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1、数电课程设计-30秒倒计时器u虹网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2.2设计实现数码管显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2.5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tf也燮WMmNsBsswi i，裕垩M株噩tfB挝困抉右恋lE为q4nn6 堰6 堰 题 器 话 噩 探 尸 川噩Bisses诲参
2、考文献10附录：一、 电 路 原 理11元 器 件 明 细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。河南理工大学计算机学院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
3、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liiJ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。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Window
4、s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端宜 接接高电平，BVRBO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
5、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51kO, 由周期计算公式：T0.7（R1+2R2）C1 - 1s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
6、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liiJ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。TdL 心II2.7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
7、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
8、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，当河南理工大学计算机学院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。2.7.3启动电路如上图5, J3所在为启动
9、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 钟预置数据输 入输出工作模式LDEND/UCPD3D2D1D0Q3Q2Q1 Qo0xxxd3d2d1d0d3d2d1d0异步 置数11xxxxx x保持数据 保持100fxxx x加法计数加法、r 、皿计数101txxx x加法计数减法、r 、皿计数图62.8设计实现闪烁报警电路
10、功输入入/俞输出根据译码器控制端BI/RBO功能码能（输入）输出LTR BIA 3A 2A 1A 0BVR BOa b c d e f g灭灯xxxxxx00 0 0 00 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：JK输出10置111翻转如图9,将74LS48N译码器的BI/RBO与该JK触发器的输出端
11、相连，由图8可知当J=1，厂a e d e. rUMIK74LS4BH5&U1AK=0 时，BI/RBO严J15A H-|_J74-L74LS-a0D1，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。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
12、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 醒，倒计时到00时计数保持00，并且闪烁报警， 提示计数结束。亮，作为功能标识;暂停时，数码管显示闪烁提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。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
13、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liiJ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。=1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，
14、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MAXMIN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
15、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：一、电路原理图1、元器件明细表555定时器七段共阴极红色数 码管74LS48N译码器2个（一共需要7个2输入与非门）74LS191N加/减计数 器74LS00（四2输入与非门）74LS02 （|四-2输入或非门）1个（共需要2个或 非门）D触发器3个JK触发器2个电容2 个(C1 1uF，C2 10nF)开关3个（J1、J4为单刀 单掷开关，J3为自 动复位开关）电阻18个（与数码管串 电阻100欧姆14个， 与二极管串接电阻 1000欧姆2个，多 谐振荡电路电阻5100欧姆2个）发光二极管2 个(1.66V 5mA)
