基于集成电路的可调数值99:59倒数计时器
工程文件链接： https://pan.baidu.com/s/1wyMW-2pwm-H3zS3k7yYsyQ?pwd=3cd1
水平有限，不是最优方案，但满足需求。
使用：
（1）电路共有4个按钮，分别为+/-按钮，选择按钮和开始（暂停）按钮。
（2）+/-按钮默认一个接高电平，一个接低电平。如果要使用“加”按钮，请将“减”按钮接高电平，并闭合/断开“加”按钮，一个上升沿计数一次；如果要使用“减”按钮，请将“加”按钮接高电平，并闭合/断开“减”按钮，一个上升沿计数一次。
注意：不能将+/-按钮同时接高电平，否则在使用选择按钮时，选择电路的模式从“11”切换至“00”时，倒数计时器电路会自动计数。
（3）选择按钮默认接低电平。选择电路共4个模式，分别为00（两个LED全灭），01,10和11。默认为00模式，此时不可设定数值，即+/-按钮无效。使用选择按钮可以切换其它模式，01和10模式可以分别调整分钟和秒钟数值。调整完成后，切换到11模式才可以开始计时。开始倒计时后，若要继续调整数值并且恢复上一次设定值，请使用选择按钮切换到00模式。
注意：倒计时开始的状态下无法使用选择按钮，电路恒保持11模式。如要使用，请暂停倒计时。
（4）开始（暂停）按钮默认接低电平，此时暂停，接高电平开始倒计时。
题目要求
设计思路：
时间显示部分：使用4个74ls48译码分别连接4个共阴极数码管显示。
倒计时部分：使用4个74ls192，2个为一组连接，分别处理分钟部分与秒钟部分。
计数器部分：使用4个74ls192，2个为一组连接，分别组成0~99可逆计数器与0~59可逆计数器。
选择控制电路：使用1个74ls192，将其两位低位输出端口，分别与分钟倒计时部分、秒钟倒计时部分的74ls192的load端口连接，控制其是否预置数值。
振荡电路：555定时器配置为1 Hz的多谐振荡器模式。
秒钟倒计时4位预置值端口冲突问题：使用74ls157数据二选一集成电路解决，一路数据为预置值，一路数据为最高默认值5。
报警电路：4位时间输出同时为0触发（或门）。
总体概述
本倒数计时器系统主要由10个模块组成，分别是：①0-99可逆计数器模块，由2个74LS192组成，属于本系统的数据输入部分，负责倒数计时器分钟部分的数值设定；②0-59可逆计数器模块，由2个74LS192组成，属于本系统的数据输入部分，负责倒数计时器秒钟部分的数值设定；③0-99向下计数模块，由2个74LS192组成，属于本系统的倒数计时部分，负责分钟的倒数计时；④0-59向下计数模块，由2个74LS192组成，属于本系统的倒数计时部分，负责秒钟的倒数计时；⑤数据选择模块，由1个74LS157组成，负责选择0-59下降计数器模块的输入数据；⑥分/秒选择模块，由1个74LS192组成，属于本系统的状态机，负责根据不同的状态使能相应的计数模块；⑦数据解码模块，由4个74LS48组成，属于本系统的数据输出部分，负责下降计数器数据的解码；⑧时间显示模块，由4个共阴极七段数码管组成，属于本系统的数据显示部分，负责显示分秒信息；⑨时基模块，由1个配置为无稳态模式的NE555定时器组成，负责为系统提供频率1Hz的周期信号；⑩报警模块，由门电路与LED组成，属于本系统的报警部分，负责提示倒数计时结束并暂停计时。
本倒数计时器的整体构造如下图所示。
图1.1.1 倒数计时器整体框图
本倒数计时器的整体电路如下图所示。
图1.1.2 倒数计时器整体电路图
集成电路选择及功能描述
（1）74LS192
74LS192主要有14个引脚，分别是：①初始值引脚A-D，这4个引脚可以为74192设定4位初始值；②初始值引脚使能端口LOAD，低电平有效，使能时74192进入设定初始值模式，此时不能计数。反之则是进入计数模式；③清零引脚CLR，使能时将74192输出清零；④向上计数信号引脚UP，为其提供上升沿信号，74192会进行向上计数；⑤向下计数信号引脚，与UP引脚类似，但为其提供上升沿信号，74192会进行向下计数；⑥输出引脚QA-QD；⑦借位信号引脚BO，借位时输出一个短暂的低电平信号；⑧进位信号引脚CO，进位时输出一个短暂的低电平信号。
74LS192如下图所示。
图1.2.1 74LS192主要引脚图
（2）74LS157
74LS157主要有14个引脚，分别是：①4位数据输入引脚1A-4A；②4位数据输入引脚1B-4B；③数据输出引脚QA-QD；④数据A/B选择引脚，低电平输出数据A，高电平输出数据B；⑤74157使能引脚G，低电平有效。
74LS157如下图所示。
图1.2.2 74LS157主要引脚图
（3）74LS48
74LS48在本系统主要使用了其12个引脚，分别是：①4位数据输入引脚A-D；②7位数据输出引脚OA-OG；③数据清零引脚BI，低电平有效，使能时，7位输出全部为低电平，具体表现为7448所连接的七段数码管熄灭。
74LS48如下图所示。
图1.2.3 74LS48主要引脚图
（4）555定时器
555定时器主要有6个引脚，分别是：①触发引脚TRI；②输出引脚OUT；③复位引脚RST；④控制电压引脚CON；⑤阈值引脚THR；⑥放电引脚DIS。
555定时器如下图所示。
图1.2.4 555定时器主要引脚图
在本系统中，555定时器被配置为非稳态模式。在非稳态模式下，电路会自动触发，输出为方波的多谐振荡器。其输出方波频率和占空比，可通过 R1、R2、C 大小进行调节。其触发模式、充电和放电时间以及频率与电源电压无关。
电路如下图所示。
图1.2.5 555非稳态电路图
频率
式1.2.1
（5）二选一电路
二选一电路主要有4个端口，分别是：①1位数据输入端口A；②1位数据输入端口B；③数据选择端SEL，低电平输出数据A，高电平输出数据B；④数据输出端口OUT。
电路如下图所示。
图1.2.6 二选一电路图
倒数计时器电路设计及功能实现
（1）时间显示功能电路设计
本设计采用4片74LS48七段数码管驱动芯片，实现倒计时器中两位分钟和两位秒钟的显示功能。每片74LS48芯片负责驱动一位共阴极七段数码管，将计数器输出的二进制码转换为数码管的显示信号。
在电路连接方面，向下计数模块的输出端（QA、QB、QC、QD）与74LS48驱动器的输入端一一对应，确保了二进制信号的正确传递。当74LS48驱动器接收到来自74192计数器的信号后，会自动解码为数码管的七段显示信号（a、b、c、d、e、f、g），从而实现数字的实时显示。
通过这种74192计数器、74LS48驱动芯片和七段数码管的组合，电路能够动态更新数码管的显示内容，确保倒计时时间的准确反映。整个显示部分结构清晰、功能明确，直观地展示了当前的分钟和秒钟状态。
分钟显示电路如下图所示。
图1.3.1 分钟显示电路图
（2）分钟/秒钟选择功能电路设计
本设计采用1片74LS192，实现对0-99向下计数器模块和0-59向下计数器模块的单独选择。该74LS192的高2位输出（QD、QC）通过一个或门与CLR相连接，确保状态机只在4种模式之间切换；低2位输出（QB、QA）各自连接1个LED，用于指示状态机当前的模式。选择按键S7则与UP相连接，用户将通过这个按键切换状态机的模式。
在外部电路连接上，状态机的2位输出（QB、QA）分别与0-59向下计数器模块和0-99向下计数器模块的LOAD端相连接，通过4种不同的输出来选择相应的向下计数器模块。
分钟/秒钟选择电路如下图所示。
图1.3.2 分钟/秒钟选择电路图
（3）数值设定功能电路设计
本设计共采用4片74LS192，其中2片实现0-99可逆计数器模块，2片实现0-59可逆计数器模块。
两种可逆计数器大同小异，计数器中处于低位的74LS192的BO端和CO端分别与处于高位的74LS192的DOWN端和UP端相连接，以此同时实现数据的借位与进位。从而实现可逆计数；低位的74LS192的UP端和DOWN端则是通过一个简单的与门电路分别同“+按键”与“-按键”相连接，而与门电路同时也和分钟/秒钟选择功能电路相连。以此实现用户在选择单独的向下计数器时，+/-按键可以操作相应的可逆计数器。
图1.3.3 +/-按键电路图
两种可逆计数器不同的地方在于，0-59可逆计数器的高位的74LS192的QC、QB通过一个与门和CLR相连，即输出为6时清零；QD、QA通过一个与非门和LOAD相连，C、A接高电平，即输出为9时更改为5。
0-99可逆计数器则不对输出做任何限制。
在外部电路连接上， 0-99可逆计数器输出端与0-99向下计数器模块的初始值端口一一对应相连；0-59可逆计数器输出端则与数据选择模块的A输入端相连。
0-59可逆计数器电路如下图所示。
图1.3.4 0-59可逆计数器电路图
0-99可逆计数器电路如下图所示。
图1.3.5 0-99可逆计数器电路图
（4）倒数计时与开始/暂停功能电路设计
本设计共采用4片74LS192，其中2片74LS192实现0-99向下计数器模块，2片74LS192和数据选择模块共同实现0-59向下计数器模块。
0-99向下计数器模块中处于低位的74LS192的BO端与高位的74LS192的DWON端相连，DWON端与0-59向下计数器模块中处于高位的74LS192的BO端相连。以此实现0-99的向下计数。
0-99向下计数器电路如下图所示。
图1.3.6 0-99向下计数器电路图
数据选择模块的输出与0-59向下计数器模块的输入一一对应相连；B输入端恒输入5，A/B选择端口与分钟/秒钟选择电路相连。以此实现在倒数计时状态恒输出5，暂停状态输出0-59可逆计数器模块的输出。
0-59向下计数器模块中处于低位的74LS192的BO端与高位的74LS192的DWON端相连。QD、QA通过一个与非门和一个二选一电路的B输入端相连。二选一电路的A输入端和SEL控制端则与分钟/秒钟选择电路输出相连。二选一电路的输出端则与0-59向下计数器模块中处于低位的74LS192的LOAD相连。以此实现0-59向下计数器模块在合适的时间载入合适的数值。至此，0-59的向下计数也基本实现。
0-59向下计数器电路如下图所示。
图1.3.7 0-59向下计数器电路图
0-59向下计数器模块中处于低位的74LS192的DWON端连接另一个二选一电路的输出，该二选一电路其中一个输入是时基电路。用户通过与控制端相连的开关实现开始/暂停的切换。
开始/暂停按键电路如下图所示。
图1.3.8 开始/暂停按键电路图
（5）报警功能电路设计
本设计采用一个简单的或门电路实现。将4片74LS48的所有输出用或门连接，当输出全部为低电平时，该电路输出为低电平。以此实现在倒数计时归零时点亮一个红色LED报警。与此同时，该电路通过一个与门和开始/暂停电路相连。报警生效时，倒数计时将会自动进入暂停状态。
报警电路如下图所示。
图1.3.9 报警电路图
（6）屏幕闪烁功能电路设计
本设计采用一个简单的与非门电路实现。分钟/秒钟选择电路输出通过非门和与非门与时基电路相连，与非门输出则接在74LS48的BI端。这样，在选择单独的向下计数器时，相应的74LS48的BI端会输入周期信号，从而实现七段数码管的闪烁。
屏幕闪烁电路如下图所示。
图1.3.10 屏幕闪烁电路图
（7）恢复上一次设定值功能与倒计时状态选择按键无效功能电路设计
因为本倒数计时器系统的向下计数器与可逆计数器是相互独立的，所以在倒数计时器启动、向下计数器开始计数的情况下，并不会影响可逆计数器当前输出的数值。由此实现点击选择按键恢复上一次设定值，并且可以更改初始计数值。
图1.3.11 可逆计数器与向下计数器电路图
同时，开始/暂停电路通过一个非门与分钟/秒钟选择电路的LOAD端相连，并且B、A恒输入高电平。因此，在倒数计时状态下分钟/秒钟选择电路将保持退出选择模式无法更改。以此实现倒数计时状态下选择按键无效的功能。
该电路如下图所示。
图1.3.12 选择按键无效电路图
