定时器电子课程设计解析
摘要 (2)
1. Multisim软件的简介 (3)
2. 系统设计总体方案 (3)
2.1 设计基本思路 (3)
2.2 设计总流程图 (4)
3. 555定时器，CD4518和CD4011介绍 (4)
3.1 555定时器 (4)
3.2 CD4518 (6)
3.3 CD4011引脚图 (7)
4. 数字逻辑控制，脉冲信号产生，计数器计数和数码管显示模块电路图 (9)
4.1 数字逻辑控制模块 (9)
4.1.1 数字逻辑控制模块电路图 (9)
4.1.2 数字逻辑控制模块原理 (9)
4.2 脉冲信号产生模块 (10)
4.2.1 脉冲信号产生模块电路图 (10)
4.2.2 冲信号产生模块原理 (11)
4.3 计数器计数模块 (12)
4.3.1 计数器计数电路图 (12)
4.3.2 计数器计数模块原理 (12)
4.4 显示器模块 (13)
5. 电路的总体设计与调试 (14)
5.1 总体电路原理图 (14)
5.2 总电路工作原理 (14)
6. 课程设计收获与体会 (15)
7. 参考文献 (15)
本次课程设计利用555定时器以及数字逻辑芯片和数码管实现数字电子计
时器功能，计时器显示0~99计数，在实际生活中应用很广。根据日常生活中观察，数字式计时器设计成型后供扩展的方面很多，例如自动报警、按时自动打铃等。因此，与机械式时钟相比具有更高的可视性和精确性，而且无机械装置，具有更长的使用寿命，所以研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实和实际的意义。目前，数字计数器的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。但从知识储备的角度考虑，本设计是以中小规模集成电路设计数字钟的一种方法。数字计数器包括组合逻辑电路和时序电路。
1. Multisim软件的简介
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。
软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。
一、Multisim的主窗口界面。
界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。二、菜单栏
菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些EDA软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。
三、工具栏
Multisim 提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation工具栏。
Multisim特点：直观的图形界面，丰富的元器件，强大的仿真能力，丰富的测试仪器，完备的分析手段，独特的射频（RF）模块，强大的MCU模块，完善的后处理，详细的报告，兼容性好的信息转换。
2. 系统设计总体方案
2.1 设计基本思路
任务书要求利用多种数字逻辑芯片、555定时器和数码管设计一个数字式计
时器电路，并且要求555定时器电路产生频率为100Hz的多谐波信号，通过后续电路实现0至99个脉冲的计时功能，电路还应具有计时时间到自动停止和开关重新开始计时功能。
从而完成此课题，可以将这整个计数系统，分为几个模块进行分析。首先是数字逻辑控制模块，通过使用门电路来控制计时器进位及清零。然后是脉冲信号产生模块，由一个振荡电路来产生一个固定频率的脉冲信号，作为计时器的时基信号。再者是计时数计数模块，接收计时及中断信号脉冲，从而控制计数器计数，且有清零功能，该模块选用十进制计数器。最后是译码显示模块，该模块要显示00到99的数字，选用十进制计数器的基础上，通过它们之间的级联，最终显示相应数字，实现计数。
2.2 设计总流程图
图1 设计总流程图
3.555定时器，CD4518和CD4011介绍
3.1 555定时器
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，用互补金属氧化物（CMOS ）工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，
可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
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 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 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 C2 的输出为 0，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 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置0，使输出为 0 电平。
它的各个引脚功能如下：
1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：低触发端。
3脚：输出端Vo。
4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：TH高触发端。
7脚：放电端，该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。
图2 555定时器引脚图
图3 555定时器原理图
3.2 CD4518
CD4518是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。CD4518引脚功能（管脚功能）如下：
图4 CD4518芯片
1CP、2CP：时钟输入端。
1CR、2CR：清除端。
1EN、2EN：计数允许控制端。
Q1A～Q4A：计数器输出端。
Q1B～Q4B：计数器输出端。
Vdd：正电源。
Vss：地。
CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～15，该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚，9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚，11脚～14脚）。
CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发，信号由EN输入，此时CP端为低电平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态，否则没办法工作。
将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接VSS。
3.3 CD4011引脚图
图5 CD4011芯片功能图