武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书
⑵减法器
同样的，所有电阻的阻值相同。由虚断条件可得
uI1
uo1uo1uI2uo??,???R1RF1R3R2RFo
又因为电阻阻值相等，由两式可得输出u电路原理图如下
?uI1?uI2
uI2
R2
uI1 uo1 uo
图3 二输入信号的减法器的电路图
2.1.3 方案比较
方案一的加减法运算电路功能较多，可以实现任意比例系数的加减法运算。而方案二只能实现比例系数为1的任意数量信号的加法运算，和比例系数为1的两信号减法运算，同时方案二需要有两个电路分别实现加法和减法。但是方案二比方案一更易实现、电路更简单，方案一中必须找到合适阻值的RP、R’满足平衡条件，而实际中一般很难找到。因此优先选择第二方案。
2.2 数字电路方案
2.2.1方案一
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定时器主要由脉冲发生器、控制电路、计数器、译码显示电路、报警电路组成。如下图所示。计数器完成计时功能，控制电路负责计数器的置数（设定定时时间）、直接清零、启动计数、暂停/继续计数，译码显示电路完成定时过程中的时间显示，报警电路在定时时间到达时发出光报警信号。
脉冲发生器
外部 控制电路 操作
计数定时到信号 译码显示电路 报警电路 图3 定时器原理方框图 方案一中采用了两片74LS192芯片，可以实现启动、设定定时时间、暂停/继续计时、定时到后发出光报警信号的功能。开关S1为启动/置数开关,S2为暂停/继续开关。秒脉冲发生器主要由555定时器构成。
uo
图4 秒脉冲发生器电路图
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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。 上图中秒脉冲发生器产生的脉冲的周期T信号频率
?0.7(R1?2R2)C1
f?1/T?1/0.7(R1?2R2)C1
本实验中，取R1=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uF,即可得到频率约为1Hz的时钟脉冲信号。
图5 数电方案一电路图
它的工作原理是：开关S1置低电平时，对U1和U2置数，即设定定时时间。可以通过调节U1和U2的D0~D4端口对应的开关来设定时间。当S1置高电平时，555定时器构成的秒脉冲发生器开始工作，发出秒脉冲信号，使低位计数器U2开始减技术。只有当低位计数器U2的TCD端发出借位脉冲时，高位计数器才做减数。当高低位全部变为零时，即定时到后，U1的TCD端发出低电平，一方面，该低电平信号使得发光二极管发出光报警信号，另一方面，它作用于四输入与门U4（74LS21），阻止秒脉冲继续作用于U2，使倒计时停止在0秒处。若要开始下一轮计时，只需要再调节S1进行置数、启动即可。开关S2的设计是为了防止抖动，可以通过四输入与门U4来实现暂停/继续功能。
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2.2.2方案二
方案二也是使用的74LS192进行计数。可以实现启动、置零、暂停/继续的功能。555定时器构成的多谐振荡器提供秒脉冲。开关S1的功能是启动/置数，开关S2为暂停/继续开关，开关S3为清零控制端。
本方案中，高位计数器的D0、D1直接接高电平，D2、D3和低位计数器的D0~D4接低电平。因为是BCD码置数，置数时，显示电路显示的数字是30。该电路在秒脉冲发生器的作用下从30开始倒数计数，计数至0后，高位计数器的TCD端口发出低电平信号，使发光二极管发出光报警信号，同时使四输入与门U4A（74LS21）的输出恒为0，低位计数器没有输入时钟脉冲，计数停止。
图6 数电方案二电路图
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2.2.3方案比较
方案一的定时器功能全面，但电路较复杂，使用的芯片较多。而方案二电路较简单，但是功能单一，只能实现30秒定时器的基本功能，无法调节定时时间，也没有防抖电路。如果实验器材足够，应该优先选择方案一。
3 实现方案
3.1 模拟电路方案
⑴加法器
实现方案中使用LF353构成反相加法器。R1、R2、RF都使用1KΩ的电阻。
u-
u+
图7 反相加法器原理图
u1和u2是输入信号。由虚短条件可得u+=u-。 由虚断条件，可列出u1uo，
???R1R2RFu2由于各电阻阻值相等，可得输出uo??(u1?u2)。
实验中使用的LF353M是集成运算放大器。滑动变阻器R0的作用是改变输入电压u1和u2
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