数电课程设计-30秒倒计时器..

30 秒倒计时计数器设计 数字电子计数基础课程设计 学院 计算机学院 专业班级 通信工程 10 2 班 时间 2013 年 1 月 7 日 河南理工大学计算机学院 2 目 录 设计要求 3 正文 一 倒计时器组成及原理 3 1 1 倒计时计数器组成 3 1 2 工作原理 3 二 拟定设计方案 4 2 1 用 Multisim 进行仿真设计 4 2 2 设计实现数码管显示 4 2 3 设计 555 定时振荡实现秒振荡发生功能 4 2 4 设计实现减法计数功能 5 2 5 设计实现二位数减法计数功能 5 2 6 设计实现反馈电路实现 30 秒计数功能 5 2 7 设计实现控制电路实现启动 清零 复位和暂停 继续计数控制电路 5 2 7 1 清零 复位电路 5 2 7 2 暂停 继续计数电路 6 2 7 3 启动电路 7 2 8 设计实现闪烁报警电路 8 三 功能说明总结 9 四 课程设计小结 9 河南理工大学计算机学院 3 参考文献 10 附录 一 电路原理图 11 二 元器件明细表 11 设计要求 设计要求 设计 30 秒倒计时计数器 30 秒倒计时器的设计功能要求包括 1 具有 30 秒倒计时功能 2 设置外部操作开关 控制计时器的直接清零 复位 开始和暂停 连续计数功能 3 计时器计时间隔为 1 秒 4 计时器递减计时到零时 数码显示器不灭灯 保持并闪烁光电报警 5 计时器暂停计数时 数码管闪烁提醒 正文 正文 1 倒计时器组成及原理倒计时器组成及原理 1 1 倒计时计数器组成倒计时计数器组成 倒计时计数器选用 TTL 集成电路 主要由秒定时振荡发生器 减法计数器 译码器 七段数码显示器 控制电路 闪烁报警电路等组成 在电路工作过程中 电路能够通过控 制器实现开始计数 清零 复位 暂停 继续计数等功能 在倒计时结束保持 00 状态并不断 闪烁提示报警 原理图如下 倒计时计数器原理组成框图 秒定时振荡 发生器 减法计数器数码管译码 器 七段数码管 显示 控制电路闪烁报警电 路 河南理工大学计算机学院 4 图 1 1 2 工作原理工作原理 当电路工作时 由 555 定时器组成多谐振荡器 选取适当的电容使振荡周期为 1s 用 两片减法计数器芯片级联组成二位数计数器 用七段数码管显示计数 控制电路通过控制 减法计数器的控制端实现对电路保留 启动 清零 复位和暂停 继续计数功能的控制 利 用 JK 触发器的翻转状态特性和译码器 BI RBO 端的控制实现闪烁报警功能 2 拟定设计方案拟定设计方案 2 1 用用 Multisim 进行仿真设计进行仿真设计 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 Multisim 中提供了丰富的硬件数据可供选择 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 通 过 Multisim 可以及时仿真实现电路设计功能并及时发现存在的问题进行改正 可以确保设 计的电路能够正常实现应有的功能 2 2 设计实现数码管显示设计实现数码管显示 选取共阴极七段红色数码管作为显示器 译码器选择 74LS48N 将译码器的 LT RBI 端直接接高电平 BI RBO 也接高电平 将七段数码管的七个引脚分别接 100 电阻后于译 码器输出端相连 在译码器输入端输入电平实现了数码管显示功能 2 3 设计设计 555 定时振荡实现秒振荡发生功能定时振荡实现秒振荡发生功能 如图 2 用 555 定时器 电容电阻组成多谐振荡发生器 C1选择 1uF 图中 C1为 100nF 为仿真实验用数据 C2选择 10nF 电阻均为 5 1k 由周期计算公式 T 0 7 R1 2R2 C1 1s 河南理工大学计算机学院 5 图 2 2 4 设计实现减法计数功能设计实现减法计数功能 选用 74LS191N 加减计数器作为减法计数器芯片 U D 加减控制端接高电平将 74LS191N 设置为减法计数状态 将 74LS191N 输出端与 74LS48N 译码器的输入端相接 脉冲接 555 定时振荡电路产生的谐振脉冲 实现减法计数功能 2 5 设计实现二位数减法计数功能设计实现二位数减法计数功能 级联两片均设置为减法计数器的 74LS191N 将低位减计数器的进位端 RCO 接高位减 计数器的 EN 使能端 图中为 CTEN 端 将数码管 电阻及译码器 74LS48N 按 2 2 中说 明连接 实现二位数减计数功能 2 6 设计实现反馈电路实现设计实现反馈电路实现 30 秒计数功能秒计数功能 如图 3 采用 74LS191N 异步置数 高位反馈输出 OA OB 通过两个 2 输入与非门两 次与非反馈给 D 触发器 RESET 端 为实现控制功能准备 最终反馈给预制 LD 端 电路 图中为 LOAD 端 低位反馈输出 OB OD 同高位方法实现 高位预置数端 DCBA 预置 0100 低位预置数端 DCBA 预置 1001 实现 30 秒计数 河南理工大学计算机学院 6 图3 2 7 设计实现控制电路实现启动 清零设计实现控制电路实现启动 清零 复位和暂停复位和暂停 继续计数控制电路继续计数控制电路 2 7 1 清零清零 复位电路复位电路 高 低位 74LS191N 的反馈信号分别通过两个 2 输入与非门两次与非输入 D 触发器的 RESET 端 同时 D 端与清零 复位控制电路相连 D 触发器输出 Q 再反馈会 LOAD 端 即 LD 端 两个 D 触发器的 D 端均与开关 J4 所在清零 复位控制电路电阻 二极管右端 开 关左端相接 如图 3 高位 74LS191N 的高电平预置数与低位 74LS191N 的高电平预置数 端与 D 输入接线位置相同 使得开关闭合前高低位 74LS191N 的高电平预置数及 D 为高电 平 闭合后高低位 74LS191N 的高电平预置数及 D 为低电平 从而控制 LD 预置端实现清 零和复位功能 如图 4 J4 控制电路为清零 复位控制电路 J4 为控制开关 闭合清零 开启复位 河南理工大学计算机学院 7 图 4 2 7 2 暂停暂停 继续计数电路继续计数电路 单刀单掷开关 J1 所在电路为暂停 继续计数功能电路 如上图 4 开关 J1 闭合前 J1 所在电路反馈低电平 当 J1 闭合后 J1 所在电路反馈高电平 反馈信号经如下图 5 两个或 非门两次或非输入 D 触发器输入 D 端 如下图 5 D 触发器输出 Q 接低位 74LS191N 的 CTEN 端 及 EN 使能端 上面的 JK 触发器的输出端与第一个或非门的另一输入端相连 电路工作时 当 J1 断开 正常工作 当 J1 闭合时 使能端 CTEN 变为高电平 低位 74LS191N 输出保持 使电路进入暂停状态 断开 J1 则继续计数 河南理工大学计算机学院 8 图5 2 7 3 启动电路启动电路 如上图 5 J3 所在为启动控制电路 当 J1 处于断开状态 RESET 端为低电平 当闭 合 J1 后 RESET 端为高电平 JK 触发器输出置 0 正常工作状态下第一级或非门另一输 入为 0 经两级或非后输入 D 触发器 且输入为低电平 即输出端 Q 输出低电平至 CTEN EN 使能端 使电路启动 74LS191N 功能表如图 预置使能 加 减 控制 时钟预置数据输入输出 LDEND UCP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 工作模式 0 xxx d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 d0异步置数 11xx x x x x保持数据保持 100 x x x x加法计数加法计数 101 x x x x加法计数减法计数 图 6 河南理工大学计算机学院 9 2 8 设计实现闪烁报警电路设计实现闪烁报警电路 根据译码器控制端 BI RBO 功能 功能 输入 输入 输入 输出 输出 LTRBIA3A2A1A0BI RBO a b c d e f g 灭灯xxxxxx0 0 0 0 0 0 0 0 图 7 如图 7 当 BI RBO 为 0 时 不论 LT RBI 及 A3A2A1A0 为何值 输出为 0 且数码管 为灭灯状态 当 BI RBO 为 1 时 正常输出输入数据 对于 JK 触发器 J 端接高电平 K 端与低位 74LS191N 的使能端 EN 电路图中 CTEN 端 相接 则 K 端在计数使能时为低电平 暂停或计数到 00 时为高电平 由 JK 触 发器功能表如下 图 8 如图 9 将 74LS48N 译码器的 BI RBO 与该 JK 触发器的输出端相连 由图 8 可知当 J 1 K 0 时 BI RBO 置 1 数码管正常工作 当 J 1 K 1 时 BI RBO 翻转 使数码管 时亮时灭闪烁 JK输出 10置 1 11翻转 河南理工大学计算机学院 10 图 9 经过以上功能分析 设计和仿真 30s 计数器的各项功能得到实现 在清零 复位与暂 停 继续控制电路中 当 J1 闭合 暂停计数时 发光二极管点亮 J1 断开 继续计数时 发光二极管灭 当 J4 闭合 数码管清零 发光二极管点亮 当 J4 断开后 发光二极管灭 3 功能说明总结功能说明总结 实现从 29 到 00 的 30 秒倒计时计数功能 时间间隔为 1s 具有启动 清零 复位与暂 停 继续计数功能 同时当清零与暂停时 清零 复位或暂停 继续计数功能电路中的发光二 极管点亮 作为功能标识 暂停时 数码管显示闪烁提醒 倒计时到 00 时计数保持 00 并且闪烁报警 提示计数结束 J1 为单刀单掷开关 是暂停 继续计数功能控制开关 闭合 J1 开关 计数暂停 断开 J1 开关 计数继续 J3 为自动复位开关 时计数启动开关 当清零 复位开关断开复位后 按下 J3 启动计数 J4 为单刀单掷开关 是清零 复位功能控制开关 闭合 J3 开关 数码管 清零保持 再断开 J3 开关 复位 29 等待启动开关 J3 启动 4 课程设计小结课程设计小结 课程设计过程中对学到的各种芯片的功能 作用有了更加深入的学习 尤其是通过 Multisim 的设计与仿真 Multisim 之前没有接触过 这几天学习了其基本功能和仿真实验 在设计 30 秒倒计时计数器时 用到了 74LS191N 加 减计数器 共阴极数码管 74LS48N 译码器 555 定时器组成多谐振荡器电路 JK 触发器和 D 触发器等元器件 对这些元器件 的特性 功能有了进一步深入的了解 通过 555 定时器构成多谐振荡电路的仿真对其电路 结构有了更深刻的印象 掌握了通过改变 RC 的值对振荡周期进行调整 当然在设计各各功能的过程中也遇到了许多问题 如最初使用 74LS191N 加 减计数器 的时候对其反馈和异步置数功能不是很清楚 在查阅书本和实践多次的基础上终于解决异 步置数问题 又如在设计反馈控制电路的过程中 时选用 JK 触发器还是 D 触发器 最初 的设想是用的 JK 触发器 但是实验多次后才觉得如果用 D 触发器会更好 最终用 D 触发 器实现清零 复位控制电路和计数器反馈电路 另一个问题是倒计时计数到 00 时的保持与 闪烁问题 当计数到 00 时 74LS191N 的 MAX MIN 端输出将从低电平变为高电平 试了 不少方法 有些无法保持 00 状态 有些在 00 状态无法闪烁 最终通过反馈两个 河南理工大学计算机学院 11 74LS191N 的 MAX MIN 端与非两次后的输控制 D 触发器 U21 的 SET 端控制低位 74LS191N 的使能端 CTEN 端 即 EN 端 实现保持 00 计数状态 并利用 JK 触发器的翻 转和置 1 功能特性控制 74LS48 译码器的 BI RBO 端输入实现闪烁功能 每遇到一个问题都 时进一步学习和加深对电路 原理 元器件学习的过程 每解决一个问题 没实现一个功 能 都会十分的兴奋 总之 课程设计是一个提高能力 实践所学知识的过程 当然 还 有许多的元器件 电路原理等有待于进一步的学习 对 Multisim 的学习也是一个开始 希 望今后也能进一步学习到更多这一功能强大仿真软件的功能 参考文献 参考文献 艾永乐 付子义 数字电子计数基础 2008 北京 中国电力出版社 邱关源 罗先觉 电路 第五版 2011 北京 高等教育出版社 Multisim 原件介绍 百度文库 河南理工大学计算机学院 12 附录 附录 一 电路原理图一 电路原理图 2 元器件明细表元器件明细表 555 定时器 1 个 七段共阴极红色数码管2 个 74LS