1、數(shù)字電子計數(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計學(xué)院：計算機(jī)學(xué)院專業(yè)班級：通信工程10-2班時間:2013年1月7日目 錄設(shè)計要求3正文一、倒計時器組成及原理31.1倒計時計數(shù)器組成31.2X作原理 3二、擬定設(shè)計方案42.1用Multisim進(jìn)行仿真設(shè)計 42. 2設(shè)計實現(xiàn)數(shù)碼管顯示42.3設(shè)計555定時振蕩實現(xiàn)秒振蕩發(fā)生功能 42. 4設(shè)計實現(xiàn)減法計數(shù)功能52. 5設(shè)計實現(xiàn)二位數(shù)減法計數(shù)功能 52. 6設(shè)計實現(xiàn)反饋電路實現(xiàn)30秒計數(shù)功能 52. 7設(shè)計實現(xiàn)控制電路實現(xiàn)啟動、清零/復(fù)位和暫停/繼續(xù)計數(shù)控制電路 52.7. 1清零/復(fù)位電路52. 7. 2暫停/繼續(xù)計數(shù)電路62. 7.3啟動電路72. 8設(shè)計實現(xiàn)閃爍

2、報警電路 8三、功能說明總結(jié) 9四、課程設(shè)計小結(jié) 9參考文獻(xiàn)10附錄：一、電路原理圖 11二、元器件明細(xì)表 11設(shè)計要求：設(shè)計30秒倒計時計數(shù)器。30秒倒計時器的設(shè)計功能要求包括：1具有30秒倒計時功能;2、設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接淸零/復(fù)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：一、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、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，

3、電路能夠通過控制器 實現(xiàn)開始計數(shù)、清零/復(fù)位、暫停/繼續(xù)計數(shù)等功能，在倒計時結(jié)束保持00狀態(tài)并不斷閃爍 提示報警，原理圖如下：秒定時振蕩 發(fā)生器數(shù)碼管譯 碼器七段數(shù)碼 匸二 管顯示控制電路閃爍報警 電路倒計時計數(shù)器原理組成框圖圖11.2工作原理當(dāng)電路工作時，由555定時器組成多諧扳蕩器，選取適當(dāng)?shù)碾娙菔股锸幹芷跒?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(fù)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端的控制實現(xiàn)閃爍報警功能。二、擬定設(shè)計方案2.1用Multisim進(jìn)

4、行仿真設(shè)計Multisim是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用 于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。Multisim中提供了豐富的披件數(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，具有豐富的仿其分析能力。通過 Multisim可以及時仿真實現(xiàn)電路設(shè)計功能并及時發(fā)現(xiàn)存在的問題進(jìn)行改正，可以確保設(shè)計 的電路能夠正常實現(xiàn)應(yīng)有的功能。2. 2設(shè)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，將七段數(shù)碼管的七個引腳分別接100Q電阻后于譯碼器 輸出

5、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(shè)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，G選擇1uF,圖中G為100nF 為仿真實驗用數(shù)據(jù)，C?選擇10nF,電阻均為5. 1kQ,由周期計算公式：T07 (Ri+2R2) Ci 1sI C2C1士伽F ±10DnFU9Tax£)I£.n?rr5 RT Vte5.1 KQ45LM565CM6.1 kQ3743圖22.4設(shè)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加減控制端接離電平將74LS191N 設(shè)置為減法計數(shù)狀態(tài)，將74L

6、S191N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設(shè)計實現(xiàn)二位數(shù)減法計數(shù)功能級聯(lián)兩片均設(shè)置為滅法計數(shù)器的74LS191N,將低位滅計數(shù)器的進(jìn)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(shè)計實現(xiàn)反饋電路實現(xiàn)30秒計數(shù)功能如圖3,釆用74LS191N異步置數(shù)，離位反饋輸出0A、0B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(zhǔn)備，置終反饋給預(yù)制LD端（電路圖中為LOAD 端）：低位反饋輸出OB、0

7、D同離位方法實現(xiàn)。商位預(yù)置數(shù)端DCBA預(yù)置0100,低位預(yù)置數(shù)端 DCBA預(yù)置1001,實現(xiàn)30秒計數(shù)。2. 7設(shè)計實現(xiàn)控制電路實現(xiàn)啟動.清零/復(fù)位和暫停/繼續(xù)計數(shù)控制電路2. 7.1清零/復(fù)位電路鬲、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，同吋D端與淸零/復(fù)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(guān)J43）,高位74LS191N的高電平預(yù)置數(shù)與低位74LS191N的鬲電平預(yù)置數(shù)端與D 輸入接線位置相同，使得開關(guān)閉合前高低位74LS191N的鬲電平預(yù)置數(shù)及D為鬲電平，閉合 后鬲低位74LS191

8、N的離電平預(yù)置數(shù)及D為低電平，從而控制LD預(yù)置端實現(xiàn)淸零和復(fù)位功能。如圖4, J4控制電路為淸零/復(fù)位控制電路，J4為控制開關(guān)，閉合清零，開啟復(fù)位。圖42. 7. 2暫停/繼續(xù)計數(shù)電路單刀單擲開關(guān)J1所在電路為暫停/繼續(xù)計數(shù)功能電路。如上圖4,開關(guān)J1閉合前，J1 所在電路反饋低電平，當(dāng)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(dāng)J1斷開，正常工作，當(dāng)J1閉合時，使能端CTEN變?yōu)樯屉娖剑?/p>

9、位74LS191N輸出 保持，使電路進(jìn)入暫停狀態(tài)，斷開J1則繼續(xù)計數(shù)。VCC圖52. 7.3啟動電路如上圖5, J3所在為啟動控制電路，當(dāng)J1處于斷開狀態(tài)，RESET端為低電平，當(dāng)閉合J1后.RESET端為離電平，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(yù)置使能加/ 減控制時鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式LDEND/UCPD3 D2 Di Do03 Q2 Qi Qo0XXXd3 ch di doda ch di do異步置數(shù)11XXXXXX保持

10、數(shù)據(jù)保持100tXXXX加法計數(shù)加法計數(shù)101tXXXX加法計數(shù)減法計數(shù)2. 8設(shè)計實現(xiàn)閃爍報警電路根據(jù)譯碼器控制端BI/RBO功能功能（輸入）輸入輸入/輸岀輸出LTRBIa3a2AiAoBI/RBOa b c d e f g滅燈XXXXXX00 0 0 0 0 0 0圖7如圖7,當(dāng)BI/RB0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(dāng)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，暫停或計數(shù)到00時為鬲電平，由JK觸發(fā)器功能表如 下：

11、JK輸出10置111翻轉(zhuǎn)圖8如圖9,將74LS48N譯碼器的BI/RB0與該JK觸發(fā)器的輸出端相連，由圖8可知當(dāng)J=1,K=0時，BI/RB0置仁數(shù)碼管正常工作：當(dāng)J=1, K=1時，BI/RBO翻轉(zhuǎn)，使數(shù)碼管時亮?xí)r滅 閃爍。U6O6 O 3US74LS48Hi-&89nrI U20ySXT圖9經(jīng)過以上功能分析、設(shè)計和仿真，30s計數(shù)器的各項功能得到實現(xiàn)，在清零/復(fù)位與暫 停/繼續(xù)控制電路中，當(dāng)J1閉合，暫停計數(shù)時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，J1斷開，繼續(xù)計數(shù)時， 發(fā)光二極管滅；當(dāng)J4閉合，數(shù)碼管清零，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)J4斷開后.發(fā)光二極管滅。三、功能說明總結(jié)實現(xiàn)從29到00的30秒倒計時計數(shù)

12、功能.時間間隔為1s,具有啟動，清零/復(fù)位與暫 停/繼續(xù)計數(shù)功能；同時當(dāng)清寒與暫停時，淸零/復(fù)位或暫停/繼續(xù)計數(shù)功能電路中的發(fā)光二 極管點(diǎn)亮，作為功能標(biāo)識：暫停時，數(shù)碼管顯示閃爍提醒，倒計時到00時計數(shù)保持00,并 且閃爍報警，提示計數(shù)結(jié)束。J1為單刀單擲開關(guān)，是暫停/繼續(xù)計數(shù)功能控制開關(guān)，閉合J1,開關(guān)，計數(shù)暫停，斷開 J1開關(guān)，計數(shù)繼續(xù)：J3為自動復(fù)位開關(guān)，時計數(shù)啟動開關(guān)，當(dāng)清零/復(fù)位開關(guān)斷開復(fù)位后， 按下J3啟動計數(shù)；J4為單刀單擲開關(guān)，是清零/復(fù)位功能控制開關(guān)，閉合J3開關(guān)，數(shù)碼管 淸零保持，再斯開J3開關(guān)，復(fù)位29,等待啟動開關(guān)J3啟動。四、課程設(shè)計小結(jié)課程設(shè)計過程中對學(xué)到的各種芯片

13、的功能，作用有了更加深入的學(xué)習(xí).尤其是通過 Multisim的設(shè)計與仿真，Multisim之前沒有接觸過，這幾天學(xué)習(xí)了其基本功能和仿真實驗。 在設(shè)計30秒倒計吋計數(shù)器時，用到了 74LS191N加/減計數(shù)器，共陰極數(shù)碼管，74LS48N譯 碼器，555定時器紐成多諧振蕩器電路，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(jìn)一步深入的了解。通過555定吋器構(gòu)成多諧振蕩電路的仿真對其電路結(jié)構(gòu)有 了更深刻的印象，掌握了通過改變RC的值對振蕩周期進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)然在設(shè)計各各功能的過程中也遇到了許多問題，如罠初使用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，在査閱書

14、本和實踐多次的基礎(chǔ)上終于解決異步置 數(shù)問題，又如在設(shè)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(shè)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/復(fù)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(dāng)計數(shù)到00時，74LS191N的MAX/MIN端輸出將從低電平變?yōu)楦唠娖剑嚵瞬簧俜椒ǎ行?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

15、JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)和置1功能特性控制74LS48譯碼器的BI /RB0 端輸入實現(xiàn)閃爍功能。每遇到一個問題都時進(jìn)一步學(xué)習(xí)和加深對電路，原理，元器件學(xué)習(xí)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(shè)計是一個提商能 力，實踐所學(xué)知識的過程，當(dāng)然，還有許多的元器件，電路原理等有待于進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，對 Multisim的學(xué)習(xí)也是一個開始，希望今后也能進(jìn)一步學(xué)習(xí)到更多這一功能強(qiáng)大仿真軟件的 功能。參考文獻(xiàn)：艾永樂 付子艾數(shù)字電子計數(shù)基礎(chǔ)2008 北京中國電力出版社:邱關(guān)源 羅先覺 電路第五版2011 北京鬲等教育出版社；Multisim原件介紹百度文庫；附錄:電路原理圖二、元器件明細(xì)表555定時器1個七段共陰極