任意时间倒计时计数器的设计

任意时间倒计时计数器的设计
摘要：本设计实现任意秒数倒计时的功能，首先利用555定时器连接电阻和电容改装成多谐振荡器，将输入脉冲经电路转换输出矩形波，并改变电容和电阻的参数使输出周期为1秒。

计数部分用74LS192芯片来实现，74LS192芯片是8421码计时的，符合任意几十秒读数的需要。

译码部分采用74LS48芯片，74LS48是把8421BCD码经过内部作用和电路“翻译”成七段输出，然后直接推动LED，显示十进制数。

此设计功能完善，可以直接清零,启动和暂停/连续计时, 进而实现断点计时，同时还应用了七段数码管来显示时间。

当计数器显示的数字递减到零的时候，会发出光电报警信号。

其设计由计时模块、控制模块、以及译码显示模块3个部分组成。

关键词：计时器；报警；芯片模块化
The Design of Any Time Countdown Counter
Abstract：The design implements the function of 30 seconds countdown , At first ,use
a 555 timer concussion connected with resistor and capacitor converted into a multivibrator, which can inverter the input pulse into a circuit output square wave,and change the parameters of capacitance and resistance so that the output cycle is a second. The counting part is realized by 74ls192 chip,and 192 chip is timed at 8421 yards , which can meet the need of 30 seconds reading. Decoding part adopts 74ls48 chip, 74ls48 is at the 8421 BCD by internal function and circuit "translate" into seven period of output, then directly promote LED, and shows a decimal number.The function of this design is perfect, it can directly reset, start and stop/continuous time, then realize breakpoint time, at the same time it also uses seven digital tube to display time. When the counter of the digital display diminishing to zero, it will have a photoelectric alarm signal. It is designed by hourly module, control module, and decode display module 3 parts.
Keywords: The timer photoelectric; Alarm; Modular
目录
第一章绪论 (1)
1.1课题背景与意义 (1)
1.2论文的主要内容 (1)
1.3论文的基本要求 (1)
第二章电路设计 (2)
2.1电路设计方案 (2)
2.2工作原理 (3)
第三章倒计时计数器元器件介绍 (5)
3.174LS48芯片 (5)
3.274LS192芯片 (7)
3.3555振荡电路 (8)
3.4单元模块 (9)
3.4.1时钟模块 (9)
3.4.28421BCD码递减计数器模块 (11)
3.4.3译码显示模块 (12)
3.4.4报警电路模块 (14)
第四章电路仿真及其未来展望 (15)
4.1电路仿真 (15)
4.2系统仿真结果 (15)
4.3不足之处与未来展望 (17)
第五章总结 (18)
参考文献 (19)
第一章绪论
1.1课题背景与意义
随着科学技术和计算机应用方面的不断发展，计时器在许多领域中得到普遍应用，如体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来作为各种药丸、药片、胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器对现代社会的意义是何其重大。

在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化和智能化已经非常成熟，其发展前景仍然不可估量。

如今人们需求的是一种能给自己带来方便的电子产品，当然最好是人性化和智能化的产品。

倒计时计数器的用途很广泛。

它可以用作定时，控制被定时电器的工作状态，实现定时开或者定时关。

加上运用显示电路将倒计时的时间显示出来，从而更让人觉得这是个比较方便的控制加定时开关。

1.2 论文的主要内容
此次设计主要是验证30S倒计时计数器的功能，整体功效分为：显示30秒倒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；在直接清零时，数码管显示器显示“00”，同时发出光电报警信号；计时器为30秒递减计时其计时间隔为1秒；计时器递减计时到零时，数码显示器不灭灯，同时发出光电报警信号等功能。

1.3 论文的基本要求
（1）设计必须有3O显示计数功能；
（2) 设置为3OS下降定时器，定时器的时间间隙应设置为1；
（3）设置外部操作开关，保证启动和暂停/连续功能，控制计数器的直接清零；
（4) 在直接清零的时候，需要数码显示器的灯不会熄灭；
（5) 当减少到计数器的数字为零时，数字显示灯不熄灭，报警器就会发出报警信号。

第二章电路设计
2.1 电路设计方案
对设计任务的分配的设计思想，系统的设计包括一个秒脉冲发生器，计数器，解码显示，控制器和报警器，由这5个结构组成的。

定时电路降低的时间，时间间隔应1S，定时器将自动减1，其中，计数器和控制器是整个系统的核心部分。

计数器具备实现30S倒计时计数的功效，而控制电路则必须具备控制计数器的清零，驱动和停息/连续的功效、译码显示器是不是会显示，还有光电报警器会不会发出报警信号等功能。

图 2.1 30S倒计时器电路图
为了满足此次设计的需要，设置控制电路及控制开关是时候，需要认真处理好每个信号之间的时序关系，否则实验不会顺利的演示成功。

在操作中直接明确要求，计数器复位，数字显示灯不发光。

当S2开关处在时间的封闭状态，控制电路应封锁时钟信号CP，还需要反功能明确，译码显示30字符样，针对计数器开始逐级递减计数；当使停息/连续开关S1处于断开形态的时刻，计数器会暂停计数，而后处在保持状态；当暂停/继续开关S1处于关闭状态，计数器将继续下降，计数，当计数器计数降为零，导致控制器发出报警信号，二极管灯会点亮。

当暂停/持续开关S1与地接线的时候，计数器会直接清零，同时数码显示器上的灯会熄灭。

篮球30s倒计时计时器的框图如图2.1所示。

它由计数器、译码显示器、秒脉冲发生器、报警器、控制电路板等构成的。

为了介绍报警电路的作用，所以用发光二极管来取代，二极管发光可以代表发出了警报效果。

组成的电路图如图2.1所示：
2.2 工作原理
此次课程设计要完成的是一个倒计时计数器，倒计时计数器的工作过程是：接通电源后，打开拨动开关，两个数码管都显示零，按动复位开关，数码管显示30，并且从30开始倒计时计数直到零为止，在中间任意时刻按动复位开关都会从30开始倒计时。

该电路利用555芯片构成的多谐振荡电路产生脉冲信号，经过74LS08与门电路作用于74LS192，先给74LS192值数，经过同步十进制计数器74LS192计数，再经过译码器74LS48进行译码，数字将会在数码管上显示。

本次实验利用了555芯片组成的多谐振荡电路发出脉冲信息，而后再通过译码器74LS08与门电路作用于十进制计数器74LS192，但一定要给74LS192十进制计数器的值，通过74LS192十进制计数器计数，该74LS08解码器的解码，最终将会显示在数码管上，让人读取。

整体原理框图如图2.2所示
图2.2 设计总体原理方框图
第三章倒计时计数器元器件介绍
本文设计需要使用元器件具体有555定时器，7个字符显示译码器74ls48，同步十进制可逆计数器74LS192，时钟电路模块，8421BCD码计数器电路模块，译码显示器电路模块，报警器电路模块。

关于这些元件相关功能和参数会进行如下的简单介绍。

3.1 74LS48芯片
随着74LS48的7节字符显示译码器输出功能，高效，安全的工作电压为5V。

如图3.1所示：
图3.1 74LS48 引脚效果图
74LS48除能够达成7段字符显示译码器基本功能的输入（ABCD）和输出（a～g）端外，它还引入了测试灯输入端LT和动态清零输入端RBI，这样隐藏的输入/输出BI/RBO终端的输入和输出功能的动态复位功能。

通过74LS48真值表可以得到该芯片本身所具有的逻辑关系功能：
（1）7段字符解码显示功效（当LT=1，RBI=1时）
在测试灯输入端LT和动态清零输入端RBI都接无效电平时，输入DCBA经74LS48译码，输出高电平有效的7段字符显示器的启动信息，显示相应字符。

除了DCBA = 0000，RBI也可以连接到一个低电平上，
（2）消隐功能（当BI=0时）
当输入端作为BI/RBO时，当该输入端输入低电平信号的时刻，无论LT 和RBI 输入高电平信号以及低电平信号，无论输入DCBA做为甚么状态呈现，输出端将会显示为“0”，7段字符显示器不显示。

此为多显示器的动态显示功能。

（3）灯测试功能（当LT = 0时）
当输出端为BI/RBO端，输入信号是低的，独立于DCBA输入，输出信号显示为“1”，7个字符的显示器都亮。

此为7段显示器的测试作用上的功能，鉴别显示器中是不是有损坏的字段问题的出现。

（4）清零功能（当LT=1，RBI=1时）
当输出端为BI/RBO端，输入信号是高的，RBI 端输入低电平信号，这个时刻当DCBA =0000时，输出信号显示为“0”，这样会导致7段字符显示器都熄灭，但不会显示出这个零。

当DCBA≠0的时候，则不会影响其显示功效。

此为多个7段显示器同时显示时的功效，高电位上的数字会熄灭。

如图3.2所示：
（c）
图3.2 7段显示译码器7448（a）逻辑图（b）方框图（c）符号图如图所示可以观察到，4号管脚端同时具有输入和输出的功效。

当输入双低，G21=0，输出的所有字段都设置为0，这将实现消隐功效。

当LT=1，RBI=0，DCBA=0000时，输出将显示一个较低的水平，这将实现动态复位功效。

当LT端低电平有效时，V20=1，输出的所有字符设置为1，此时可以实现灯测试。

3.2 74LS192芯片
74LS192可用为同步十进制可逆计数器。

它具备双时钟输入、复位与置数等功能。

其逻辑功能表为表3.1，逻辑图如图3.3所示
表3.1 74LS192芯片的功能表
输入输出工作状态
R D LD CLK U CLK D D3D2D1D0Q3*Q2*Q1*Q0*O
C'O
B'
1 1×
×
×0
×1
××××
××××
0 0 0 0
0 0 0 0
1 0
1 1
清零
0 0×0
× 1
0 ×
1 ×
0 0 0 0
0 0 0 0
1 1 1 1
1 1 1 1
0 0 0 0
0 0 0 0
1 1 1 1
1 1 1 1
1 0
1 1
0 1
1 1
预置数
0 0 0 1
1
1
↑ 1
1↑
1 1
××××
××××
××××
加计数
减计数
Q3Q2Q1Q0
1 1
1 1
1 1
加计数
减计数
保持
图3.3 74LS192逻辑图
引脚排列及逻辑符号如图3.4。

（a）引脚排列 (b) 逻辑符号
图3.4 引脚排列及逻辑符号
如上图所示：作为加计数端，作为置数端，作为非同步进位输出端，作为减计数端，作为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3作为计数器输入端，Q0、Q1、Q2、Q3作为数据输出端，作为清除端。

3.3 555振荡电路
555管脚内部电压使用了三个标准阻值为5K的电阻阻，所以给它取名为555电路。

故555管脚如图3.5所示：
图3.5 555管脚图
由555振荡电路构成的多谐振荡器如图3.6（a）（b）所示：
图3.6 多谐振荡器
555振荡电路需要R1 和R2 都大于1.5KΩ，且R1＋R2的值要不超过3 MΩ。

由NE555组成的多谐振振荡器电路。

连通电源后， C2会处于充电状态，Vc的值会，当Vc高涨至2/3Vcc时，这样会致使触发器清零，同时放电电路会被连通，这样Vo会变成低电平，因为电容C能够经过R5和T来进行放电操控，这样会使得Vc的值有所降低，当下降至1/3Vcc的时刻，触发器就又会清零，从而导致Vo高涨到高电平。

当电容C放电终止后，T会被停止，这个时候Vcc能够通过R5、Rw和R4向电容器举行充电操控，当Vc的值高涨到2/3Vcc时，触发器会处于翻置状态，如此反复，所以我们可以得到输出方波的周期和频率的计算公式：
f =1 / (t1+t2) ； f = 1.44 / (R1+2R2) C。

3.4 单元模块
3.4.1时钟模块
这个电路使用多个谐振电路，包括555定时器和脉冲产生电路。

NE555集成电路应用程序和工作模式可以分为3种类型。

每种类型的工作分为不同的电路块。

在实际使用中，除了单一的电路，还可以使用不同的电路组合很多复杂的电路，如：单稳态、双稳态、稳态和双稳态的不稳定和没有组合电路的稳定性等。

图3.7是NE555的内部框图和管脚图。

图3.7 NE555的内部功能框图和管脚图
NE555组成的多谐振荡器如图3.8所示，接通电源后，电容器C1被充电，Vc上升，当Vc上升到3/2Vcc时，触发器复位,同时释放出电流，三极管导通，此时Vo 为低电平，电容C1通过R4和T放电，使Vc下降，当下降至1/3Vcc时，触发器重新置位，V0跳转为高电平。

电容C的放电时间为：
tPL=R4Cln2≈0.7R4×C （1）当电容C放电结束时，T截止，Vcc将通过R4和R3向电容器C充电，Vc由1/3Vcc 上升到2/3Vcc所需时间为：
tPH=（R3+R4）C×ln2≈0.7（R3+R4）C （2）当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又发生了跳转，如此反复，在输出端就得到一个周期性方波，频率为：
f=1/（tPL+tPH）≈1.43/( R3+2R4)C （3）在本设计中选择R17=100K,C1=10uF，经过计算需要一只R16=22K即可输出频率为1HZ周期为1秒的秒脉冲，达到设计要求。

图3.8 NE555定时器结构
3.4.2 8421BCD码递减计数器模块
电路设计采用3O进制计数器的整体置数。

首先将两片74LS192接成百进制计数器，然后将电路的29状态译码产生LD=0信号同时加到两片74LS192上，在下个计数脉冲(第30个输入脉冲)到达时将0000同时置入两片74LS192中，从而得到三十进制计数器。

本设计是做篮球30s倒计时电路，30进制计数器的计数CP脉冲应从CP
D
端（即DOWN端）输入，并且计数器的预置数应为00110000（BCD码），其中上片74LS192芯片置为0000，下片74LS192芯片置为0011，即为十进制的30.它的计数原理是：当低位计数器BO端发出借位脉冲时，高位计数器才作递减计数。

当高、低位计数器
处于全零，且CP
D 为0时，置数端LD为0，计数器完成并行置数，在CP
D
端的输入时
钟脉冲作用下，计数器再次进入下一次循环减计数。

由74LS192组成的30进制递减计数器如图3.9所示。

74LS192是一种同步的8421BCD码加/减计数器，具有清零、置数、计数等功能。

计数器选用汇总规模的集成电路74LS192进行设计要相对简单一点。

74LS192是双时钟十进制的可逆计数器，
CP
U 为加计数时钟输入端，CP
D
为减计数时钟输入端， LD为预置输入控制端，表现为
异步预置，CR为复位输入端，高电平有效，异步清除，CO为进位输出端：表现为1001
状态后负脉冲输出，BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

图3.9 三十进制递减计数器
3.4.3 译码显示模块
这类模块是由两片74LS248译码器和共阴极七段字符液晶显示器组成的，它的透明度和呈现的颜色受外加电场的影响，利用这一特性便可做成字符显示器。

经过计时器的输出加载到解码器的输入过程，继而达成共阴极七段液晶显示器从30减至0的计时功效。

74LS248是七段字符显示译码器
用A、B、C、D默示译码器显示模块输入的BCD代码，用a---g默示7位二进制代码的输出，用L表示数码管熄灭形态，用H表示数码管点亮形态。

其功能表为下表3.2所示：
表3.2 74LS248译码器功能表
试灯输入端，表现为低电平有效。

当=O时，数码管的七段管全亮，与输入进去的译码信号毫无关系。

此输入端用来测试LED数码管的好与坏；
动态消隐输入端，也表现为低电平有效。

当=1，=O时，译码输入全都为0时，则不显示输出，显示器显示为O字时，表示该灯已熄灭；当解码输入不全为0，正常显示。

此输入可以用来消除无效O.
灭灯输入/输出端动态消隐，可作为输入和输出的影响。

当作为输入使用且都为O的时候，数码管的七段字符全灭且与译码的输入量没有关系。

但
作为输出应用时，此时受控制于和；当=1且=O时，
=O；否则其他情况下=1.这主要适用于多个性状的姐解码器显示之间的相互联系，它的掌握是非常重要的。

（2）共阴极七段LED数码管
共阴极七段字符LED数码管在日常中经常用到，但是它的管脚COM端一定要接地，其管脚图如图3.10：
图3.10 管脚图
数码管使用条件：
1、安全电流：静态工作时，总电流不得超过 8OmA；动态工作时，平均电流不得高出6mA ，峰值电流不得高出 O.1A。

2、安全电压：段电压可以根据灯管发光颜色来决定；小数点的电压也可以根据灯管发光颜色决定。

3、段及小数点电路上必须要加限流电阻，才能安全接线实验。

3.4.4 报警电路模块
当计数器减至0的时刻，数码显示器熄灭，二极管会发出光电报警信号。

在这一点上可以借错位信号返回至CT，CT=1时，计数器停止工作。

在proteus仿真中应该给发光二极管和一个1K欧姆的限流电阻,他将扮演一个电路保护功效。

才能放心运行，其报警电路如图3.11所示。

+5v
图2-8报警电路模块
图3.11 报警电路原理图
第四章电路仿真及其未来展望
4.1 电路仿真
此次设计可以利用Proteus软件进行电路仿真实验,
Proteus被广大人们所熟悉地最好地电路仿真用具,Proteus软件与其它仿真软件的区分是，它不单可以进行单片机CPU运行的仿真，也还可以仿真单片机外围电路和单片机从头至尾都没有参与的另类电路的仿真情形。

关于这样的仿真试验而言，从一种眼光上来说，解救了实验和工程操纵间脱离的不及，冲突和现象的产发，具备非常重要的释义，值得正视。

仿真的基本步骤：
设计电路仿真前详细检查是否连接正确，引脚芯片没有选错了地方。

完全确认合格后才可进行电路仿真实验。

1.用虚拟器件在工作区建立电路；
2.选定元件的模式、参数值及标号；
3.选择分析功能和参数；
4.激活电路进行仿真。

4.2 系统仿真结果
开始复位时，显示器显示为30，如图4.1所示
图4.1 电路开始复位时的仿真图
系统总体电路图绘制完成后，当点击Proteus仿真软件中的play按键时，电路系统中各元器件通电，按下左边的复位键就可以显示器上显示30的字样，然后接通SW1上面的开关，就会在显示器上看到数字逐渐递减，当按下SW1下面的开关就会计时停止，在某一时刻出现以下的图样，如图4.2所示。

图4.2 中途暂停显示出现14数字的仿真图
接着连接SW1上面的开关，系统又会继续递减数字，逐渐递减到0为止，如图4.3所示。

图4.3 显示器递减到零时的仿真图
通过调节555定时器的R4的参数值，增大的时候（通常调整到50k）可以增加递减时间间隔,通过此仿真操作基本上可以实现用外置操作开关系统，直接控制定时器的启动和中止/继续功能；在直接复位的时刻，数码管液晶显示器显示零零，同时报警器会发出报警信号；计时器为30S起始递减时其时间间隙为1S；定时器减少到零，数字显示灯不发光，同时，报警器就会发出报警信号等功能。

4.3不足之处与未来展望
所设计的30S倒计时器，基本上达到了应用所需要求。

由于学校方面不怎么提供实验器材的帮助，所以未能做成实物，这一点稍稍有点遗憾。

如果做成实物，我想也还不够完美，毕竟这一块上我还不是太精通，以后有时间需要多加锻炼。

通过软件仿真试验的设计，可以减少错误，毕竟，在现实中，由于误差和仪器之间的电路装置工作很长时间会发热，使得测量数据不会很准确。

因此以后在从事研发工作的时候要多加注意这一点。

所以元器件需要更加的精密。

作为篮球运动30S倒计时器的应用，篮球运动作为一项很受人们欢迎健身项目，已有一段很长的历史发展过程。

在我国，篮球运动非常盛行，而且篮球比赛也向职业化步伐迈进。

有必要在篮球比赛中使用定时器，目前市场的绝大部分是用24S的系统，但随着篮球制度的改革与发展可以采用30S的系统。

是以策划一款30S计时器是很是需要也是很有应用前途的。

有需要就有市场，有市场才有研发人员的热血。

第五章总结
这次试验实质囊括脉冲发生器、定计器、译码显示器、报警装配和辅助时序控制电路五个局部。

定计器和辅助时序控制电路是全部条理中最核心的。

当计时电路期间发生递减时，其间隙周期为1秒，而定计器会-1。

定计器完成30S倒计时功能时，而时序控制电路终了计数器的复位、驱动计数器、中断/不断计数、译码显示器显示时间与灭灯、按时报警等效用。

当定计器时间归零时，显示器上显示00，同时光电报警会发出报警信号，发光二极管LED灯也会变亮。

本设计前后共用了一个多月左右的时间，经过设计，用了大半月的时间进行了线路图和仿真操作，在仿真时用与非门芯片74LS00代替非门芯片74LS04操纵运行。

经测试不影响实验结果。

尽管此次试验没怎么达到我预定的目标，然则实现了30S的倒计时显示功能：定计时器最先从30递减计数时，它的时间间距为1S；计时器递减计时到零时，数码显示器不会熄灯，但光电报警装置会发出报警信号，发光二极管LED灯会由此变亮。

达到通过表面电键的操作来控制计时器的启动和暂停及接续功能；在径直归零时，会导致数码管显示器上的灯熄灭。

此外，我也再一次懂得了设计电路的关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。

在我们自己设计电路时候，我们应该将电路总体的功能分解成为几个简单的电路模块，这样就大大减小了整个电路的难度系数，同时这样做还能够加深对整个电路和局部电路之间的联系的理解，对设计系统总体电路很有帮助。

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