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NANCHANG UNIVERSITY 课程设计
（2013年）
题目： 基于NE555的五分钟十分钟定时器
学 院： 信息工程学院 系 自动化系
专 业： 电力系统
班 级：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
完成日期： 2013/6/30
课程设计任务书
姓 名： 冯银飞 院 （系）：信息工程学院 专 业：电力系统 班 级：111 |
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课程设计要求： 通过NE555等数字芯片组成电路，通过数码管显示时间，并有手动复位和选择定时时间。 |
设计任务总述： 接通电源，NE555芯片产生矩形波，并通过74LS161和160进行计数，数码管显示具体时间，同时计数期间二极管指示灯发光，计数结束后二极管熄灭，蜂鸣器发声。 |
工作计划及安排： 1.确定课题定时器电路设计 2.查找资料，了解设计的任务和要求及其基本工作原理 3.安装altium designer及multisim软件，学习该软件的基本应用。 4．运用altium designer软件将所设计的原理图画出，同时将其PCB排版图画出。并尝试用multisim进行仿真。 5.写课程设计报告对整个课程设计进行总结。 |
基于NE555的五分钟十分钟定时器设计
一、 关于本次课程设计所用软件
altium designer是澳大利亚Altium公司推出的一款电子设计自动化软件。它的主要功能包括：原理图编辑、印制电路板设计、电路仿真分析、可编程逻辑器件的设计。用户使用最多的是该款软件的原理图编辑和印制电路板设计功能 1、原理图概述
原理图用于表示电路的工作原理，通常由以下几个部分构成：
2）连接关系
3）用于说明电路工作原理的文字标注和图形符号
altium designer提供了很多元件库，每个元件库中都包含了成百上千的图形符号，用户在进行原理图设计时，可以从altium designer所提供的元件库中查找使用所需要的图形符号。如果库中不存在用户所需要的图形符号，用户也可以自己设计图形符号。
2、电路板概述
印制电路板（PCB）是以绝缘基板为材料，加工成一定的尺寸，在其上有一个导电图形，以及导线和孔，从而实现了器件之间的电气连接。在用户使用电路板时，只需要根据原理图，将元件焊接在相应的位置即可
3、原理图和电路板之间的对应关系
使用altium designer制作电路板的方便在于，当原理图绘制完成后，软件能够根据原理图中的逻辑关系自动生成印制电路板，自动布局、自动布线，如果用户对系统的布局和布线不满意的话，可以进行手工调整。
由此可知，altium designer的两个主要功能是：绘制电路原理图和制作印制电路板。
二、 设计要求
设计一个定时器，要求能手动控制五分钟或者十分钟定时，计时期间指示灯常亮，表示工作正常，当计时结束后数码管停止跳动，蜂鸣器发声，表示计时结束。
(1)．利用NE555、电阻、电容、电位器等原件组成多谐振荡器。将产生的波接到74ls160上。
（2）.电路总共使用两个160和两个161芯片，用来给秒的个位和十位计时，分钟的个位和十位来计时。
（3）.通过一个复位开关来给电路进行复位，并且安装一个手动开关来控制5分钟和10分钟计时。
三、设计原理
555引脚图
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0电平。555定时器主要是与电阻电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容上的电压以确定输出电压的高低和放电开关管的通断，可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生电路。
74ls160/161引脚图
74LS161和74ls160是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。74ls160与74ls161引脚相同，是在161基础上加工的原件，属于十进制计数器。 74ls248引脚图
如图所示74ls248是一个四位数如七位输出的七段译码器，输入端接160和161的Q0、Q1、Q2、Q3。译码后产生的信号输给相关数码管，248采用共阳极数码管。
数码管原理图
四、multisim仿真图
Altium designer原理图
PCB板图手动布线
自动布线
原理图及PCB 图总结：
由于所用数字芯片比较多，我选择先利用multisim仿真软件进行仿真，仿真结果与设计要求基本一致，在用altium designer就行原理图及PCB导入时遇到一些困难，通过查阅一些资料及网络查询逐步解决，在自动布线时发现蓝线过多，于是选择自动布线，重新调整线路，虽然没能实现单层布线，但也有一定进步。
五、电路工作方式、原理
NE555 ---74ls160的（秒个位）--- 74ls161（秒十位）---74ls160(分个位) ---74ls160（分十位）
设计使用NE555作为电源电路，在施密特电路的输入端加了由两只电阻组成的分压电路，并且加入电位器用于调节矩形波的占空比（高低电平的时间关系）。
555产生的矩形波的输出接到74ls160的cp脉冲端。使74ls160开始计时，160 是十进制的计数器，当计数到十时，产生一个进位信号到74ls161芯片，同时160归零。
通过与非门等门电路使74ls161在计数到六时开始异步清零，同时将清零信号作为脉冲输入给下一个74ls160 的cp脉冲端。同理通过控制与非门的控制使其在适当的时候进行清零，同时将它的清零信号和第四个160的Q0端接到一个单刀双中开关上。具体线路如上图。
接下来还需要将160和161的输出接到74ls248译码器上进行译码，译码器输出的信号给数码管，实现数码管的计时功能。
六、课程设计总结
数字电子技术、模拟电子技术是我们这学期的专业基础课，是日后学习电气知识的基础学科，作为电气自动化系的一员，学好这两门知识有着极其重要的意义。这次课程设计正是对我们学习结果的一次检查。经过这两天的设计，我总算认识到什么是“纸上得来终觉浅“了。辛苦了一天设计出来的原理图，胸有成竹觉得自己能够做好，结果却发现自己连altium designer都不会用，于是有花了好多时间来学软件。摸索了好久总算做出了Pcb图。接下来就是买芯片做实物，差不多快焊好了，检查时却发现芯片烧坏了。只得暂时放弃做实物了。
一直以来，我都对芯片等电子器件比较感兴趣，因此就算这次的课程设计没能做好，我也不会气馁，知道自己这方面知识还比较缺乏，要做到勤于动手，把所学的用于实际的生活中，做到实践与理论相结合。学习任何知识，如果只是在理论上去求知，而不去实践、探索是很难真正的学到东西，任何知识学到最后还是要运用到实际生活生产中来的，如何把所学东西运用到实际这就是本次课程设计我们主要学习的目的，所以在本学期数电、模电刚学完，学校紧接着来一次课程设计，这样不仅能加深我们对数电、模电电路的认识，同时也加深了对两门课程的深入理解真正的做到了学以致用。
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