数电课程设计-30秒倒计时器概述

1、迁筋兀Z %旁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日目 录设计要求 3正文一、倒计时器组成及原理 31.1倒计时计数器组成 31.2工作原理 3二、拟定设计方案 42.1用Multisim进行仿真设计 422设计实现数码管显示 42.3设计555定时振荡实现秒振荡发生功能 42.4设计实现减法计数功能 52.5设计实现二位数减法计数功能 52.6设计实现反馈电路实现 30秒计数功能 52.7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 52.7.1清零/复位电路 52.7.2暂停/继续计数电路 62.7

2、.3启动电路 72.8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 9参考文献 10附录：一、电路原理图 11二、元器件明纟田表 11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：一、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

3、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：秒定时振荡发生器减法计数n器匸二数码管译777码器七段数码匚二 管显示aA控制电路闪烁报警 电路倒计时计数器原理组成框图1.2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

4、烁报警功能。二、拟定设计方案2.1用Multisim 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

5、数码管的七个引脚分别接100Q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555定时振汤实现秒振汤发生功能如图2，用555定时器、电容电阻组成多谐振荡发生器，0选择1uF,图中0为100nF为仿真实验用数据，C2选择10nF,电阻均为5.1k Q,由周期计算公式：T弋.7 (R1+2R2) 6 1s131LT4* cs - ch-= lTOnF TCCnF5.1 kQout - aar vw vccLM56$CM5.1 kO图22.4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

6、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30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

7、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。JK FF4LSJANSOOD i图3_L411 iA.7iL$04D T4LSDCDVMJ4?4L SlSlN2.7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2.7.1清零/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 復位控制电路相连，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（

8、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。2.7.2暂停/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

9、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。图52.7.3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

10、能加/减控制时钟预置数据输入输出工作模式LDEND/UCPD3D2D1D0Q3Q2 Q1Q00xxxd3d2d1d0d3d2d1 d0异步置数11xxx x x x保持数据保持100x x x x加法计数加法计数101t Jx x x x加法计数减法计数图62.8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/RBOa b c d e f g灭灯xxxxxx00 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

11、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：JK输出10置111翻转图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。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

12、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。三、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

13、，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。四、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

14、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74LS191N的MAX/MIN 端与非两次后的输控制D触发

15、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：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；附录:、电路原理图兀器件明细表555定时器1个七段共阴