基于74LS192的可预置倒计时器设计详解
基于74LS192的可预置倒计时器设计详解
数字电路是FPGA设计的基础。本文详细介绍了一种基于74LS192的可预置倒计时器设计，包括秒脉冲发生器、计数器、译码及显示电路、控制电路等关键部分。通过本文，读者可以深入了解数字电路的工作原理及其在FPGA设计中的应用。
一、电路简介
本设计采用施密特触发器CD40106作为振荡电路，由同步十进制可逆计数器74LS192、译码器74LS47D和七段共阳数码管构成计时电路，具有启动/预置、暂停/继续计时和报警功能。电路框图如下：
一个小技巧：方案确定后，可以使用AI帮助选择元件，如下图。
二、电路组成
电路由秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、声光报警电路、控制电路共6个部分组成。其部分电路如下图所示，仿真原文件下载移步：可预置倒计时器Multisim仿真。
1、秒脉冲发生器
秒脉冲发生器由CD40106和外接元件R1、C1构成多谐振荡器，也可以采用555产生(555时基电路设计与分析)。输出脉冲的频率f ≈ 1Hz即1秒。
仿真设置如下图，否则振荡器不工作。可能不同系统会有差异，多测试。
2、计数器
1）计数器由两片74LS192同步十进制可逆计数器构成，真值表如下图所示。
2）利用减计数PARALLEL LOAD = 1，RESET = 0，CLOCK DOWN = 1，实现计数器按8421码递减进行减计数。并且利用借位输出端BO与下一级的CLOCK DOWN连接，实现计数器之间的级联。
3）利用预置数PARALLEL LOAD端实现异步置数。当RESET = 0，且PARALLEL LOAD = 0时，不管CLOCK UP和CLOCK DOWN时钟输入端的状态如何，将使计数器的输出等于并行输入数据，即Q3Q2Q1Q0 = D3D2D1D0。
3、译码及显示电路
本电路由译码驱动器74LS47D和七段共阳数码管组成，74LS47D集电极开路输出，输出低电平有效。也可以使用74LS48D，二者功能差异如下表。
74LS47D | 74LS48D |
|---|---|
只提供解码和驱动功能，没有锁存器功能，仅能显示0-9的数字。 | 集成译码器和锁存器功能，能够直接驱动七段数码管并显示0-9的数字以及特殊字符(如A-F) |
4、控制电路
完成倒计时器的开始/预置计时、暂停/继续计时、声光报警等功能。控制电路由U9组成。
1）S1：时间设置拨码开关，80秒内均可预先设置。
2）S2：启动/预置按键。
（1）按动S2，倒计时开始。当计时器递减到0时，控制电路发出声光报警，计时器恢复到预置状态。
（2）当计时器未递减到0时，按动S2，计时器恢复到预置状态。
3）S3：暂停/继续按键。按动S3计时器暂停计时，显示器保持不变；当再次按动S3，计时器继续累计计时。
5、电路的变体
也可以将74LS47D更改为4511，此时数码管更改为七段共阴数码管，部分电路如下图所示。
三、元件功能
（元件功能部分略）
四、掌握数字电路的意义
学习数字电路对于理解和掌握FPGA（Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列）设计至关重要。
基础理解：数字电路是构成FPGA设计的基础。用于了解逻辑门、触发器、译码器等基础元件的工作原理，这些元件在FPGA中以可编程逻辑单元的形式实现。
设计思路：数字电路设计培养了一种系统化的思维方式，对于设计FPGA电路非常有用。
时序分析：对数字电路时序的深入理解将帮助你优化FPGA设计，避免时序违规。
硬件描述语言：数字电路的知识将使你能够更有效地编写和理解硬件描述语言。
故障排除和调试：在调试FPGA设计时将能够更快地识别和解决问题。
应用场景列举：比如伺服驱动器，有关内容移步：高创伺服驱动器故障维修(8.闪烁)。