数显、声响倒计时器

陕西理工学院电子技术综合课程设计

电子技术综合课程

设 计

课 程： 电子技术综合课程设计 题 目： 数显 声响倒计时器 所属院(系) 物电学院 专业班级 电子101班 姓 名 左家加 学 号 1013014025 指导老师 朱亚利 完成地点 501实验室 2012年 10月 08 日

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目录

任务书 ........................................................................................................................... 3 前 言 ........................................................................................................................ 4 1、方案 ......................................................................................................................... 5

1.1整体设计思路 .................................................................................................. 5 1.2整体设计 ......................................................................................................... 5

方案一: ............................................................................................................ 5 方案二： ......................................................................................................... 6

2、单元电路设计和基本原理 ..................................................................................... 6

2.1电源设计 ......................................................................................................... 6 2.2信号源 ............................................................................................................. 7 2.3 减法计数器 .................................................................................................... 9 2.4 显示电路 ...................................................................................................... 11 2.5 开机复位电路 .............................................................................................. 12 2.6 报警电路 ...................................................................................................... 14 3、系统安装与调试 ................................................................................................... 15

3.1.步骤方法 ....................................................................................................... 15 3.2故障及处理 ................................................................................................... 15

3.2.1电源的制作及调试 .............................................................................. 15 3.2.2 1秒信号源的连接于调试 ................................................................ 15 3.2.3 译码显示的连接和调试 ................................................................... 16 3.2.4 计数器的连接和调试 ....................................................................... 16 3.2.5 报警电路的连接和调试 ................................................................... 16 3.3小结 ............................................................................................................... 17 4、总结与体会 ........................................................................................................... 17 附录A 总体电路图.................................................................................................... 19 附录B 元器件清单 .................................................................................................... 20 附录C元器件管脚图 ................................................................................................. 22

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任务书

数显、声响倒计时电路设计

一、 任务及要求：

设计并制作一个数显、声响式倒计时电路。要求如下： 1、电路具有10～99秒可预置定时功能。

2、有两个数码管显示计时时间，用一只LED指示计时开始与结束。按预置/开始按钮，数码管显示定时时间，LED不亮；再按预置/开始按钮，LED亮，倒计时开始。

3、倒计时结束时，计数器停止计数，LED不亮。 4、电路具有开机预置数功能。

5、电路具有最后三秒报时功能，要求响半秒、停半秒，共三次。用压控陶瓷蜂鸣器作为电声元件。

6、 自制本电路所用的直流电源和一秒信号源。 二、参考资料：

《数字电子技术实验任务书》实验四及实验六 《电子技术基础》课程设计资料

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前 言

电子技术综合课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路及电路分析课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、组装。调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计实现以下四个目标:第一，培养学生团队合作以及其迎难而上精神。第二，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第三，培养勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣；第四，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法；

本课程设计介绍的是数字逻辑电路中以TTL集成电路为基础的数显，声响倒计时器，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计装调及性能参数的调试方法. 本课程设计应达到如下基本要求：

（1） 综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个数显、声响倒计时器的设计。

（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养寻找、分析和解决实际问题的能力。 （3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。 （4）掌握电子电路的安装和调试技能。 （5）熟悉的使用各类数字电子仪器。 （6）学会撰写课程设计论文。

（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

在整个设计过程中，得到了老师和同学的鼓励，在这里我衷心的感谢老师和同学的帮助，同时在这一过程中我体会到了学以致用的重要性和团队精神。

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1.方案

1.1整体设计思路

总体思路：选用2个74LS192，它是加、减十进制计数器，并且选用了555多谐振荡器，它的作用是产生一个1Hz的方波信号来作为秒脉冲，作为它的cp脉冲。又因为我们要选用2片计数器构成2位计数的状态，固要采用计数器的级联的方法，因为要加快速度的运行，我们选用的是并行进位的级联。因为每个片子以及各种元件均需要一个5V的直流电源来驱动，故我们还需要用一个5V的变压器，整流桥与一个三端稳压器来设计一个电源。因为我们要的是以秒为单位的计数器，所以我们需要的是1Hz的cp信号，这个可以由555多谐振荡器来完成。555多谐振荡器的功能就是你可以调节它的电阻和电容来得到不同频率和不同占空比的脉冲信号。然后还需要两个74LS48译码器与两个共阴数码管来对计数器所记得数进行翻译和显示。当倒计时显示进行到03，02，01这三个数字得时候就报警，以蜂鸣器响声来表示；这个可以用一个四线与门来实现，四线与门的四个输入分别为十位计数器的进位信号，多谐振荡器的输出端，个位的高两位经过或非输出端与低两位经过或门输出端。然后四线与门的后面接蜂鸣器就可以完成报警功能。系统还能开机复位，包括计数器清零，从而达到课设题目要求。

1.2整体设计

方案一:

多谐振荡器 拨码开关置入数字 74LS192计数器 报警灯和复位 LED显示译码

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图1-2-1 整体设计方案一

方案二：

图1-2-2 整体设计方案二

方案论证：

方案一定要精益求精，这两种方需要选用一种比较合理且节省器件的方案，

第一个方案由于用到借位信号，所以导致多用了一个74LS08芯片，使得电路变得有点复杂且不够节约，对于这点，经过大家的一致讨论我们选用了第二种方案，这样使整个设计变得简单易懂且节约，这正是大家所追求的且满足课设要求，同时满足指导老师所要求的条件。

2、单元电路设计和基本原理

2.1电源设计

根据变压原理：n1:n2=V1:V2,我们要求将220V电压降为5V电压，只要原副线圈比为44:1即可实现变压。

降压电路：交流电源输入220V的交流电压，一般情况下需要对交流电压进行处理，而降压电路往往采用变压器直接变压，输出5V交流电。

整流电路：整流电路一般分为半波整流和全波整流。半波整流具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到相当广泛的应用，其中桥式整流最为常用，单相桥式整流电路将变压器副边电压从交流变为直流电压。鉴于以上优点，本设计采用了桥式整流。

滤波电路：在整流滤波电路的输出端（即负载电阻两端），并联一个电容即

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得到电容滤波电路。滤波电容容量较大，利用其充放电作用，使输出电压趋于平 滑。其中C3起滤波作用，C5的作用是改善电源的动态特性（即载负载电流突变时，可由C5提供较大的瞬时电流）采用大容量的铝解电容器。这种电容器的电感效应较大，对高次谐波的滤波效果较差，通常需要并联高频滤波电容器，其容量在0.01微法到0.1 微法之间即可。

稳压电路：我们采用了集成7805稳压器型稳压电路进行稳压，为后面的一切电路提供了稳定的电压。

图2-1 电源电路

2.2信号源

利用555集成定时器，构成多谐振荡器用来产生1Hz的cp信号。 （1）555定时器的引脚排列（如图2-2-1）：

如图2-2-1 555定时器的引脚排列

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附、555定时器的各个引脚功能如下：

1脚(VSS)：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚(VCC)：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。 3脚(Q)：输出端Vo 2脚（TR）：低触发端 6脚（TH）：TH高触发端

4脚（R）： 是直接清零端。当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚（CI）：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。 7脚（D）：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 （2）原理图:

图2-2-2 555多谐振荡器

(3)参数计算

实验参数：R1=72.46KΩ，R2＝72.46KΩ，C1= 10nF，C2=10uf,Vcc＝5V。 振荡频率为：f=1/T=1/【(R1+2R2)CLn2】

改变振荡频率的方法：通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。

输出脉冲的占空比为q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2).为了得到占空比为50%的脉冲，可采用占空比可调的可调电路。电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只经过R1，放电电流只经过R2，因此电容充电时间变为T1=R1CLn2 而放电时间变为T2=R2CLn2，故输出脉冲占空比为q=R1/（R1+R2）取R1

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=R2则可得到占空比为50%的信号源。经以上分析及计算R1=72.46K=R2,C2=10微法。

(4)仿真显示，结果显示周期为1秒，即信号频率为10Hz。

图2-2-3 仿真显示1秒信号源

2.3 减法计数器

减法计数器图：

图2-3-1 减法计数器

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利用74LS192实现十进制计数功能。74LS192具有双时钟输入并具有清除和预置数功能。 74LS192管脚图

图2-3-2 74LS192管脚图

附、74LS192各个引脚功能如下：

1 15、1、10、9管脚（P0-P3）：并行数据输入端 2 13管脚（TCD）′：借位输出端（低电平有效） 3 12管脚（TCu）′：进位输出端（低电平有效） 4 4管脚 CPD：减法计数时钟输入端（上升沿有效） 5 5管脚 CPU：加法计数时钟输入端（上升沿有效） 6 14管脚 MR：异步清零端

7 11管脚：(PL) ′:异步并行置入控制端（低电平有效） 8 3、2、6、7管脚（Q0-Q3）：输出端

异步清除：当MR=1时，无论有无CP，计数器立即清零，Q3~Q0均为0，称之为异步清除。

预置数：当PL’＝0时，Q3＝D3，Q2=D2，Q1＝D1，Q0=D0. 称之为预置数。本电路中需将MR端置0，PL’置1，CPU置1，CPD为上升沿时，则192执行减法计数功能。

根据功能表当PL’=1，MR=0 ，CPD置1时若时钟脉冲加到CPU端，则计数器在预置数的基础上完成加计数功能；当加计数到9时，TCU’端发出下跳脉冲完成进位。若时钟信号加到CPD端，且CPU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时，TCD’端发出借位下跳脉冲。计数器完成并行置数。,在CPD端的输入时钟作用下，计时器再次进入下一循环减计数。

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2.4 显示电路

显示电路图：

图2-4-1 显示电路

电路显示部分主要为数码管和译码器。我们所选用的是74LS48，它是一个BCD七段译码启动器。 显示器电路的设计用七段发光二极管来显示译码器输出的数字。 7447A译码器对应的显示器是共阳显示器。

利用译码器将二——十进制（BCD）码转换成七段信号，在驱动器的作用下驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，推动发光数码管（LED）进行显示。如图2-4-2 七段显示数码管

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图2-4-2 七段显示数码管 数码管使用条件：

a、段及小数点上加限流电阻。

b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定。 c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA。

上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的。

其中，74LS48的四个输入端A、B、C、D分别接8421 码的响应输入端（D为最高位）即74LS192的四个输出；七个输出端a~g接共阳七段显示器的对应端以驱动对应端亮。接时应加限流电阻，以免烧坏元器件。 2.5 开机复位电路

计数器的工作是由信号源与手动开关共同控制的。控制模块是由J—K触发器构成,而实验中所用到的74LS107是一个T触发器它的特性方程是Q*=TQ’+T’Q，它具有比较强的逻辑功能，具有置1、置0、计数和保持功能。通常在时钟后沿发生翻转。

表2-5 JK触发器逻辑功能表

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其管脚如图2-5-1

图2-5-1 74LS107管脚图

74LS107有2个JK触发器管脚功能简单说明： 1、7、14管脚分别接地和Vcc. 2、9、12管脚分别接CLP时钟信号 3、10、13管脚分别接CLR。 4、1、8管脚分别接J1和J2。 5、4、11管脚分别接K1和K2 6、3、5管脚分别为Q1Q2 7、2、6管教分别为Q1′Q2′ 其具体开机复位电路下图2-5-2所示:

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我们要保证电路开始时JK触发器初态Q=0，怎么保证呢？我们在Rd′端加如图的CL电路，当电路连接好后，刚开始1点点位为0，而C1充电，当充电完成后，1点点位为+Vcc。而Rd′为低电平有效。这样一来就给JK触发器初态Q=0，而待电容充电完毕后又给Rd′一高电平，使其不再有效。大家都知道JK触发器J、K连一起接高电平为T触发器，即为翻转，所以当开关K闭合时，JK触发器由初态Q=0翻转为Q=1。给电路提供高频信号。 2.6 报警电路

图2-6 报警电路

据任务书要求，电路具有最后3秒报时功能。要求响半秒，停半秒共三下；这一功能的实现思路为：最后三秒响，那么就将最后三秒的信号取出；其半秒信号的报时可由信号源控制，因为信号源是一个占空比为50%的1HZ信号源，其波形中1秒的周期内有50%T即半秒的时间是高电平，那么高电平就可以驱动蜂鸣器报警；所以报警电路是由如上图所示的或门、非门、与门构成，依据上图所示,按从上往下的顺序依次连入输入端的是个位计数器的四个输出端口和74LS192减法计数器的借位输出和Q端（占空比为50%的1HZ信号源）,该六位最终经过或非门74LS192当其高位片为0。B0为借位信号会产生一高电平。而Q0-Q3均为底位片当03，02，01秒到来时，就会依课程要求最后3秒响半秒停半秒。

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3、系统安装与调试

3.1.步骤方法

根据总体电路图及相关集成芯片的管脚图连接好电路，采用单元电路调试发对电路各个部分分块进行试，这样比总体电路的调试要容易的多。

装调步骤如下： 1、电源的制作与调试。 2、1秒信号源的连接于调试。 3、译码显示的连接和调试。 4、计数器的连接和调试。 5、报警电路的连接和调试。

必须严格遵守以上条件，按照上面的步骤，才能避免不必要的的麻烦，为实验减少很多麻烦。

3.2故障及处理 3.2.1电源的制作及调试

首先按照设计的单元电路连接好电路，然后接通220V的电源，注意接交流电的时候不能将两根导线短接，否则会出现不安全事件，用万用表的交流电压档测变压器的输出是否为9V。如果不是则可能是领错了变压器，应及时更换，确认前面无误后，测整个电路的输出是否为直流+5V,此时应用万用表的直流电压档。若不是，用万用表逐步检查电路，有可能是导线没有连接好或者某个期间出现了问题。幸运的是电源我们一次性的做成功了。所以这方面没出现问题。

3.2.2 1秒信号源的连接于调试

按照设计好的信号源电路连接好电路，两个电阻理论值是72.46Ω，可是实验室没有这样阻值的电阻，我们只好用了68Ω的电阻代替，可是当实验以后，

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却超出大家的想象，出来的信号有问题，我们经过讨论和检测电路发现是电阻的问题，所以我们就加了一个电位器，但是试验以后还是有问题，因为信号不稳定.我们想到可能是电容的问题，所以又换了一10 uF的电容。最后通过发光二极管检测，灯闪周期大约为一秒，且闪烁稳定。这是我们实验出现问题之一。 3.2.3 译码显示的连接和调试

将数码管公共端接高电平，然后用电源的正极分别测试各个管脚。确定每个数码管都正常。加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了！发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！发光二极管的工作电流选取在10-20ma，在将译码器和数显管连接好，给译码器输入端置数，看数码管的显示对不对，如果都好着则这部分做好了。接线时电源线及地线颜色要区分开。

3.2.4 计数器的连接和调试

计数器连接时，首先根据原理图将各管脚都按照管脚图连接好检查接线无误后接上电源对计数器部分进行检测。我们用了两片74LS192。调试时是分别对个位和十位进行调试的。我们利用已做好的信号源进行调试，本应该计数器应该是从9到0计数，可是计数是出现乱跳。出现乱码，从5直接跳到9，经过大家的检测发现问题的原因应该是加法脉冲导致的问题，因为在做减法的时候出现一个加法信号就会出现那样的乱码,因为在仿真的时候74LS192的加法脉冲不需要接，因为它是默认的没有加法脉冲。仿真的时候这样做是可以的，于是我们就给加法脉冲UP接高电平，这样做之后，问题就迎刃而解了这是我们出现的第二个问题，也是最后一个问题。 3.2.5 报警电路的连接和调试

报警电路主要有各种门电路组成，当倒计时显示进行到03，02，01这三个数字得时候就报警，以蜂鸣器响声来表示，并且停半秒响半秒，要让蜂鸣器响，必须是十位74LS192的输出全为0，即十位74LS192的TCD端为0，个位的高两位全为0，低两位不全为0，才会报警。

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3.3小结

此次课程设计的目的就是要学会学以致用。我想这也是课程设计的产生之源。因为我们平时学的只是书本上的知识，只掌握理论是不合格的，只有通过实践才能检验真理是不是正确，对于我们现在接触的只是书本上的知识，对于真正的元器件都没有真正的应用过。对于一个设计人员来说，图纸的准确与否直接关系到最后实物的安装。而设计的难点就在把每一部分完美的组合起来，刚开始设计的电路总是有一部分元器件不能参与工作。指导老师呢给了题目之后，我们分工，每个人都有负责的部分，最后花了2天时间终于在模拟软件上实验成功了。

然后进了实验室，我们领到了器件，当然实验室不可能什么样的器件都有，比如最大的问题就是没有与门，我们只好用与非门加非门来代替。于是我们开始了接线，接线过程中严格遵守老师说的不跨接，两根线用不同的颜色区分开。但是在接元器件事，一开始并没有采取“U”行排版，最后导致了有多数线跨接以及从元件上方通过，我们又花了半天时间重新排版。当我们再接74LS192时，由于之前没有用过芯片，进而我们对其管脚并不很熟悉，我们在图书馆查阅了相关书籍，以及上网查了其管脚图，最后终于连入电路，但是由于没有加保护电阻，致使元器件烧坏。在老师的批评下。我们对电路进行了改进。花了2天时间制作完成。在最后一天我们完成了课设内容并通过了老师的审核。

4、总结与体会

数字电路基础是我最喜欢的喜欢的课程之一，在3周时间里，我们进行了课程设计，这对我来说可是第一次，本以为凭我们自己上课所学的知识能很快完成设计，认为根本用不了3周，感觉时间有点多，但使我们出乎意料的是当我拿到题目后，我们遇到了很多困难。因为这个题目涉及范围比较广。整本书的知识都需要应用，整本书都有提到，这时候才发现自己的问题所在，都怪自己平时学习知识的片面. 拿到题目后，才知道这次课设不仅仅是考察平时上课所学，更是考察学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。这个是上课学不到的，还好这个题目是4个人一组，万事开头难，我们小组商量后，决定采取逐个击破的方法，每人负责一小项。但在我们做好了准备工作后，一切还是比较顺利的，当然

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在制作中还是有这样那样的困难。但是作为一个小组的一员有义务更有责任迎难而上，解决问题。当我们的作品通过验收时，当时我们是非常的高兴。在此次课设中让我体会最深的就是合作，即团队精神，一个人的力量再大，他也需要合作展现自己的价值，而与他人合作可以取其长补其短，在为了同一个目标共同努力的过程是最可贵的，我相信在以后的工作学习中我会更重视合作。在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导与帮助。在整个课程设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使我们自己学到了不少知识，遇到了很多困难，但经过努力都迎刃而解。

在大家的共同努力下，我们的数显声响倒计时电路终于成功了，看着成果，大家都开心的笑了。虽然有时大家意见不一致，但看着大家都在为了同一个目标共同努力，难能可贵。我相信在以后的工作学习中我会更重视合作，无论做什么事，团队合作最重要，这为我们以后的学习工作打下了坚实的基础。

通过这次课程设计，首先是在设计电路时用到了以前没有学习过的proteus仿真软件，通过这次课程设计，我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。此次课程设计使我重新又学习了数字电子技术和模拟电子技术的有关知识，电子电路proteus，word等常用办公软件掌握的更加熟练，以及了解了更多的常用芯片的工作原理与工作方式。

总之，我学到了很多课本上面所学习不到的知识。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。她渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。在此要感谢老师对我们悉心的指导与帮助。在设计过程中，我们遇到了很多麻烦，指导老师在百忙中为我们讲解分析，使我们的作品能够按时完成。这次课设大大提高了大家的动手能力，感谢老师和同学对我的帮助，我很珍惜这次的经历。

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附录A 总体电路图

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附录B 元器件清单

序号 1 名称 变压器 数量 1 备注 220v——9v

2 桥式电路 3 7805 4 555 5 74LS02 6 74LS08 7 74S21 8 74LS32 9 74LS48 10 74LS76 11 74LS192 12 电容 13 电容 14 电容 15 电容 16 电阻 17 电阻 18 七段LED显示管

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编码器

1 1 1 3 3 1 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 1

10μF 10nF 50μF 100μF 72.46KΩ 1KΩ Red 8位

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蜂鸣器 电源插头 导线 开关

1 1 若干 1

按动 1个大面包板

面包板

24 25 26 27

发光二极管 1N4001 万用表

2

1个小面包板

1 2 1

Red

图B-1 元器件清单

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附录C元器件管脚图

74LS48 74LS192 74LS08

74LS02

LED数码管

74LS21

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74LS76

74LS32

555

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v52g.html