基于74LS161的簡單秒表設(shè)計

1、引言

在現(xiàn)實(shí)生活中，秒表是一種經(jīng)常運(yùn)用的器件，特別是在體育競賽方面，在測試跑步成績時，除了需要一般的計時功能外還需要具有暫停（記錄當(dāng)前時間）以及復(fù)位（清零，為下一次測試做準(zhǔn)備）的功能，非常具有實(shí)用性。按下啟動開始計時，通過2個開關(guān)的閉合和關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)電路的暫停和復(fù)位功能。

2、總體思路

首先，需要了解74LS161的內(nèi)部器件，以及各個端口所代表的意義，特別是要注意各個功能啟動的條件。然后連接電路，由于需要實(shí)現(xiàn)0-59，兩位數(shù)的計數(shù)最簡單的就是利用2片74LS161，分別顯示。利用清零端口對數(shù)字進(jìn)行清零，并且將低位計時器的輸出，通過74LS00與74LS20的連接改變0，1關(guān)系，作為高位數(shù)計時器的輸入使用，從而達(dá)到目的。其現(xiàn)象和結(jié)果通過七段數(shù)碼管顯示。

3、電路設(shè)計，仿真

3.1、74LS161（同步二進(jìn)制加計數(shù)器）

74LS161是一種性能比較高，同時能量消耗較小的CMOS4位同步二進(jìn)制加計數(shù)器，可以工作的電壓范圍是1.2-3.6V，并且在邏輯上輸入端可以承受5.5V的電壓，所以在仿真中可以直接用5V的電壓連接輸入端。其工作速度很高，延遲時間僅3.9ns，工作頻率最多可達(dá)200MHZ，并且工作時的速度很快。

3.2、74LS00和74LS20

74LS00和74LS20雖然都是與非門，但是輸入端的數(shù)目不同，74LS00一個芯片內(nèi)有4組二輸入的與非門。而74LS20一個芯片內(nèi)是有2組四輸入的與非門。除此之外沒有任何區(qū)別，同樣都是實(shí)現(xiàn)先與后非的邏輯關(guān)系。

3.3、電路設(shè)計和仿真

首先知道74LS161啟動的條件，以及清零（復(fù)）位的條件還有暫停的條件是什么。其時鐘輸入端口CP為1時，有時鐘輸入時，才會啟動。而異步清零端口CR則是在外部輸入為0時才作用，這是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部默認(rèn)的都為1有效，但是在硬件設(shè)計上有一個“非”的關(guān)系，由于這個關(guān)系，變成了外部0有效。暫停則只需要使“使能端”CET（CEP）為0即可實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將會暫停顯示在七段數(shù)碼管上，而不會消失。

從邏輯上看，產(chǎn)生0-59，60個數(shù)字。先看個位上，首先是0-9的基本計數(shù)，當(dāng)數(shù)字為9時，將會產(chǎn)生進(jìn)位，在下一個脈沖到來時，十位上的計數(shù)器開始啟動，顯示為1.而個位上的數(shù)字9，會清零，并且開始下次的計數(shù)，此時十位上的數(shù)碼管顯示為1不變，個位上的計數(shù)器繼續(xù)0-9的計數(shù)，當(dāng)個位數(shù)字又變?yōu)?時，下一個脈沖時，又會進(jìn)位，十位上的計時器啟動，顯示為2，并且保持不變，個位上的計數(shù)器開始下一次的

循環(huán)計數(shù)。當(dāng)十位數(shù)字上的計數(shù)器達(dá)到5，個位上顯示為9時，在下一個脈沖到來時，十位和各位的計數(shù)器會同時進(jìn)行清零（復(fù)位）操作。此時又開始從00計數(shù)，完成循環(huán)計數(shù)的目的。

個位的計時器是最先開始計數(shù)的，所以需要時鐘脈沖來產(chǎn)生信號，其輸出為0-9，當(dāng)輸出為9時，換算成二進(jìn)制碼也就是1001，考慮到當(dāng)各位為9是，十位上的計時器在下一個脈沖到來時要開始計數(shù)。而且硬件是用的也是非門，所以是低電平有效，即是說當(dāng)十位計數(shù)器的時鐘端口輸入為0是，十位上的計數(shù)器開始計數(shù)。由于使用的是與非門，所以就要使得與非門的輸入為0，再連接到十位計數(shù)器的時鐘端口上。還要考慮到0-8時，不能誤操作，所以將最高位和最低位直接連接在74LS20的兩端，再將其他兩位取反后在接到74LS20的另外兩個端口上。此時，當(dāng)個位上的輸出端輸出1001時，四輸入的與非門的輸入就為1111，進(jìn)行與非關(guān)系的運(yùn)算以后，結(jié)果為0，使得十位上的計數(shù)器開始計數(shù)。完成進(jìn)位。