1、-. z. . . . . 資料. . .定時電路的設計數字邏輯課程設計學院：計算機學院專業班級：計科13時間：2015年1月4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進展仿真設計 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設計實現反應電路實現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/繼續計數控制電路 5 2.7.1清零/復位電路5 2.7.2暫停

2、/繼續計數電路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：具有30S減計時功能，計時時間到后發出聲光報警信號點亮LED，喇叭鳴叫；計時時間準確用石英振蕩器產生秒信號；用數碼管顯示剩余時間；具有復位、啟動、暫停、繼續等操作按鈕；正文：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生器、減法計數器、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

3、過程中，電路能夠通過控制器實現開場計數、清零/復位、暫停/繼續計數等功能，在倒計時完畢保持00狀態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生器七段數碼管顯示數碼管譯碼器減法計數器秒定時振蕩發生器控制電路閃爍報警電路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存、啟動、清零/復位和暫停/繼續計數功能的控制；利用JK觸發器的翻轉狀態特性和譯碼器BI/RBO

4、端的控制實現閃爍報警功能。擬定設計方案2.1用Multisim進展仿真設計Multisim是美國國家儀器NI*推出的以Windows為根底的仿真工具，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現存在的問題進展改正，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，將七段數碼管的

5、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生功能如圖2，用555定時器、電容電阻組成多諧振蕩發生器，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：T0.7R1+2R2C1 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，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設計實現二位

6、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設計實現反應電路實現30秒計數功能如圖3，采用74LS191N異步置數，高位反應輸出OA、OB通過兩個2輸入與非門兩次與非反應給D觸發器RESET端，為實現控制功能準備，最終反應給預制LD端電路圖中為LOAD端；低位反應輸出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啟動、清零/復位和暫

7、停/繼續計數控制電路2.7.1清零/復位電路高、低位74LS191N的反應信號分別通過兩個2輸入與非門兩次與非輸入D觸發器的RESET端，同時D端與清零/復位控制電路相連，D觸發器輸出Q再反應會LOAD端即LD端，兩個D觸發器的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輸入接線位置一樣，使得開關閉合前上下位74LS191N的高電平預置數及D為高電平，閉合后上下位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控制電路為清零/復位控制電路，J

8、4為控制開關，閉合清零，開啟復位。圖42.7.2暫停/繼續計數電路單刀單擲開關J1所在電路為暫停/繼續計數功能電路。如上圖4，開關J1閉合前，J1所在電路反應低電平，當J1閉合后，J1所在電路反應高電平，反應信號經如下列圖5兩個或非門兩次或非輸入D觸發器輸入D端如下列圖5，D觸發器輸出Q接低位74LS191N的CTEN端及EN使能端，上面的JK觸發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變為高電平，低位74LS191N輸出保持，使電路進入暫停狀態，斷開J1則繼續計數。圖52.7.3啟動電路如上圖5，J3所在為啟動控制電路，當J1處

9、于斷開狀態，RESET端為低電平，當閉合J1后，RESET端為高電平，JK觸發器輸出置0，正常工作狀態下第一級或非門另一輸入為0，經兩級或非后輸入D觸發器，且輸入為低電平，即輸出端Q輸出低電平至CTENEN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 Q00* d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 d0異步置數11* * * * *保持數據保持100 * * * *加法計數加法計數101 * * * *加法計數減法計數圖62.8設計實現閃爍報警電路根據譯碼器控制端BI/RBO功能 功

10、能輸入輸入輸入/輸出輸出LTRBIA3A2A1A0BI/RBO a b c d e f g 滅燈*0 0 0 0 0 0 0 0圖7如圖7，當BI/RBO為0時，不管LT，RBI及A3A2A1A0為何值，輸出為0且數碼管為滅燈狀態。當BI/RBO為1時，正常輸出輸入數據。對于JK觸發器，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觸發器的輸出端相連，由圖8可知當J=1，K=0時，BI/RBO置1，數碼管正

11、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/繼續控制電路中，當J1閉合，暫停計數時，發光二極管點亮，J1斷開，繼續計數時，發光二極管滅；當J4閉合，數碼管清零，發光二極管點亮，當J4斷開后，發光二極管滅。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/繼續計數功能；同時當清零與暫停時，清零/復位或暫停/繼續計數功能電路中的發光二極管點亮，作為功能標識；暫停時，數碼管顯示閃爍提醒，倒計時到00時計數保持00，并且閃爍報警，提示計數完畢。J1

12、為單刀單擲開關，是暫停/繼續計數功能控制開關，閉合J1,開關，計數暫停，斷開J1開關，計數繼續；J3為自動復位開關，是計數啟動開關，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J4開關，數碼管清零保持，再斷開J4開關，復位29，等待啟動開關J3啟動。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，這幾天學習了其根本功能和仿真實驗。在設計30秒倒計時計數器時，用到了74LS191N加/減計數器，共陰極數碼管，74LS48N譯碼器，555定時器組成多

13、諧振蕩器電路，JK觸發器和D觸發器等元器件，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構造有了更深刻的印象，掌握了通過改變RC的值對振蕩周期進展調整。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應和異步置數功能不是很清楚，在查閱書本和實踐屢次的根底上終于解決異步置數問題，又如在設計反應控制電路的過程中，時選用JK觸發器還是D觸發器，最初的設想是用的JK觸發器，但是實驗屢次后才覺得如果用D觸發器會更好，最終用D觸發器實現清零/復位控制電路和計數器反應電路；另一個問題是倒計時計數到00時的保持與閃爍

14、問題，當計數到00時，74LS191N的MA*/MIN端輸出將從低電平變為高電平，試了不少方法，有些無法保持00狀態，有些在00狀態無法閃爍，最終通過反應兩個74LS191N的MA*/MIN端與非兩次后的輸控制D觸發器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，并利用JK觸發器的翻轉和置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的學習也是一個開場，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 數字電子計數根底 2008 中國電力； 邱關源 羅先覺 電路第五版 2011 高等教育； Multisim原件介紹 百度文庫；附錄：一、電路原理圖元器件明細表 555定