數電課程設計30秒倒計時器

1、30秒倒計時計數器設計 數字電子計數基礎課程設計學院：計算機學院專業(yè)班級：通信工程10-2班時間：2013年1月7日目 錄設計要求3正文 一、倒計時器組成及原理 3 1.1倒計時計數器組成 3 1.2工作原理 3 二、擬定設計方案 4 2.1用Multisim進行仿真設計 4 2.2設計實現數碼管顯示 4 2.3設計555定時振蕩實現秒振蕩發(fā)生功能 4 2.4設計實現減法計數功能 5 2.5設計實現二位數減法計數功能 5 2.6設計實現反饋電路實現30秒計數功能 5 2.7設計實現控制電路實現啟動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數控制電路 5 2.7.1清零/復位電路5 2.7.2暫停/繼續(xù)計數電路

2、6 2.7.3啟動電路 7 2.8設計實現閃爍報警電路 8 三、功能說明總結 9 四、課程設計小結 9 參考文獻 10 附錄： 一、電路原理圖 11 二、元器件明細表 11設計要求：設計30秒倒計時計數器。30秒倒計時器的設計功能要求包括：1、 具有30秒倒計時功能；2、 設置外部操作開關，控制計時器的直接清零/復位、開始和暫停/連續(xù)計數功能；3、 計時器計時間隔為1秒；4、 計時器遞減計時到零時，數碼顯示器不滅燈，保持并閃爍光電報警。5、 計時器暫停計數時，數碼管閃爍提醒；正文：1、 倒計時器組成及原理1.1倒計時計數器組成倒計時計數器選用TTL集成電路，主要由秒定時振蕩發(fā)生器、減法計數器、

3、譯碼器、七段數碼顯示器、控制電路、閃爍報警電路等組成，在電路工作過程中，電路能夠通過控制器實現開始計數、清零/復位、暫停/繼續(xù)計數等功能，在倒計時結束保持00狀態(tài)并不斷閃爍提示報警，原理圖如下：七段數碼管顯示數碼管譯碼器減法計數器秒定時振蕩發(fā)生器控制電路閃爍報警電路 倒計時計數器原理組成框圖圖11.2工作原理當電路工作時，由555定時器組成多諧振蕩器，選取適當的電容使振蕩周期為1s；用兩片減法計數器芯片級聯組成二位數計數器，用七段數碼管顯示計數；控制電路通過控制減法計數器的控制端實現對電路保留、啟動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數功能的控制；利用JK觸發(fā)器的翻轉狀態(tài)特性和譯碼器BI/RBO端的控制

4、實現閃爍報警功能。2、 擬定設計方案2.1用Multisim進行仿真設計Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。Multisim中提供了豐富的硬件數據可供選擇，它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。通過Multisim可以及時仿真實現電路設計功能并及時發(fā)現存在的問題進行改正，可以確保設計的電路能夠正常實現應有的功能。2.2設計實現數碼管顯示選取共陰極七段紅色數碼管作為顯示器，譯碼器選擇74LS48N，將譯碼器的LT、RBI端直接接高電平，BI/RBO也接高電平，將七段

5、數碼管的七個引腳分別接100電阻后于譯碼器輸出端相連，在譯碼器輸入端輸入電平實現了數碼管顯示功能。2.3設計555定時振蕩實現秒振蕩發(fā)生功能如圖2，用555定時器、電容電阻組成多諧振蕩發(fā)生器，C1選擇1uF，圖中C1為100nF為仿真實驗用數據，C2選擇10nF，電阻均為5.1k，由周期計算公式：T0.7（R1+2R2）C1 1s 圖22.4設計實現減法計數功能選用74LS191N加減計數器作為減法計數器芯片，U/D加減控制端接高電平將74LS191N設置為減法計數狀態(tài)，將74LS191N輸出端與74LS48N譯碼器的輸入端相接，脈沖接555定時振蕩電路產生的諧振脈沖，實現減法計數功能。2.5

6、設計實現二位數減法計數功能級聯兩片均設置為減法計數器的74LS191N，將低位減計數器的進位端RCO接高位減計數器的EN使能端（圖中為CTEN端），將數碼管、電阻及譯碼器74LS48N按2.2中說明連接，實現二位數減計數功能。2.6設計實現反饋電路實現30秒計數功能如圖3，采用74LS191N異步置數，高位反饋輸出OA、OB通過兩個2輸入與非門兩次與非反饋給D觸發(fā)器RESET端，為實現控制功能準備，最終反饋給預制LD端（電路圖中為LOAD端）；低位反饋輸出OB、OD同高位方法實現。高位預置數端DCBA預置0100，低位預置數端DCBA預置1001，實現30秒計數。圖32.7設計實現控制電路實現

7、啟動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數控制電路2.7.1清零/復位電路高、低位74LS191N的反饋信號分別通過兩個2輸入與非門兩次與非輸入D觸發(fā)器的RESET端，同時D端與清零/復位控制電路相連，D觸發(fā)器輸出Q再反饋會LOAD端（即LD端），兩個D觸發(fā)器的D端均與開關J4所在清零/復位控制電路電阻、二極管右端，開關左端相接（如圖3），高位74LS191N的高電平預置數與低位74LS191N的高電平預置數端與D輸入接線位置相同，使得開關閉合前高低位74LS191N的高電平預置數及D為高電平，閉合后高低位74LS191N的高電平預置數及D為低電平，從而控制LD預置端實現清零和復位功能。如圖4，J4控制

8、電路為清零/復位控制電路，J4為控制開關，閉合清零，開啟復位。圖42.7.2暫停/繼續(xù)計數電路單刀單擲開關J1所在電路為暫停/繼續(xù)計數功能電路。如上圖4，開關J1閉合前，J1所在電路反饋低電平，當J1閉合后，J1所在電路反饋高電平，反饋信號經如下圖5兩個或非門兩次或非輸入D觸發(fā)器輸入D端（如下圖5），D觸發(fā)器輸出Q接低位74LS191N的CTEN端（及EN使能端），上面的JK觸發(fā)器的輸出端與第一個或非門的另一輸入端相連。電路工作時，當J1斷開，正常工作，當J1閉合時，使能端CTEN變?yōu)楦唠娖?，低?4LS191N輸出保持，使電路進入暫停狀態(tài)，斷開J1則繼續(xù)計數。圖52.7.3啟動電路如上圖5，

9、J3所在為啟動控制電路，當J1處于斷開狀態(tài)，RESET端為低電平，當閉合J1后，RESET端為高電平，JK觸發(fā)器輸出置0，正常工作狀態(tài)下第一級或非門另一輸入為0，經兩級或非后輸入D觸發(fā)器，且輸入為低電平，即輸出端Q輸出低電平至CTEN（EN使能端）使電路啟動。74LS191N功能表如圖：預置使能加/減控制時鐘預置數據輸入輸出工作模式LDEND/UCP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q00xxx d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 d0異步置數11xx x x x x保持數據保持100 x x x x加法計數加法計數101 x x x x加法計數減法計數圖62.8設計實現閃爍報

10、警電路根據譯碼器控制端BI/RBO功能 功能（輸入）輸入輸入/輸出輸出LTRBIA3A2A1A0BI/RBO a b c d e f g 滅燈xxxxxx0 0 0 0 0 0 0 0圖7如圖7，當BI/RBO為0時，不論LT，RBI及A3A2A1A0為何值，輸出為0且數碼管為滅燈狀態(tài)。當BI/RBO為1時，正常輸出輸入數據。對于JK觸發(fā)器，J端接高電平，K端與低位74LS191N的使能端EN（電路圖中CTEN端）相接，則K端在計數使能時為低電平，暫停或計數到00時為高電平，由JK觸發(fā)器功能表如下：JK輸出10置111翻轉圖8如圖9，將74LS48N譯碼器的BI/RBO與該JK觸發(fā)器的輸出端相

11、連，由圖8可知當J=1，K=0時，BI/RBO置1，數碼管正常工作；當J=1，K=1時，BI/RBO翻轉，使數碼管時亮時滅閃爍。圖9經過以上功能分析、設計和仿真，30s計數器的各項功能得到實現，在清零/復位與暫停/繼續(xù)控制電路中，當J1閉合，暫停計數時，發(fā)光二極管點亮，J1斷開，繼續(xù)計數時，發(fā)光二極管滅；當J4閉合，數碼管清零，發(fā)光二極管點亮，當J4斷開后，發(fā)光二極管滅。3、 功能說明總結實現從29到00的30秒倒計時計數功能，時間間隔為1s，具有啟動，清零/復位與暫停/繼續(xù)計數功能；同時當清零與暫停時，清零/復位或暫停/繼續(xù)計數功能電路中的發(fā)光二極管點亮，作為功能標識；暫停時，數碼管顯示閃爍

12、提醒，倒計時到00時計數保持00，并且閃爍報警，提示計數結束。J1為單刀單擲開關，是暫停/繼續(xù)計數功能控制開關，閉合J1,開關，計數暫停，斷開J1開關，計數繼續(xù)；J3為自動復位開關，時計數啟動開關，當清零/復位開關斷開復位后，按下J3啟動計數；J4為單刀單擲開關，是清零/復位功能控制開關，閉合J3開關，數碼管清零保持，再斷開J3開關，復位29，等待啟動開關J3啟動。4、 課程設計小結課程設計過程中對學到的各種芯片的功能，作用有了更加深入的學習，尤其是通過Multisim的設計與仿真，Multisim之前沒有接觸過，這幾天學習了其基本功能和仿真實驗。在設計30秒倒計時計數器時，用到了74LS19

13、1N加/減計數器，共陰極數碼管，74LS48N譯碼器，555定時器組成多諧振蕩器電路，JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器等元器件，對這些元器件的特性，功能有了進一步深入的了解。通過555定時器構成多諧振蕩電路的仿真對其電路結構有了更深刻的印象，掌握了通過改變RC的值對振蕩周期進行調整。當然在設計各各功能的過程中也遇到了許多問題，如最初使用74LS191N加/減計數器的時候對其反饋和異步置數功能不是很清楚，在查閱書本和實踐多次的基礎上終于解決異步置數問題，又如在設計反饋控制電路的過程中，時選用JK觸發(fā)器還是D觸發(fā)器，最初的設想是用的JK觸發(fā)器，但是實驗多次后才覺得如果用D觸發(fā)器會更好，最終用D觸發(fā)器實現清零/

14、復位控制電路和計數器反饋電路；另一個問題是倒計時計數到00時的保持與閃爍問題，當計數到00時，74LS191N的MAX/MIN端輸出將從低電平變?yōu)楦唠娖?，試了不少方法，有些無法保持00狀態(tài)，有些在00狀態(tài)無法閃爍，最終通過反饋兩個74LS191N的MAX/MIN端與非兩次后的輸控制D觸發(fā)器U21的SET端控制低位74LS191N的使能端CTEN端（即EN端）實現保持00計數狀態(tài)，并利用JK觸發(fā)器的翻轉和置1功能特性控制74LS48譯碼器的BI/RBO端輸入實現閃爍功能。每遇到一個問題都時進一步學習和加深對電路，原理，元器件學習的過程，每解決一個問題，沒實現一個功能，都會十分的興奮，總之，課程設計是一個提高能力，實踐所學知識的過程，當然，還有許多的元器件，電路原理等有待于進一步的學習，對Multisim的學習也是一個開始，希望今后也能進一步學習到更多這一功能強大仿真軟件的功能。參考文獻：艾永樂 付子義 數字電子計數基礎 2008 北京 中國電力出版社； 邱關源 羅先覺 電路第五版 2011 北京 高等教育出版社； Multisim原件介紹 百度文庫；附錄：一、電路原理圖2、 元器件明細表 555定時器 1個七段共陰極