数电课程设计

1、数电课程设计-30秒倒计时器4 H ；力労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 42.2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

2、清零/复位电路 52.7.2暂停/继续计数电路 62.7.3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 92河南理工大学计算机学院参考文献 10附录:一、电路原理图 11二、元器件明细表 11设计要求 :设计 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

3、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 :减法计数七段数码数码管译秒定时振荡器 管显示 码器 发生器控制电路 闪烁报警电路倒计时计数器原理组成框图3河南理工大学计算机学院图11.2 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

4、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。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

5、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，C选择1uF，图中C为100nF11为仿真实验用数据，C选择10nF,电阻均为5.1k Q，由周期计算公式：2T?0.7(R+2R)C? 1s 121L!曲1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

6、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 RCC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 0B通过两个2输入与非 门两次与非反馈给D触发器RESETS，为实

7、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 0D同高位方法实现。高位预置数端 DCBA®置0100,低位预置数端DCBA预置1001，实现30秒计数。图32.7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RESETS，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

8、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图42.7.2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触发器输出Q 接低位74L

9、S191N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。7河南理工大学计算机学院图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，RESETS为低电平， 当闭合J1后，RESETS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£能端）使电路启动。74LS191

10、N功能表如图：加/减预置使能时钟预置数据输入输出控制9 工作模式 LD EN D/U CP DDDD QQQQ 3 2 1 03 2 1 00 x x x dddd dddd异步置数3 2 1 03 2 1 01 1 x x x x x x保持 数据保持1 0 0 x x x x 力口法计数 加法计数1 0 1 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2.8 设计实现闪烁报警电路根据译码器控制端 BI/RBO 功能功能 输入输出输入（ 输入 ） / 输出a b c d e f g LT RBI A A A A BI/RBO 3210x x x x x x 0 0 0 0 0

11、0 0 0 灭灯图7如图7,当BI/RBO为0时，不论LT, RBI及A3A2A1A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：J K 输出1 0 置 11 1 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。河南理工大学计算

12、机学院经过以上功能分析、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。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

13、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。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

14、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

15、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10河南理工大学计算机学院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；11河南理工大学计算机学院附录：一、电路原理图二、元器件明细表555定时器1个七段共阴极红色数码管2个74LS48N译码器2个7