绪论本课程设计是数字逻辑电路知识的简单应用，利用计数器、译码器和与门、或门、与非门等门电路制作一个逆计数器。

通过外部的开关控制，可控制不同的功能，本设计关键在于对计数器、门电路、译码器的运用和个人的逻辑思维。

利用计数器计数，通过各种不同的门电路组合构成不同的反馈，从而形成24制计数规则，最后通过译码器和数码管输出显示。

1、设计的目的、要求及其技术指标1.1设计的目的1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握数字电路系统设计的基本方法、设计步骤，进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用。

2．学习和练习在面包板上接线的方法、技术、注意事项。

3．学习数字电路实物制作、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧。

4．培养细致、认真做实验的习惯。

5．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

1.2设计的要求1. 具有24秒计时功能。

2. 设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。

3. 在直接清零时，要求数码显示器灭灯。

4. 计时器为24秒递减时, 计时间隔为1秒。

5. 计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，蜂鸣器要报警、发光二极管亮灯。

1.3设计的技术指标1．分析所设计的电路，确定参数，选择出一种最适合本课题的方案。

在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。

2．运用仿真软件Multisim对电路进行仿真。

观察效果并与课题要求的性能指标作对比。

3．搭建电路，进行调试。

2、方案设计的思路和过程2.1系统框图2.2总体设计思路正如系统方框图一样，此方案主要分单元进行设计。

由课题很显然方案的主体是计数器单元的设计，通过译码显示电路显示出来。

这两者都需要被提供一个脉冲。

其余的单元按照所给要求进行线路的设计即可。

3、单元电路的设计 3.1秒脉冲发生器3.1.1 555定时器的电路结构和工作原理 内部结构：工作原理：译码显示报警电路计数器 秒脉冲 发生器控制电路 启动暂停/连续 直接清零它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关T ，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为Vcc 32和Vcc 31。

C1和C2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过Vcc 32时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于Vcc 31时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

D R 是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接Vcc 。

Vco 是控制电压端（5脚），平时输出Vcc 32作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F μ的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T 为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

3.1.2 555电路的引脚功能555引脚图555定时器功能表输入输出阈值输入I1ν 触发输入I2ν 复位D R输出0ν放电管T××0 0 导通 Vcc 32< Vcc 31< 1 1 截止 >Vcc 32Vcc 31> 1 0 导通 Vcc 32< Vcc 31> 1不变不变3.1.3 NE555的特点1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL ，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

5.静态电流 最大值 VCC = 5 V, RL = ∞ =6mA VCC =15 V, RL = ∞ =15mA 3.1.4秒脉冲的设计（用555定时器构成多谐振荡器） 1.电路组成：如下图（a ）2.工作原理：接通电源后，电容C 被充电，当c ν上升到Vcc 32时，使0ν为低电平，同时放电三极管T 导通，此时电容C 通过2R 和T 放电，c ν下降。

当c ν下降到Vcc 31时，0ν翻转为高电平。

电容器C 放电所需的时间为pL 22t =R Cln20.7R C ≈当放电结束时，T 截止，cc V 将通过1R 、2R 先锋电容器C 充电，c ν由Vcc31上升到Vcc 32所需的时间为pH 1212t =R +R Cln20.7R +R C ≈（）（）当c ν上升到Vcc 32时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到个周期性的矩形波。

器振荡频率为pL pH 1211.43f=t +t R +2R C≈（）uc DDV 32利用此原理设计秒脉冲：参数选取：1R =6k Ω 2R =4.7k Ω C=100μF 理论计算：pL pH 1211.43f=t +t R +2R C≈（）1.43==0.936+2 4.70.1⨯⨯（）3.2计数器3.2.1 74LS192芯片及其功能74LS192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清零和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下图所示。

D TC ——错位输出端（低电平有效） U TC ——进位输出端（低电平有效）D CP ——减计数时钟输入端（上升沿有效） U CP ——加计数时钟输入端（上升沿有效）MR ——异步清除端 P0P3——并行数据输入端PL ——异步并行置入控制端（低电平有效） Q0Q3——输出端74LS192引脚排列及逻辑符号74LS192的功能，说明如下：当清零端MR 为高电平“1”时，计数器直接清零；MR 置低电平则执行其它功能。

当MR 为低电平，置数端PL 也为低电平时，数据直接从置数端P0、P1、P2、P3置入计数器。

当MR 为低电平，PL 为高电平时，执行计数功能。

执行加计数时，减计数端D CP 接高电平，计数脉冲由U CP 输入；在计数脉冲上升沿进行8421码的十进制加法计数。

执行减计数时，加计数端U CP 接高电平，计数脉冲由减计数端D CP 输入。

3.2.2计数器的级联使用一个十进制计数器只能表示0-9十个数，为了扩大计数器计数范围，常将多个十进制计数器级联使用。

同步计数器往往设有进位（或借位）输出端，故可选用其进位（或借位）输出信号驱动下一级计数器。

3.2.3计数器部分设计的电路说明：当按下启动开关J1时，置数端得到有效电平，给十位置2，个位置4，同时与门打开，即开光J3闭合，秒脉冲进入芯片１减计数时钟输入端4号脚开始减计数，当芯片１减为0时，13号脚即产借位信号，同时为芯片２的4号脚提供减计数时钟有效沿，如此实现２４秒倒计时。

3.3译码显示模块3.3.1 CD4511引脚图及功能CD4511的引脚图CD4511是一个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS 电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器锁存。

A1、A2、A3、A4：为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

3.3.2 数码管数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。

共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。

当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。

共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。

共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。

当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大，并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。

3.3.3译码显示模块设计的电路3.4报警电路采用光电报警，当倒计时的十位与个位同时为0时，计数器的13脚即借位端输出低电平（通常都为高电平），发光二极管亮灯，且蜂呜器发出响声。

接U2的13脚3.5控制电路当按下启动开关J1时给74ls192置数端提供有效低电平，同时给74ls192提供有脉冲，使计数。

当倒计时至0时74ls192芯片十位产生借位，输出低电平，即可报警。

当按下暂停、连续开关J3时，为4511LT锁存引脚提供有效高电平，将显示信与锁存，同时将秒脉冲截断，使计数保持。

当按下清零灭显示器开关时给两片74ls192芯片清零端ＭＲ，提供有效高电平，将计数值清零。

4、仿真电路图及结果·仿真电路图见附件A仿真结果：金陵科技学院课程设计报告5、实际电路5.1 实际电路图5.2 实际电路结果显示6、设计结果分析与总结通过本次课程设计，我熟悉了一个电路设计作品的整个制作过程。

首先，我觉得通晓整个设计的元器件是最基础的。

如果你对某个元件的功能或者引脚不能完全弄懂，也会使得你所需要的结果出不来。

比如74LS192的MR脚，在计数的时候必须是低电平。

因此各个元件的功能引脚必须熟记于心。

其次是这个元件的工作方式，是在怎样的情况下工作的。

比如显示器，需要加电阻进行限流。

除此之外，在电路图设计时要考虑到元器件的使用个数，需要我们参考市场价格做出既便宜又能实现设计要求的设计；调试的时候不要急躁，要一部分一部分进行调试，出现问题要分析现象再估计错误，接着验证解决。

如不计数，那可能是由于芯片不能正常工作，这时就要对每个芯片进行测量，看其是否都工作在工作电压下。