30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 (3)
1.1倒计时计数器组成 (3)
1.2工作原理 (3)
二、拟定设计方案 (4)
2.1用Multisim进行仿真设计 (4)
2.2设计实现数码管显示 (4)
2.3设计555定时振荡实现秒振荡发生功能 (4)
2.4设计实现减法计数功能 (5)
2.5设计实现二位数减法计数功能 (5)
2.6设计实现反馈电路实现30秒计数功能 (5)
2.7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 (5)
2.7.1清零/复位电路 (5)
2.7.2暂停/继续计数电路 (6)
2.7.3启动电路 (7)
2.8设计实现闪烁报警电路 (8)
三、功能说明总结 (9)
四、课程设计小结 (9)
参考文献 (10)
附录：
一、电路原理图 (11)
二、元器件明细表 (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。
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：
图1
1.2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Windows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 端直接接高电平，BI/RBO也接高电平，将七段数码管的七个引脚分别接100Ω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5.1kΩ，由周期计算公式：
T≈0.7（R1+2R2）C1 ≈ 1s
图2
2.4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。
图3
2.7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，闭合清零，开启复位。
图4
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。
