西华大学数电课程设计

课程设计说明书。

日期：2024年 7 月 3 日。

倒计时控制电路的设计。

摘要：本文的目标是设计一个可灵活调节的倒计时计数电路。为了使计数器且能够自由切换运行状态及计数步长，本文将电路设计为四个模块。

（1）信号产生模块产生分信号与秒信号；（2）控制模块控制运行状态(计数/置数)的切换以及计时步长(分/秒)的切换；（3）计数模块实现对预置数进行倒计时功能实现；（4）显示模块负责将倒计时计数显示以及当前运行状态、计数步长及计时停止的显示。利用multisim**软件为平台倒计时控制电路的**设计过程．对电路的设计原理、构成方法作了详细的介绍，使用虚拟仪器、虚拟元件完成了电路系统的设计与**，并利用altium designer进行pcb电路图的绘制。

关键词：倒计时控制电路，信号产生模块，控制模块，计数模块，显示模块，multisim，altium designer

abstract：the goal of this article is a countdown counter circuit design can be flexibly adjusted. in order to counter and freely switching the operating status and count steps, this article will circuit design into four modules.

(1) signal generation module generates component signal and the second signal; (2) control module controls the operating state (counts / set the number) as well as the timing of switching steps (minutes / seconds) switch; (3) to achieve the preset counting module number achieve countdown function; (4) display module is responsible for the countdown counter display and the current operating status, stop counting steps and timing display. use multisim simulation software platform countdown control circuit simulation design process. the design principle of the circuit configuration method introduced in detail, using the virtual instrument, virtual components to perform the design and simulation of circuit system, and the use of altium designer schematic drawing of pcb.

keywords：countdown to the control circuit, the signal generation module, a control module, the counting module, display module, multisim, altium designer

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。在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。

在日常生活中，我们经常碰到一些需要定时的事情，不仅在医学设备、在交通方面、比赛场合等，而且在一些数字化、智能化设备上倒计时定时器得到了很好的应用。例如印相或放大**，需要定在零点几秒的时间，洗衣机洗涤衣物需要定在几分钟到十几分种的时间，电风扇需要定在数十分钟的时间。完成这种定时的定时器有多种多样，在家用电器中采用的机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的，这种定时器虽然结构简单，成本低，维修也比较方便，但是它的触头频繁接触和断开，大大的缩短了它的使用寿命，也不利于进一步全自动化。

在电子技术突飞猛进的今天，电子定时器也慢慢的多了，有采用模拟量的定时、有采用单片机定时的、有采用数字电路定时的等等。

计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。

计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有rs触发器、t触发器、d触发器及jk触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。

计数器应用包括通话、短信、数据等类别的记录，并支持用户自主选择清零日期，以及按照类别添加提醒数值，如用户可以选择每月任一一天，或者第一天、最后一天作为记录循环清零日，同时添加通话时长、短信条数、数据流量数量的提醒节点。

计数器的应用极为广泛，不仅能用于计数，还可用于分频、定时，以及组成各种检测电路和控制电路。

1、如果按照计数器中的触发器是否同时翻转分类，可将计数器分为同步计数器和异步计数器两种。

2、如果按照计数过程中数字增减分类，又可将计数器分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器，随时钟信号不断增加的为加法计数器，不断减少的为减法计数器，可增可减的叫做可逆计数器。

本设计的设计目标是设计一个能够切换分/秒，计数/置数，且有相应指示灯显示的倒计时控制电路。

为了实现本设计，本文将整个电路分为4大模块。信号产生模块，产生时钟脉冲，并根据需求产生分或秒信号；控制模块，控制倒计时电路的运行模式(计数/置数)，控制电路的计时步长(分/秒)；计数模块，完成对预置数的计算，实现倒计时功能；显示模块，将计数结果显示。

本文首先对总体电路设计进行了粗略的阐述，并画出了实现本电路设计的流程框图，然后再总体框图的流程下，做出具体的电路，并根据需要实现的功能，对电路结构进行选取。接着利用**软件对设计电路进行**，分析结果，对错误的模块进行逐步检查，找出错误并调试至正确，确保设计的正确性。

方案一原理框图如图。

图2. 方案一示意图。

方案一原理为：在产生脉冲信号执行本电路之前，预先设置好所需倒计时时间与倒计时时间步长刻度，执行电路中不能更改，在利用脉冲信号转换为相应的时间信号，送入计数电路进行计数，并将计数结果显示在显示器中。

方案二原理框图如下。

图方案二示意图。

方案二的原理为：无论是在启动电路之前还是在启动电路之后，皆可执行置数以及时间步长的选择，并且巧妙的利用计数/置数模块实现了暂停的功能，除此之外，方案二在计数基础上添加了复位电路，使得计数电路的灵活性更强，接通电源之后，信号源产生信号送入计数器中进行倒计时功能的实现，并将计数结果通过显示模块进行显示。

两种方案在满足各自电路的执**况均可以实现对预置数进行倒计时的功能。

方案一中的电路能够简单的实现倒计时功能，但是存在着灵活性差，选择性差，且没有复位功能的缺点。

方案二中的电路在实现倒计时功能的基础上，能够灵活的切换计数/置数功能，以及时间步长分/秒的切换，并提供复位电路，对电路的灵活性有了进一步的提高。

因此，基于现代生活灵活度高，选择性好的，本文选取方案二为本次实验的设计电路。

用三个可预置数的同步十进制可逆计数器组成三位十进制减计数器，通过两个led数码管显示器显示；设有预置/运行转换控制电路，控制计数器处于预置状态还是计数状态，且设有显示灯显示计数状态；设有分/秒转换控制电路，控制计数器计数步进，且设有显示灯显示计数步长。计数期间利用信号灯辅助显示计数过程，当计数完毕之后，显示管保持显示，且停止信号灯亮起。本次电路设计中本文没有利用电路产生信号源，而是利用理想信号源进行电路的设计。

本次设计方案以三个同步十进制可逆计数器组成的减计数器为核心。秒信号由理想矩形信号源产生，频率设置为，峰峰值电压设置为；分频器由个四位二进制可预路单元模块设计

的同步加法计数器以及与非门构成；倒计时的分/秒选择本电路选择利用一个双上升沿触发器进行切换；倒计时的预置/运行转换控制同样由一个双上升沿触发进行切换；三位减法计数器由三个同步十进制可逆计数器构成；显示电路由三个共阴极数码管构成；提示电路由开关，与非门，组成。

电路工作前，将控制模块中的预置/运行转换控制开关转换为预置模式，预置模式指示灯点亮，并利用3个四位开关进行倒计时初始化。电路工作时，将控制模块中的状态转为计数状态；信号源产生矩形信号，经由转换为秒信号，秒信号再次经由一个由组成的60分频器产生分信号，信号的选择由控制模块的分/秒转换控制电路选择，并将相应的指示灯点亮；将选择后的信号送入计数模块，并由减计数器进行计算，开始倒计时，并将结果实时的送入显示模块，由数码管显示出当前计数情况，并在计数变化时点亮指示灯来辅助显示。当计数结束时，减计数器使数码管保持显示，并将结束信号灯点亮。

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