基于TTL電路的倒數(shù)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)及應(yīng)用
目前，定時(shí)計(jì)數(shù)及控制電路大多采用單片機(jī)外加輸入／輸出接口電路構(gòu)成。本文采用TTL集成電路設(shè)計(jì)倒數(shù)計(jì)數(shù)器，具有工作穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、無(wú)需單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和編程、易于制作、時(shí)間設(shè)置范圍廣、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于競(jìng)賽類時(shí)間控制、烹飪定時(shí)等，也可用作實(shí)驗(yàn)計(jì)數(shù)器。
2 倒數(shù)計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)
倒數(shù)計(jì)數(shù)器可預(yù)置“10-90”范圍時(shí)間，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，核心是TTL集成電路74LS190，該器件是可預(yù)置的十進(jìn)制同步加／減計(jì)數(shù)器。倒數(shù)計(jì)數(shù)器主要由時(shí)間設(shè)置電路、基準(zhǔn)時(shí)間振蕩電路、計(jì)數(shù)器、顯示電路和控制電路及響鈴電路等組成。其中，基準(zhǔn)時(shí)間振蕩電路產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，在控制電路作用下計(jì)數(shù)器開(kāi)始減1倒數(shù)計(jì)數(shù)，并顯示時(shí)間變化。當(dāng)顯示從預(yù)置的時(shí)間變化到全“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)器，同時(shí)響鈴電路響鈴提示。
3 倒數(shù)計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)
倒數(shù)計(jì)數(shù)器的電路如圖2所示。計(jì)數(shù)器和時(shí)間設(shè)置電路由器件74LS190、74LS74雙D觸發(fā)器以及555時(shí)基電路構(gòu)成控制電路，74LS04六反相器構(gòu)成基準(zhǔn)時(shí)間振蕩電路和響鈴振蕩電路。
3.1 時(shí)間設(shè)置電路
圖2中U5(74LS190)及外同電路組成時(shí)間設(shè)置電路，S2是時(shí)間設(shè)置按鈕，74LS190的LD端接高電平，EN和D／U端接低電平，CLK端接計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖，對(duì)時(shí)鐘脈沖上升沿進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，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(yīng)的“0～9”遞增可循環(huán)BCD碼，該BCD碼送至U2的A～D預(yù)置端。當(dāng)S1接至復(fù)位端時(shí)，U2的QA～QD輸出為預(yù)置的A～D端的BCD碼，該碼經(jīng)U4(74LS47)的譯碼驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管DS2，顯示預(yù)置的倒數(shù)時(shí)間的十位數(shù)值，而顯示個(gè)位數(shù)值的DS1則由U1的A～D預(yù)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(shù)時(shí)間。
3.2 基準(zhǔn)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(gòu)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(jì)數(shù)脈沖送至U1的CLK端。D1是控制多諧振蕩器起振二極管，當(dāng)S1開(kāi)關(guān)處于復(fù)位端時(shí)，振蕩器停振，U8C輸出為高電平；而當(dāng)S1處于計(jì)數(shù)位置時(shí)，振蕩器開(kāi)始振蕩，輸出基準(zhǔn)時(shí)間脈沖送至U1倒數(shù)計(jì)數(shù)開(kāi)始。U8B和U8C振蕩波形如圖3所示。
3.3 計(jì)數(shù)及顯示電路
U1～U4以及DS1～DS2組成了計(jì)數(shù)顯示電路。當(dāng)S1開(kāi)關(guān)處于復(fù)位時(shí)，U1和U2的LD端處于低電平，U7的D觸發(fā)器復(fù)位，輸出Q端為低電平送至U1和U2的EN端，因此，74LS190處于預(yù)置輸出狀態(tài)，U2的QA～QD輸出為U5預(yù)置產(chǎn)生的BCD碼，此碼經(jīng)U4的74LS47 BCD-7段譯碼后，直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管DS2共陽(yáng)極的進(jìn)行顯示倒數(shù)時(shí)間的十位數(shù)值。而顯示個(gè)位數(shù)值的DS1則由U1的A～D預(yù)置端決定，該預(yù)置值始終處于“0”。當(dāng)S1開(kāi)關(guān)處于計(jì)數(shù)端時(shí)，LD端由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑捎贒／U端接高電平，U1和U2開(kāi)始進(jìn)行減計(jì)數(shù)。由于U1的預(yù)置值為“0”，在每一個(gè)基準(zhǔn)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(jì)數(shù)．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(qū)動(dòng)數(shù)碼管DS1顯示。而U1每次減1計(jì)數(shù)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(shù)的計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖。在時(shí)鐘脈沖的上升沿，U2對(duì)預(yù)置的BCD碼進(jìn)行減l計(jì)數(shù)，而當(dāng)U2減數(shù)計(jì)數(shù)到“0”且U1也減去計(jì)數(shù)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?，?jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，而且保持輸出“0”。
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(gòu)成了計(jì)數(shù)控制及響鈴電路。U7A的D觸發(fā)器構(gòu)成了雙穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)U2十位減1計(jì)數(shù)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(wěn)態(tài)電路的發(fā)時(shí)鐘脈沖，U7A輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑椭罸7B的D觸發(fā)器的輸入D端。而此時(shí)，U1個(gè)位計(jì)數(shù)器再次從“9-8---1-0”循環(huán)計(jì)數(shù)，當(dāng)減1計(jì)數(shù)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)楦唠娖剑沟肬1和U2的EN端由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，?jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，而且保持輸出“0”。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(wěn)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=1.1R8·C4的時(shí)間，高電平的暫態(tài)過(guò)程結(jié)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(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器LS響鈴。
4 電路調(diào)試
該電路設(shè)計(jì)只需調(diào)試基準(zhǔn)時(shí)間即可，R3選用精密微調(diào)電阻，頻率計(jì)接至U8C輸出端，S1開(kāi)關(guān)打至計(jì)數(shù)端，微調(diào)R3使頻率計(jì)顯示的周期為1 000 ms。響鈴頻率可斷開(kāi)D2調(diào)節(jié)R5，直至得到合適的鈴聲為止。
5 倒數(shù)計(jì)數(shù)器應(yīng)用
此電路設(shè)計(jì)非常適用于現(xiàn)場(chǎng)競(jìng)賽定時(shí)，主持人預(yù)先設(shè)置所需時(shí)間，將S1打至復(fù)位，連續(xù)輕按S2設(shè)置時(shí)間。若需設(shè)為60 s，則需連按6次S2，顯示為60，表示60 s。當(dāng)主持人要求競(jìng)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(jì)數(shù)端，此時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，時(shí)間顯示從預(yù)置時(shí)間開(kāi)始倒數(shù)顯示，當(dāng)顯示為“0”時(shí)，響鈴電路產(chǎn)生約3 s的結(jié)束鈴聲。當(dāng)需下一次開(kāi)始時(shí)，再將S1打至復(fù)位，重新開(kāi)始。此外，該設(shè)計(jì)電路也可作為家庭烹飪定時(shí)器，需將定時(shí)10 s～90 s擴(kuò)展到10 min～90 min，將C1用10μF代替，R2和R3用MΩ代替，調(diào)節(jié)R3使周期達(dá)到1分鐘即可。為了使響鈴連續(xù)報(bào)警，可去掉圖2中U6單穩(wěn)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(dá)到，響鈴電路一直報(bào)警直至將S1打至復(fù)位為止。
6 結(jié)束語(yǔ)
基于TTL集成電路的倒數(shù)計(jì)數(shù)器，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，時(shí)間設(shè)置范圍廣，還可以根據(jù)需要將倒數(shù)時(shí)間設(shè)置到個(gè)位，只需再增加一個(gè)74LS190和設(shè)置開(kāi)關(guān)，將設(shè)置的個(gè)位數(shù)值時(shí)間送至U1即可。
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