完整版自动计数器课程设计.docx
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完整版自动计数器课程设计
西安电子科技大学
长安学院课程设计实验报告
姓名：
学号：
指导老师：
自动计数器课程设计
摘要：
自动计数器在日常生活中屡见不鲜，它是根据不同的情况设定的，能够通过技术功能实现一些相应的程序，如通过自动计数器来实现自动打开和关闭各种电器设备的电源。
广泛用于路灯，广告灯，电饭煲等领域。
自动计数器给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了自动计数器的功能。
诸如自动定时报警器、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭电路，定时开关烤箱、甚至各种定时电器的自动启用等，所有这些，都是以自动计数器为基础的。
由于它的功能强劲，用途广泛，方便利用，所以在这个电子科技发展的时代，它是一个很好的电子产品。
如在洗衣机的定时控制以及路灯等一些人们不能再现场控制的操控。
都可以利用自动计数器来完成这样的功用。
可见此系统所能带来的方便和经济效益是相当远大的。
因此，研究自动计数器及扩大其应用，有着非常现实的意义。
本次课设设计是检验理论学习水平、实践动手能力及理论结合实际的能力，要求具有一定的分析处理问题能力和自学能力的一个比较重要得实践课程。
通过这样的过程，使我们的论文及实践水平有一次较为全面的检查，同时也使我们硬件方面的能力有所提高，对以后的学习有这非常重要的意义。
关键词：
电器设备；自动计数器；电源
指导老师签名：
1.设计任务及方案
1.1设计任务
设计并制作一个自动计数器，NE555构成时钟信号发生器，CD4518为二，十进制加计数器，CD4543为译码驱动器，调节R17课调节555的震荡频率，C1为充放电电容，电容越大，充点时间越长，振荡频率越低。
介绍了一种新型的自动计数器设计方法，以NE555构成计数脉冲信号发生器，CD4518为二/十进制加法计数器，CD4543为译码驱动器，与按键、数码管等较少的辅助硬件电路相结合，实现对LED数码管进行控制。
本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。
本计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用ＬＥＤ数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活等方面的需求。
随着生产技术的不断改善和提高，在现代化生产的许多场合都可以看到计数器的使用。
本计数器具有低廉的造价以及控制简单等特点。
通过对计数脉冲的转换可使本计数器应用更为广泛。
2.电路原理
2.1元器件的设计与参数
本小组设计的电路原理图所涉及的元器件有：
电压为+5V的直流稳压电源；最大电阻为100K的滑动变阻器R17一个；有极性电容C1一个；无极性电容C2和C3;开关SW一个；电阻R1~~R16总共16个；芯片有：
NE555,CD4518,CD4543;以及共阴极7段数码显示器两个。
各个元器件的设计的元器件的参数如下
表2.1
2.2各个元器件的电路原理
2.2.1NE555
NE555引脚排列图及功能
NE555内部电路方框图：
内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RS触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级。
（见下图一）
图1 NE555电路内部方框图
图2NE555电路引脚图
由上图可知555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。
虚线边沿标注的数字为管脚号。
其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。
555定时器工作时过程分析如下：
5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：
UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。
当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。
当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。
当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。
2.2.2CD4518
图2.3CD4518管脚图
计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。
CD4518引脚功能（管脚功能）如下：
1CP、2CP：
时钟输入端。
1CR、2CR：
清除端。
1EN、2EN：
计数允许控制端。
1Q0～1Q3：
计数器输出端。
2Q0～2Q3：
计数器输出端。
Vdd：
正电源。
Vss：
地
CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚；{11}脚～{14}脚）。
CD4518控制功能：
CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平
（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低电平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。
将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数
CD4518逻辑图
CD4518时序图
真值表功能：
CL℃K
ENABLE
RESET
ACTION
上升沿
1
0
加计数
0
下降沿
0
加计数
下降沿
X
0
不变
X
上升沿
0
不变
上升沿
0
0
不变
1
下降沿
0
不变
X
X
1
Q0～Q4=0
极限参数：
DCSupplyVoltageRange,（VDD）
-0.5Vto+20V
（VoltageReferencedtoVSSTerminals）
InputVoltageRange,AllInputs输入电压范围，所有投入
-0.5VtoVDD+0.5V
DCInputCurrent,AnyOneInput直流输入电流
±10mA
OperatingTemperatureRange工作温度范围
-55℃to+125℃
StorageTemperatureRange（TSTG）储存温度范围
-65℃to+150℃
2.2.3CD4543
图2.4CD4543管脚图其电路原理如下：
CD4543是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器的特点：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示其中abcd为BCD码输入，a为最低位。
LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。
另外CD4543有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。
另外，CD4543显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观，若要多位计数，只需将8计数器级联，每级输出接一只CD4543和LED数码管即可。
所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。
限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V使用300Ω的限流电阻
2.2.4LED数码管及引脚图资料
7段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，可以显示0~9等10个数字和小数点，使用非常广泛，它的外观如下：
这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。
图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。
那么，实际的数码管的引脚是怎样排列的呢？
对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为1脚，以逆时针方向依次为1~10脚，左上角那个脚便是10脚了，上面两个图中的数字分别与这10个管脚一一对应。
注意，3脚和8脚是连通的，这两个都是公共脚。
还有一种比较常用的是四位数码管，内部的四个数码管共用a~dp这8根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有四个数码管，所以它有四个公共端，加上a~dp，共有12个引脚，下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图（共阳的与之相反）。
引脚排列依然是从左下角的那个脚（1脚）开始，以逆时针方向依次为1~12脚，下图中的数字与之一一对应。
《七段数码管引脚图》
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，4位数码管引脚图请在本站搜索我也提供了数码管使用注意事项说明：
（１）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；
（２）焊接温度：
２６０度；焊接时间：
５Ｓ
（３）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。
数码管测试方法与数字显示译码表
测试：
同测试普通半导体二极管一样。
注意!
万用表应放在R×10K档，因为R×1K档测不出数码管的正反向电阻值。
对于共阴极的数码管，红表笔接数码管的“-”，黑表笔分别接其他各脚。
测共阳极的数码管时，黑表笔接数码管的vDD，红表笔接其他各脚。
另一种测试法，用两节一号电池串联，对于共阴极的数码管，电池的负极接数码管的“-”，电池的正极分别接其他各脚。
对于共阳极的数码管，电池的正极接数码管的VDD，电池的负极分别接其他各脚，看各段是否点亮。
对于不明型号不知管脚排列的数码管，用第一种方法找到共用点，用第二种方法测试出各笔段a-g、Dp、H等。
数码管引脚图，一般都是一样的。
数字对应数码管显示控制转换字节（共阴编码）
显示－－HGFE,DCBA－－编码
0－－0011,1111－－0x3F;
1－－0000,0110－－0x06;
2－－0101,1011－－0x5B;
3－－0100,1111－－0x4F;
4－－0110,0110－－0x66;
5－－0110,1101－－0x6D;
6－－0111,1101－－0x7D;
7－－0000,0111－－0x07;
8－－0111,1111－－0x7F;
9－－0110,1111－－0x6F;
共阳为编码取反即可，接线为高低端口对应接法。
备注：
第一脚的识别很简单，看管脚的底部，有一个方块型的就是第一脚。
或者正面（就是显示那面）超你，左下角第一个为第一脚。
2.3电路整体原理
由电路原理图可知：
当电源电压为+5V时，电阻R1和R17分压。
通过芯片NE555时转换成时钟脉冲信号，我们可以通过改变滑动变阻器R17的电阻，从而改变时钟脉冲信号的振荡频率。
时钟脉冲信号输入到CD4518的使能端EN，这时我们用时钟下降沿触发，而CP为低电平接地，我们可以改变开关SW的闭合状态来达到对电容C3充放电的控制，从而控制CD4518的复位端R的电平，当时钟脉冲信号为高电平且复位端R保持为低电平（0）时，芯片CD4518开始计数。
CD4518的输出端接CD4543的输入，这里我们两个CD4543的级联来实现两位计数器的计数功能。
通过CD4543的译码驱动使8路数字显示器显示各个数字。
通过对电路图的原理分析可知。
从理论上可以实现对两位自动计数器的设计要求。
3软件简介
3.1Protel99简介
Protel99采用全新的管理方式，即数据库的管理方式。
Protel99是在桌面环境下第一个以独特的设计管理和团队合作技术为核心的全方位的印制板设计系统。
所有Protel99设计文件都被存储在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计编辑窗口。
Protel99软件沿袭了Protel以前版本方便易学的特点，内部界面与Protel98大体相同，新增加了一些功能模块。
Protel公司引进了德国INCASES公司的先进技术，在Protel99中集成了信号完整性工具，精确的模型和板分析，帮助你在设计周期里利用信号完整性分析可获得一次性成功和消除盲目性。
Protel99容易使用的特性就是新的“这是什么”帮助。
按下任何对话框右上角的小问号，然后选择你所要的信息。
现在可以很快地看到特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问
3．2Proteus简介
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路。
该软件的特点是：
1.实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
2.支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有：
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM7系列以及各种外围芯片。
3.提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。
4.具有强大的原理图绘制功能。
5.PCB设计以及自动布线。
特点：
支持ARM7，PIC，AVR，HC11以及8051系列的微处理器CPU模型，更多模型正在开发中，更新信息请参见网页；
交互外设模型有LCD显示、RS232终端、通用键盘、开关、按钮、LED等；强大的调试功能，如访问寄存器与内存，设置断点和单步运行模式；支持如IAR、Keil和Hitech等开发工具的源码C和汇编的调试；
一键“make”特性：
一个键完成编译与仿真操作；
内置超过6000标准SPICE模型，完全兼容制造商提供的SPICE模型；DLL界面为应用提供特定的模式；基于工业标准的SPICE3F5混合模型电路仿真器14种虚拟仪器：
示波器、逻辑分析仪、信号发生器、规程分析仪等；
高级仿真包含强大的基于图形的分析功能：
模拟、数字和混合瞬时图形；频率；转换；噪声；失真；付立叶；交流、直流和音频曲线；
模拟信号发生器包括直流、正旋、脉冲、分段线性、音频、指数、单频FM；数字信号发生器包括尖脉冲、脉冲、时钟和码流；
集成PROTEUSPCB设计形成完整的电子设计系统。
ProteusISIS编辑环境：
图3.1Proteus编辑界面
图形编辑窗口
编辑窗口用于放置元器件，进行连线，绘制原理图。
预览窗口
预览窗口中，有两个框，蓝框表示当前页的边界，绿框表示当前编辑窗口显示的区域。
当从对象选择器中选中一个新的对象时，预览窗口可以预览选中的对象。
在预览窗口上单击，ProteusISIS将会以单击位置为中心刷新编辑窗口。
对象选择器窗口：
通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗口，供今后绘图时使用。
显示对象的类型包括：
设备，终端，管脚，图形符号，标注和图形。
状态信息条：
状态条显示当前电路图编辑状态,这些状态显示方便用户的操作。
工具栏：
ProteusISIS主窗口左端的绘图工具栏与标准工具栏的作用相似，包含添加全部元器件的快捷图标按钮，与菜单中的元器件添加命令完全对应。
通过选取主窗口的菜单项View/Toolbars可以隐藏/显示相应的工具栏。
ProteusISIS主窗口左端的绘图工具栏与标准工具栏的作用相似，包含添加全部元器件的快捷图标按钮，与菜单中的元器件添加命令完全对应。
通过选取主窗口的菜单项View/Toolbars可以隐藏/显示相应的工具栏。
PROTEUS系统中有符号库和约30个元器件库，每个库又有许多模型，合计约8000个。
另外有关系统支持的库信息，请查看安装路径下最新的LIBRARY.PDF文件。
元件列表（TheObjectSelector）：
用于挑选元件（components）、终端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。
举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（按了“OK”），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可在原器件库中找出CAPACITORPOL有极性电容，CAP电容，DIODE二极管，ELECTRO电解电容，LED发光二极管，RES1.2电阻，SW-SPST?
单刀单掷开关，SPEAKER扬声器，NPN三极管
4．Proteus的仿真
4.1元器件搜索
打开Proteus的集成环境，点击文件，新建设计，根据元件明细表中的元件，点击P，
在keywords中输入所找的元件名单，然后点击右下角的OK，元件就被添加了。
我们找到元器件以后，元器件在Proteus软件的代号就显示在界面左侧的元器件名单代号列表上了。
4.2元器件代号
本小组设计的两位自动计数器所需的元器件的代号为
1.电阻R1~~R16代号为10WATT1K;
2.滑动变阻器R17代号为POT-HG;
3.有极性电容C1的代号为CAP-ELEC;
4.无极性电容C2和C3的代号为AUDI01U;
5.开关SW的代号为BUTTON；
6.芯片的代号分别为NE555,4518,4543;
7.7段数码显示器的代号为7SEG-COM-ANODE。
8．+5V电源要点击左侧图标inter-sheet-Terminal的POWER
4.3元件的放置
在元器件代号列表里点击所需元件的代号，就可以选定所需元件，鼠标移动到元件的放置地点，然后点击鼠标右键，即可以将元件放置好。
依次放置好元件，要确保元件的摆放美观。
4.4连线
在需要连接的元件接线处，点击左键，移动鼠标，可看到导线的出现，再在导线的另一端在另一个元件的端点处点击，从而连接了电路。
如下图所示。
图4.2仿真电路图
4.5元器件赋值
连好所有的线以后,要对元器件进行赋值。
鼠标右键单击所需赋值的元器件的图标，可以选定该元器件，使图标红亮，再单击鼠标左键出现对元器件属性的设置。
例如要设置R17为10K,
图4.3元件赋值界面
其他元器件的赋值方法与R1类似，仿照上述方法对其他元器件进行赋值
4.6实验调试
在Proteus环境版面中点击左下角，如图所示
我们对芯片NE555进行检查，可以在左侧代号列表框里找到代号为ANALOGUE并选定，在界面上拉出下列图框：
点
，
系统开始运行，如有出错，则系统将报错，点击报错处，查找出错原
图4.4波形显示界面图
在列表里选定Voltageporbe.将探头放在要测试的地方（NE555的输出端Q）并右击鼠标，出现U1（Q）的图标，在菜单栏里选定Graph的AddTrace选项。
将Name写为VCC，将ProbeP1选为U1（Q）,点击OK，并选定SimulateGraph,在运行整个电路，则出现如下图说明该芯片正常。
其他元件的测试和上述方法类似
在经过前面几个阶段的设计后，NE555触摸报警器各个模块已经设计完毕，根据总体设计时的方案框图，将各个子电路组合起来，加入信号，对电路进行总体测试。
经测试。
所设计的电路可以运行。
当闭合开关SW一次时显示器可以计一数
5实物焊接
当在Proteus集成环境调试成功时，接下来，利用实物进行焊接，按上述的实验原理在电路板上摆放好每个元件的位置，把每个元件焊接接起来。
焊接完成后，在实物板的电源正极和负极接入稳压器中，调节好合适的电压，并调节好滑动变阻器的电阻，找代合适的时钟脉冲信号的振荡频率，并且通过闭合开关SW,观察7段数码显示器的计数情况，如果不能正确计数，要对实物电路进行调试，直到能够正确计数为止，则该课程设计是成功的。
6调试及测试结果与分析
6.1原理设计过程中的问题
首先遇到的是查找资料的问题，一开始我们利用网络查找资料，但是网上的资料不全面并非常的凌乱，往往一些资料都是要邮购的，手续非常复杂。
后来我们着手去图书馆找资料，我们发现自爱图书馆找资料有很多优势，其中资料分类分的很清晰，找的资料书上的内容都比较全面，通过这次找的资料的经历，我熟悉了一些与电子相关的网站，而在图书馆里也知道电子方面书籍的大概位置，以及查找使用图书馆资料方法，并且在极大提高了我的专业知识水平，拓宽了我的知识面。
6.2调试过程中的问题
第一、555芯片不能正常工作，检查出来的原因是：
其中的51KΩ的电阻因为弯曲变形而断开了。
解决方法：
换个51KΩ的电阻。
第二、在电路的检验过程中发现了有管脚虚焊了，相当于是高电平。
解决方法：
对该管脚重新焊接。
调试时以个至关重要的步骤，能够一次性焊接成功理想情况极少出现。
尤其是像我们焊接水平不是很专业的，所以我们出错的的概率是相当的大的，因此调试就显得至关重要了。
在第一次通电前，应该用万用表检查正负极是否短路。
若存在短路，就按照原件的功能一个单元一个单元的排查故障，然后再检查没个焊接点的正面和反面是否导通，以及两个焊接点之间有连线的是否导通，要一根根的仔细排查故障，这些都是在第一次上通电前完成的，检查完成后，通电前一定要再次确认正负极没有短路，检查完毕后在接上5V电源。
通电后观察现象，通常情况下海存在一些问题，主要是分模块进行检查。
例如：
用万用表的电压档检测555的3端口是否是高电平的变化就可以检查到555是否正常工作。
如果没有输出变换侧检查555各个端口的高低电平的变化情况，将检查出来的电平与理论情况相比较，找出不同点，在针对理论与实际不符的地方重点检查。
以此方式，从555秒信号的产生开始到显示电路。
6.3测试结果与分析
使用PROTEL把原理图转换成电路板（PCB）。
每个元件在装上去之
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