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基于multisim的定时器课程设计.pdf
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基于multisim的定时器课程设计.pdf
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目录
1 背景及意义 .............................................................................................................................1
2 设计原理及设计方案 ............................................................................................................2
2.1 设计原理 ..................................................................................................................... 2
2.2 设计方案 ..................................................................................................................... 2
3 设计过程 ................................................................................................................................3
3.1 基于 multisim 的设计 ..................................................................................................... 3
3.1.1 脉冲发生电路 .......................................................................................................... 3
3.1.2 置数电路 ................................................................................................................. 4
3.1.3 计数电路 .................................................................................................................. 5
3.1.4 译码显示电路 .......................................................................................................... 6
3.1.5 警报电路 .................................................................................................................. 8
3.1.6 控制电路 .................................................................................................................. 8
3.2 基于 VHDL 的设计 .......................................................................................................... 9
3.2.1 建立工程 .................................................................................................................. 9
3.2.2 调试程序 ................................................................................................................ 10
4 运行结果及分析 .................................................................................................................. 14
4.1 基于 multisim 的结果及分析 ....................................................................................... 14
4.2 基于 VHDL 的结果分析 ................................................................................................ 15
总结 ......................................................................................................................................... 16
参考文献 ................................................................................................................................. 17
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1
1 背景及意义
随着社会文明的进步和科学技术的发展,先进的电子技术在各个近代跨学科
门类和技术领域占有不可或缺的核心地位。在我国现代化得建设的发展进程中,
数字电子技术在国民经济和科学研究各个领域的应用也越来越广泛。而计时器恰
恰是数字电子技术的一个重要组成部分,在许多的领域中计时器均得到普遍应
用,诸如在体育比赛中,定时报警器,游戏中的倒计时器,交通信号灯,红绿灯,
行人灯,还可以做时间提醒设备等,由此可见计时器在现代社会是何其重要。
本设计为倒计时计时器,其作用范围在 1~99s,具有直接清零,启动,暂停
和连续以及具有光电报警功能,同时应用了气短数码管来显示时间。此计时器有
了启动,暂停和连续功能,可以方便地实现断点计时功能,当计时器递减到零时,
会发出光电报警信号。本设计完成中途计时功能,实现了在许多的特定场合进行
实践追踪的功能,在社会生活也具有广泛的价值。
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2
2 设计原理及设计方案
2.1 设计原理
我们可以用优先编码器 74ls147 来完成 1~99 秒的置数功能,用 555 时基电
路构成的多谐振荡器来产生频率为 1HZ 的脉冲输出周期为 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,在通过译码器 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,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清零,
启动和暂停\连续,译码显示电路与亮灯及光电报警灯功能。
2.2 设计方案
通过初步设计,可以确定该系统应该包括置数电路,秒脉冲发生器,计数器,
译码显示电路,时序控制电路,警报电路等 6 部分构成。其中置数电路,计时器
和时序控制电路是该系统的主要部分。置数电路完成置数,计数器的主要功能是
完成倒计时功能,而控制电路具有计数器的启动计数,暂停,连续计数等功能。
为了满足系统的设计要求,在设计控制电路时,应正确处理各个信号的时序关系。
在操作直接清零开关时,计时器清零,显示器显示零。当启动开关置 1 时,控制
电路应封锁时钟信号 cp,通过置数器置数,计数器完成置数功能,显示器显示
所置的数。当启动开关置 0 时,计数器开始计数。当暂停,连续计数开关拨在暂
停位置上,计数器停止计数,处于保持状态;当暂停,连续计数开关拨在连续计
数的位置上,计数器继续递减计数。当计数器递减计数到 0 的时,封锁时钟信号
cp,使计数器处于保持状态。
系统设计框图如图 2.1 所示。
图 2.1
置数电路 计数器
译码显示
报警电路
秒脉冲发生器 控制电路
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3
3 设计过程
3.1 基于 multisim 的设计
3.1.1 脉冲发生电路
用 555 集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟秒脉冲,555 定时器应用
为多谐振荡电路时,当电源接头 vcc 通过电阻 R1,R2 向电容 C 充电,其上电压
按指数规律上升,当 u 上升到 2/3 Vcc,会使比较器 C1 输出翻转,输出电压为零,
同时放电管 T 导通,电容 C 通过 R2 放电;当电容电压下降到 1/3Vcc,比较器
C2 工作输出高电平,C 放电终止,Vcc 通过 R1,R2 又开始充电;周而复始,形
成振荡。则其周期与放电时间有关,也就是与外接元件有关,不受电压电源变化
影响。
公式计算:
T1=(R1+R2)C ln 2;
T2=R2Cln2;
振荡周期:T=T1+T2=0.7 (R1+2R2)C=1(s)
若取 C=10uF,结合实际选取电阻为 600Ω,200Ω。
VCC
5V
U8
LM555CM
GND
1
DIS
7
OUT
3
RST
4
VCC
8
THR
6
CON
5
TRI
2
R28
200Ω
C1
10uF
C2
10nF
R29
600Ω
图 3.1 内部管脚图
图 3.2N555 多谐振荡电路图
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omygodvv
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