基于TTL電路的倒數計數器設計及應用

2 倒數計數器的基本結構

倒數計數器可預置“10-90”范圍時(shí)間，其基本結構如圖1所示，核心是TTL集成電路74LS190，該器件是可預置的十進(jìn)制同步加／減計數器。倒數計數器主要由時(shí)間設置電路、基準時(shí)間振蕩電路、計數器、顯示電路和控制電路及響鈴電路等組成。其中，基準時(shí)間振蕩電路產(chǎn)生計數脈沖，在控制電路作用下計數器開(kāi)始減1倒數計數，并顯示時(shí)間變化。當顯示從預置的時(shí)間變化到全“0”時(shí)，計數器停止計數器，同時(shí)響鈴電路響鈴提示。

3 倒數計數器電路設計

倒數計數器的電路如圖2所示。計數器和時(shí)間設置電路由器件74LS190、74LS74雙D觸發(fā)器以及555時(shí)基電路構成控制電路，74LS04六反相器構成基準時(shí)間振蕩電路和響鈴振蕩電路。

3.1 時(shí)間設置電路

圖2中U5(74LS190)及外同電路組成時(shí)間設置電路，S2是時(shí)間設置按鈕，74LS190的LD端接高電平，EN和D／U端接低電平，CLK端接計數時(shí)鐘脈沖，對時(shí)鐘脈沖上升沿進(jìn)行加法計數，每按一次S2按鈕，產(chǎn)生一個(gè)高電平的時(shí)鐘脈沖。QA～QD輸出相應的“0～9”遞增可循環(huán)BCD碼，該BCD碼送至U2的A～D預置端。當S1接至復位端時(shí)，U2的QA～QD輸出為預置的A～D端的BCD碼，該碼經(jīng)U4(74LS47)的譯碼驅動(dòng)數碼管DS2，顯示預置的倒數時(shí)間的十位數值，而顯示個(gè)位數值的DS1則由U1的A～D預置端決定，該值始終處于“0”，因此，每按下一次S2，DS2、DS1顯示“00～90”可循環(huán)變化的倒數時(shí)間。

3.2 基準時(shí)間振蕩電路

U8(74LS04)中三個(gè)反相器及外圍電路組成時(shí)間振蕩電路，U8A和U8B構成多諧振蕩器，振蕩周期T=2.2C1(R2+R3)，該時(shí)間振蕩脈沖經(jīng)U8C反相緩沖后作為計數脈沖送至U1的CLK端。D1是控制多諧振蕩器起振二極管，當S1開(kāi)關(guān)處于復位端時(shí)，振蕩器停振，U8C輸出為高電平；而當S1處于計數位置時(shí)，振蕩器開(kāi)始振蕩，輸出基準時(shí)間脈沖送至U1倒數計數開(kāi)始。U8B和U8C振蕩波形如圖3所示。

3.3 計數及顯示電路

U1～U4以及DS1～DS2組成了計數顯示電路。當S1開(kāi)關(guān)處于復位時(shí)，U1和U2的LD端處于低電平，U7的D觸發(fā)器復位，輸出Q端為低電平送至U1和U2的EN端，因此，74LS190處于預置輸出狀態(tài)，U2的QA～QD輸出為U5預置產(chǎn)生的BCD碼，此碼經(jīng)U4的74LS47 BCD-7段譯碼后，直接驅動(dòng)數碼管DS2共陽(yáng)極的進(jìn)行顯示倒數時(shí)間的十位數值。而顯示個(gè)位數值的DS1則由U1的A～D預置端決定，該預置值始終處于“0”。當S1開(kāi)關(guān)處于計數端時(shí)，LD端由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，由于D／U端接高電平，U1和U2開(kāi)始進(jìn)行減計數。由于U1的預置值為“0”，在每一個(gè)基準時(shí)問(wèn)振蕩電路發(fā)送時(shí)鐘脈沖上升沿，U1進(jìn)行減1計數．輸出為“0-9-8――1-0”循環(huán)變化的BCD碼，經(jīng)過(guò)U3譯碼后，直接驅動(dòng)數碼管DS1顯示。而U1每次減1計數到全“0”時(shí)，紋波時(shí)鐘輸出端RCO產(chǎn)生一個(gè)脈沖，送至U2的CLK端，作為十位數的計數時(shí)鐘脈沖。在時(shí)鐘脈沖的上升沿，U2對預置的BCD碼進(jìn)行減l計數，而當U2減數計數到“0”且U1也減去計數到“0”時(shí)，此時(shí)DS2，DS1顯示為“00”，U7的D觸發(fā)器輸出高電平，U1和U2的EN端由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，計數器停止計數，而且保持輸出?”。

3.4 控制及響鈴電路

U6(LM555時(shí)基電路)、U7(D觸發(fā)器)和U8(三個(gè)反相器)組成的多諧振蕩電路構成了計數控制及響鈴電路。U7A的D觸發(fā)器構成了雙穩態(tài)電路，當U2十位減1計數到“0”時(shí)，進(jìn)位／借位端MA／MI輸出一個(gè)高電平脈沖，作為雙穩態(tài)電路的發(fā)時(shí)鐘脈沖，U7A輸出狀態(tài)翻轉，由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，送至U7B的D觸發(fā)器的輸入D端。而此時(shí)，U1個(gè)位計數器再次從“9-8---1-0”循環(huán)計數，當減1計數到“0”時(shí)，U1的MA／MI端輸出一個(gè)高電平，作為U7B的D觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖，因此D觸發(fā)器輸出Q端由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，使得U1和U2的EN端由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，計數器停止計數，而且保持輸出?”。Q由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過(guò)由R9和C5組成的微分電路產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖觸發(fā)U6的單穩態(tài)電路，U6輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖降臅簯B(tài)過(guò)程，經(jīng)過(guò)T=1.1R8C4的時(shí)間，高電平的暫態(tài)過(guò)程結束跳變?yōu)榈碗娖?，在暫態(tài)高電平期間，U8D～U8F組成的多諧振蕩器開(kāi)始振蕩，經(jīng)過(guò)放大后驅動(dòng)揚聲器LS響鈴。

4 電路調試

該電路設計只需調試基準時(shí)間即可，R3選用精密微調電阻，頻率計接至U8C輸出端，S1開(kāi)關(guān)打至計數端，微調R3使頻率計顯示的周期為1 000 ms。響鈴頻率可斷開(kāi)D2調節R5，直至得到合適的鈴聲為止。

5 倒數計數器應用

此電路設計非常適用于現場(chǎng)競賽定時(shí)，主持人預先設置所需時(shí)間，將S1打至復位，連續輕按S2設置時(shí)間。若需設為60 s，則需連按6次S2，顯示為60，表示60 s。當主持人要求競賽者定時(shí)回答問(wèn)題時(shí)，主持人或其他工作人員立即將S1開(kāi)關(guān)打至計數端，此時(shí)，計數器開(kāi)始工作，時(shí)間顯示從預置時(shí)間開(kāi)始倒數顯示，當顯示為“0”時(shí)，響鈴電路產(chǎn)生約3 s的結束鈴聲。當需下一次開(kāi)始時(shí)，再將S1打至復位，重新開(kāi)始。此外，該設計電路也可作為家庭烹飪定時(shí)器，需將定時(shí)10 s～90 s擴展到10 min～90 min，將C1用10μF代替，R2和R3用MΩ代替，調節R3使周期達到1分鐘即可。為了使響鈴連續報警，可去掉圖2中U6單穩態(tài)電路，將U7B的D觸發(fā)器Q端直接連到D2的陰極，這樣在定時(shí)時(shí)間達到，響鈴電路一直報警直至將S1打至復位為止。

6 結束語(yǔ)

基于TTL集成電路的倒數計數器，電路設計簡(jiǎn)單，調試方便，時(shí)間設置范圍廣，還可以根據需要將倒數時(shí)間設置到個(gè)位，只需再增加一個(gè)74LS190和設置開(kāi)關(guān)，將設置的個(gè)位數值時(shí)間送至U1即可。