时，每输入一个时钟脉冲1D翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。对于“B”：当2B=2C=1时恢复到“0”态。在2B和2C分别接了一个二极管，当两个同时为1的时候由于二极管的但想到同形式的输出的信号为低电平，并使得复位端为有效电平高电平，即达到清零的作用。

图3.3加计数器

3.2.4译码器电路设计

本次电路设计中驱动数码管显示器使用用了两个CD43芯片，来分别驱动两个共阴极的数码管将输入的BCD码转换成输出的显示段码。

让LD端保持高电平,BI端和PH端保持低电平使得显示从0-9和0-6之间循环。

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图3.4驱动电路

3.2.5显示电路设计

显示电路采用了共阴极的数码管来作为显示器。其每一段之前都加了一个1千欧姆的电阻来电流，以保证数码管能够正常的显示。

图3.5显示电路

3.2.6暂停电路设计

暂停电路的设计的实质是让秒计时器暂停工作，即停止频率的产生，故在频率产生的地方加上一个开关，来控制频率的产生；当开关闭合时晶振就工作，断开时就停止工作；此时其他部件的状态保持不变，已达到暂停的目的。

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图3.6暂停电路

3.2.7复位电路设计

复位电路中，用了一个轻触开关来控制；让开关与VCC相连，并连到两个计数器的复位端。两个个计数器的复位端是高电平有效，当按键按下时就能使复位端产生高电平，使其工作，以达到清零的目的。

图3.6复位电路

4电路制作与测试

4.1 电路制作

4.1.1 注意事项

(1)在拿到电路PCB焊接板时，要先看看电路板的排布，然后根据焊接步骤，将元器件安装一个焊接一个，焊接前要注意元器件的正负极，安装正确；

(2)正确插入元件：按照从低到高、从小到大的顺利安装，极性要符合规定，对于手工安装，应分批安装。

(3)安装电解电容时，注意正负极，其外表面上有减号的一侧的引脚是负极，或长引脚是负极也可以；

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(4)焊接芯片时，要注意缺口方向，切勿焊反了。 4.1.2焊接工艺 a.焊接步骤：

1）浸润：焊接部位首先达到焊接的工作温度时助焊剂首先融化，然后焊锡融化并于被焊元件和焊盘表面接触；

2）流淌：液态的焊锡充满整个焊盘和焊缝，将助焊剂排除。 3）合金：流淌的焊锡与被接元件和焊盘表面产生合金。

4）凝结：移开电烙铁，温度下降，液态焊锡冷却凝固变成固态，从而将元件固定在焊盘上。 b.工艺要求

1）各元器件按照图纸的制定位置孔距进行插装、焊接。

2）电阻插装焊接：卧式电阻应紧贴电路板插装焊接，立式电阻应在离电路板1－2mm处插装焊接。

3）电容插装焊接：陶瓷电容应在离电路板4－6mm处插装焊接，电解电容应在离电路板1－2mm处焊接。

4）二极管插装焊接：卧式二极管应在离电路板3－5mm处插装焊接，立式二极管应在离电路板1－2mm（塑封）和2－3mm（玻璃封）处插装焊接。

5）集成电路插座插装焊接：应紧贴电路板插座焊接。 c.元件焊接的要求

手工焊接是利用电烙铁加热焊料和被焊金属，实现金属间牢固连接的一种焊接工艺技术，其工艺简单，不受使用场合和条件的，尤其是在电子产品的调试维修中占有重要的位置，因此，掌握手工焊接工艺依然是电子产品装配人员的基本技能。 1）焊点的外观要求

形状以焊点的为界，左右对称，锡点呈内弧形；焊料量均匀适当，锡点表明要、光滑、无针孔、无松香渍、无毛刺；润湿度小于30。 2）焊点的技术要求

具有一定的机械强度，保证被焊件在受到振动和冲击时，不出现松动。 保证其良好、可靠的电气性能。具有一定的大小、光泽和清洁美观的外表。

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4.2 电路调试

4.2.1电路检测

调试前，先将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍，不要有错误、漏洞、短路、元器件相碰等现象发生。

在焊接完成之后，上电调试之前，需要使用万用表进行测试，避免电路中出现短路，将芯片烧坏，以及检测电路中是否有元器件正负极接反了。 4.4.2电路调试

（1）电源打开时，数码管初始状态显示为“00”，系统进行正常运行，计时器开始递增计数，循环00～59的秒计时。

（2）按下清零开关，计数器进行置数，完成复位功能。

（3）按下暂停开关，暂停计时；弹起暂停开关，计数器继续累计计数。

5心得体会

本次我们实习的内容是秒计时器的设计，我们做的是一种简单的60秒的计时器，这是一次对所学的内容进行的一次综合性训练。不仅要求对电路的原理搞懂，而且还应掌握一定的电路焊接技巧。

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6参考文献

[1]欧阳星明.数字逻辑[M].武汉:华中科技大学出版社,2009

[2]王义军，数字电子技术/电气工程及其自动化，中国电力出版社，2006,01。[3]阎石，数字电子技术基础（第五版），高等教育出版社，2006年。 [4]乔庐峰,王志功等译.VHDL数字电路设计教程[M].北京:电子工业出版社,2005

[5]江捷，马志诚，数字电子技术基础，北京，北京工业大学出版社，2009,10,01。

[6]黄智伟，李传琦，邹其洪，基于Multisim 2001 的电子电路计算机仿真设计与分析，电子工业出版社， 2004年7月。

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