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文檔簡介
1、30秒倒計時計數(shù)器設計 數(shù)字電子計數(shù)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(shù)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(xiàn)數(shù)碼管顯示 4 2.3設計555定時振蕩實現(xiàn)秒振蕩發(fā)生功能 4 2.4設計實現(xiàn)減法計數(shù)功能 5 2.5設計實現(xiàn)二位數(shù)減法計數(shù)功能 5 2.6設計實現(xiàn)反饋電路實現(xiàn)30秒計數(shù)功能 5 2.7設計實現(xiàn)控制電路實現(xiàn)啟動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數(shù)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(shù)電路
2、6 2.7.3啟動電路 7 2.8設計實現(xiàn)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(shù)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(shù)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(shù)碼顯示器不滅燈,保持并閃爍光電報警。5、 計時器暫停計數(shù)時,數(shù)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(shù)器組成倒計時計數(shù)器選用TTL集成電路,主要由秒定時振蕩發(fā)生器、減法計數(shù)器、
3、譯碼器、七段數(shù)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(xiàn)開始計數(shù)、清零/復位、暫停/繼續(xù)計數(shù)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(shù)碼管顯示數(shù)碼管譯碼器減法計數(shù)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(shù)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?shù)碾娙菔拐袷幹芷跒?s;用兩片減法計數(shù)器芯片級聯(lián)組成二位數(shù)計數(shù)器,用七段數(shù)碼管顯示計數(shù);控制電路通過控制減法計數(shù)器的控制端實現(xiàn)對電路保留、啟動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數(shù)功能的控制;利用JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)特性和譯碼器BI/RBO端的控制
4、實現(xiàn)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(shù)字電路板的設計工作。Multisim中提供了豐富的硬件數(shù)據(jù)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(xiàn)電路設計功能并及時發(fā)現(xiàn)存在的問題進行改正,可以確保設計的電路能夠正常實現(xiàn)應有的功能。2.2設計實現(xiàn)數(shù)碼管顯示選取共陰極七段紅色數(shù)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(shù)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(xiàn)了數(shù)碼管顯示功能。2.3設計555定時振蕩實現(xiàn)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(shù)據(jù),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(xiàn)減法計數(shù)功能選用74LS191N加減計數(shù)器作為減法計數(shù)器芯片,U/D加減控制端接高電平將74LS191N設置為減法計數(shù)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(chǎn)生的諧振脈沖,實現(xiàn)減法計數(shù)功能。2.5
6、設計實現(xiàn)二位數(shù)減法計數(shù)功能級聯(lián)兩片均設置為減法計數(shù)器的74LS191N,將低位減計數(shù)器的進位端RCO接高位減計數(shù)器的EN使能端(圖中為CTEN端),將數(shù)碼管、電阻及譯碼器74LS48N按2.2中說明連接,實現(xiàn)二位數(shù)減計數(shù)功能。2.6設計實現(xiàn)反饋電路實現(xiàn)30秒計數(shù)功能如圖3,采用74LS191N異步置數(shù),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(xiàn)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(xiàn)。高位預置數(shù)端DCBA預置0100,低位預置數(shù)端DCBA預置1001,實現(xiàn)30秒計數(shù)。圖32.7設計實現(xiàn)控制電路實現(xiàn)
7、啟動、清零/復位和暫停/繼續(xù)計數(shù)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(shù)與低位74LS191N的高電平預置數(shù)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(shù)及D為高電平,閉合后高低位74LS191N的高電平預置數(shù)及D為低電平,從而控制LD預置端實現(xiàn)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(shù)電路單刀單擲開關J1所在電路為暫停/繼續(xù)計數(shù)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(jīng)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(shù)。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(jīng)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(shù)據(jù)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(shù)11xx x x x x保持數(shù)據(jù)保持100 x x x x加法計數(shù)加法計數(shù)101 x x x x加法計數(shù)減法計數(shù)圖62.8設計實現(xiàn)閃爍報
10、警電路根據(jù)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(shù)碼管為滅燈狀態(tài)。當BI/RBO為1時,正常輸出輸入數(shù)據(jù)。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(shù)使能時為低電平,暫?;蛴嫈?shù)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(zhuǎn)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(shù)碼管正常工作;當J=1,K=1時,BI/RBO翻轉(zhuǎn),使數(shù)碼管時亮時滅閃爍。圖9經(jīng)過以上功能分析、設計和仿真,30s計數(shù)器的各項功能得到實現(xiàn),在清零/復位與暫停/繼續(xù)控制電路中,當J1閉合,暫停計數(shù)時,發(fā)光二極管點亮,J1斷開,繼續(xù)計數(shù)時,發(fā)光二極管滅;當J4閉合,數(shù)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(xiàn)從29到00的30秒倒計時計數(shù)功能,時間間隔為1s,具有啟動,清零/復位與暫停/繼續(xù)計數(shù)功能;同時當清零與暫停時,清零/復位或暫停/繼續(xù)計數(shù)功能電路中的發(fā)光二極管點亮,作為功能標識;暫停時,數(shù)碼管顯示閃爍
12、提醒,倒計時到00時計數(shù)保持00,并且閃爍報警,提示計數(shù)結束。J1為單刀單擲開關,是暫停/繼續(xù)計數(shù)功能控制開關,閉合J1,開關,計數(shù)暫停,斷開J1開關,計數(shù)繼續(xù);J3為自動復位開關,時計數(shù)啟動開關,當清零/復位開關斷開復位后,按下J3啟動計數(shù);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(shù)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(shù)器時,用到了74LS19
13、1N加/減計數(shù)器,共陰極數(shù)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(diào)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(shù)器的時候?qū)ζ浞答伜彤惒街脭?shù)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(shù)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(xiàn)清零/
14、復位控制電路和計數(shù)器反饋電路;另一個問題是倒計時計數(shù)到00時的保持與閃爍問題,當計數(shù)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(xiàn)保持00計數(shù)狀態(tài),并利用JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)和置1功能特性控制74LS48譯碼器的BI/RBO端輸入實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)字電子計數(shù)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
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