24进制计数器设计说明书.docx

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24进制计数器设计说明书

二十四进制计数器设计

摘要：

24进制数字钟是一种用数字电路技术实现时计时的装置，与机械式时钟相较具有更高的准确性和直观性。

这次设计与制作24进制电子数字钟时计数、译码、显示电路需要了解组合逻辑电路和时序逻辑电路；了解集成电路的引脚安排；了解各类时计数、译码芯片的逻辑功能及利用方式；了解数字钟的原理。

本次设计是基于24进制电子数字钟的原理，实现具有24进制清零功能的电子钟，它要紧由脉冲、二-五-十进制加法器74LS90、译码器74LS4八、共阴极LED数码管等四个模块组成。

脉冲利用555设计一个多谐振荡器。

各功能模块multisim软件中描述出，然后将其打包成可挪用的元件，再利用原理图输入法将各模块按功能连接起来就取得顶层文件的原理图。

这时，再进行时序仿真、引脚锁定和嵌入逻辑分析仪以后，就编译下载至硬件中，选择正确的模式和各类设置后即可实现这次设计所要求的功能。

关键词：

加法器;译码器;显示数码管

1.设计任务

设计目的

1.了解计数器的组成及工作原理。

2.进一步把握计数器的设计方式和计数器彼此级联的方式。

3.进一步把握各芯片的逻辑功能及利用方式。

4.进一步把握数字系统的制作和布线方式。

5.熟悉集成电路的引脚安排。

设计指标

1.以24为一个周期，且具有自动清零功能。

2.能显示当前计数状态。

设计要求

1. 画出整体设计框图，以说明计数器由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间相互联系，时钟信号传输途径、方向。

并以文字对原理作辅助说明。

2. 设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

3. 选择适合的元器件，利用multisim仿真软件验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择适合的输入信号和输出方式，在确信电路充分正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。

4. 在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线进行合理布局。

5.在电路板上侵蚀，钻孔，插元器件，焊接再就对整个计数器电路进行调试。

2.设计思路与整体框图

计数器由计数器、译码器、显示器三部份电路组成，再由555按时器组成的多谐振荡器来产生方波，充当计数脉冲来作为计数器的时钟信号，计数结果通过译码器显示。

图2-1所示为计数器的一样结构框图。

▲图2-1计数器结构框图

3.系统硬件电路的设计

555多谐荡电路　　

555多谐器：

利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出的。

经常使用作方波发生器。

多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。

“多谐”指矩形波中除基波成额外，还含有丰硕的高次谐波成份。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。

在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，经常使用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。

555按时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一样用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单按时器外，还有对应的双按时器556/7556。

555按时器的电源电压范围宽，可在~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因此其输出可与TTL、CMOS或模拟电路电平兼容。

555按时器本钱低，性能靠得住，只需要外接几个电阻、电容，就能够够实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为按时器普遍应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动操纵等方面。

555引脚图如以下图3-1所示。

▲图3-1555引脚图

555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.专门是由三只精度较高5k电阻组成了一个电阻分压器.为上、下比较器提供基准电压.因此称之为555.

555多谐振荡电路由NE555P芯片、电阻和电容组成。

由NE555P的3脚输出方波。

如图3-2所示。

▲图2555多谐振荡电路

计数器电路　　

集成计数芯片一样都设置有清零输入端和置数输入端，而且不管是清零仍是置数都有同步和异步之分。

有的集成计数器采纳同步方式，即当CP触发沿到来时才能完成清零或置数任务；有的集成计数器那么采纳异步方式，即通过触发器的异步输入端来直接实现清零或置数，与CP信号无关。

本设计采纳异步清零。

由2片74LS90是异步二—五—十进制加法计数器（它既能够作二进制加法计数器，又能够作五进制和十进制加法计数器）、一片与门74LS08和相应的电阻。

由外加送来的计数脉冲（由555电路产生）送入两个计数器的CLK端，电路在计数脉冲的作用下按二进制自然序依次递增1，当个位计数到9时，输出进位信号给十位充当使能信号进位。

当计数到24，这显示器个位输出0010（也确实是4），显示器十位输出0010也确实是2），显示器十位计数器只有QC端有输出，显示器个位计数器只有QB端有输出，将个位的QC、十位的QB端接一个二输入与门，与门输出一路送入十位计数器的清零端，一路送入个位计数器的清零端，将整个电路清零，完成周期为24的计数。

译码和显示电路　　

由2个74LS48和2个数码管组成驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，而且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管。

4.系统设计仿真

各功能元件的选用与分析

设计原理图中各功能元件的引脚图或逻辑功能图的分析如下所示：

一．74LS48译码器

七段显示译码器的要紧功能是把8421B码译成对应于数码管的7个字段信号，驱动数码管，显示出相应的十进制数码。

D,C,B,A是8421BCD码的4位输人信号，a,b,c,d,e,f,g是七段译码输出信号，LT，RBI，BI为操纵端。

灯测试输人端LT：

当LT=0，BI＝1时，不管A3~A0为何种状态，a,b,c,d,e,f,g的状态均为0，数码管七段全亮，显示“8”字形，用以检查七段显示器各字段是不是能正常工作。

灭零输入端RBI：

当RBI＝0时，且LT＝1，BI＝0时，假设D～A的状态均为0，那么所有光段均灭，在数字显示顶用以熄灭没必要要的0。

例如，显示0021，21前面的两个0是多余的，能够通过在对应位加灭零信号（RBI＝0）的方式去掉多余的零。

74LS48引脚图如以下图4-1所示。

74LS48和半导体数码管的连接图如图4-2所示。

图4-174ls48引脚

▲图4-274ls48和半导体数码管的连接图

二.74LS08芯片

74LS08是经常使用的TTL2输入端四与门。

▲图4-374LS08引脚图

三.计数及译码显示

二—五—十进制加法计数器74LS90组成电子秒表的计数单元，如表1中单元Ⅳ所示。

其中计数器①接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端QD取得周期为的矩形脉冲，作为计数器②的时钟输入。

计数器②及计数器③接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示～秒；1～秒计时。

注：

集成异步计数器74LS90

74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既能够作二进制加法计数器，又能够作五进制和十进制加法计数器。

图4-4为74LS90引脚排列，图4-5为功能表。

通过不同的连接方式，74LS90能够实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0

（1）、R0

（2）对计数器清零，借助S9

（1）、S9

（2）将计数器置9。

其具体功能详述如下：

（1）计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。

（2）计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。

（3）假设将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，

那么组成异步8421码十进制加法计数器。

（4）假设将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，

那么组成异步5421码十进制加法计数器。

（5）清零、置9功能。

异步清零

当R0

（1）、R0

（2）均为“1”；S9

（1）、S9

（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。

置9功能

当S9

（1）、S9

（2）均为“1”；R0

（1）、R0

（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001。

表1：

输入

输出

功能

清0

置9

时钟

QDQCQBQA

（1）、R0

（2）

（1）、S9

（2）

CP1CP2

××

清0

××

置9

0×

×0

0×

×0

↓1

QA输出

二进制计数

1↓

QDQCQB输出

五进制计数

↓QA

QDQCQBQA输出8421BCD码

十进制计数

QD↓

QAQDQCQB输出5421BCD码

十进制计数

不变

保持

▲图4-474LS90引脚图

▲图4-574LS90功能表

四.共阴极七段数码管显示器

显示器件的种类很多,在数字电路中最多见的显示器是半导体显示器（又称为发光二极管显示器,LED）和液晶显示器（LCD）,本设计采纳7段LED数码显示器.7段LED数码显示器俗称数码管,其工作原理是将要显示的十进制数码分成7段,每段为一个发光二极管,利用不同发光段组合来显示不同的数字.LED的死区电压较高，工作电压大约~3V，驱动电流为几十毫安。

74LS48译码驱动器输出是高电平有效，因此，配接的数码管必需采纳共阴极接法。

以下图是共阴极式与共阳极式LED数码管的接线图（图4-6），利历时，公共阴极接地，7个阳极a到g由相应的BCD七段译码器来驱动。

▲4-6半导体数码管共阴极接法和共阳极接法

五.电阻

电阻的英文名称为resistance，通常缩写为R，它是导体的一种大体性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。

欧姆定律指出电压、电流和电阻三者之间的关系为I=U/R，亦即R=U/I。

电阻的大体单位是欧姆，用希腊字母“Ω”来表示。

通常“电阻”有双重含义，一种是物理学上的“电阻”那个物理量，另一个指的是电阻这种电子元件。

电阻元件的电阻值大小一样与，，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度阻碍大小的物理量是温度系数，其概念为温度每升高1℃时电阻值发生转变的百分数。

电阻的要紧物理特点是变成热能，也可说它是一个耗能元件，电流通过它就产生。

电阻在电路中通常起分压、分流的作用。

对信号来讲，交流与直流信号都能够通过电阻。

计算公式：

串联：

R=R1+R2+．．．+Rn

并联：

1/R=1/R1+1/R2+．．．+1/Rn两个电阻并联式也可表示为R=R1·R2/（R1+R2）

概念式：

R=U/I

决定式：

R=ρL/S（ρ表示电阻的，是由其本身性质决定，L表示电阻的长度，S表示电阻的横截面积）

单位表示

导体的电阻通经常使用字母R表示，电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧，符号是Ω（希腊字母，读作Omega），1Ω=1V/A。

比较大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）（兆=百万，即100万）。

KΩ（千欧），MΩ（兆欧），他们的换算关系是：

两个电阻并联式也可表示为1TΩ=1000GΩ；1GΩ=1000MΩ；1MΩ=1000KΩ；1KΩ=1000Ω（也确实是一千进率）

大体分类

按阻值特性分为：

固定电阻、可调电阻、特种电阻（灵敏电阻）.

不能调剂的，称之为定值电阻或固定电阻，而能够调剂的，称之为可调电阻。

常见的可调电阻是,例如音量调剂的装置是个圆形的滑动变阻器，要紧应用于电压分派的，称之为。

按制造材料分为:

、金属膜电阻、线绕电阻，无感电阻，薄膜电阻等。

操纵电阻大小的因素

电阻元件的电阻值大小一样与温度有关，还与导体长度、横截面积、材料有关。

衡量电阻受温度阻碍大小的物理量是温度系数，其概念为温度每升高1℃时电阻值发生转变的百分数。

多数（金属）的电阻随温度的升高而升高，一些半导体却相反。

如：

玻璃，碳在温度必然的情形下，有公式R=ρl/s其中的ρ确实是，l为材料的长度，单位为m，s为面积，单位为平方米。

能够看出，材料的电阻大小正比于材料的长度，而反比于其面积。

色环电阻第一环的确信

1．四环电阻

因表示误差的色环只有金色或银色，色环中的金色或银色环必然是第四环。

2．五环电阻：

此为周密电阻。

（1）从阻值范围判定：

因为一样电阻范围是0-10M，若是读出的阻值超过那个范围，可能是第一环选错了。

（2）从误差环的颜色判定：

表示误差的色环颜色有银、金、紫、蓝、绿、红、棕。

如里靠近电阻器端头的色环不是误差颜色，那么可确信为第一环。

识别色环电阻的阻值

电子产品普遍采纳色环电阻，其优势是在装配、调试和修理进程中，不用拨动元件，即可在任意角度看清色环，读出阻值，利用方便。

一个电阻色环由4部份组成（不包括周密电阻）。

四个色环的其中第一、二环别离代表阻值的前两位数；第三环代表10的幂；第四环代表误差。

下面介绍把握此方式的几个要点：

（1）熟记第一、二环每种颜色所代表的数。

可如此经历：

棕=1，红=2，橙=3，黄=4，绿=5，蓝=6，紫=7，灰=8，白=9，黑=0。

彩虹的颜色散布：

红橙黄绿蓝靛紫，去掉靛，后面添上灰白黑，前面加上棕，对应数字1开始。

从数量级来看，在体上可把它们划分为三个大的品级，即：

金、黑、棕色是欧姆级的；红是千欧级，橙、黄色是十千欧级的；绿是兆欧级、蓝色那么是十兆欧级的。

如此划分一下也好经历。

因此要先看第三环颜色（倒数第2个颜色），才能准确。

第四环颜色所代表的误差：

金色为5%；银色为10%；无色为20%。

举例说明：

例1：

四个色环颜色为：

黄橙红金

读法：

前三颜色对应的数字为432，金为5%，因此阻值为43X10*2=4300=Ω，误差为5%。

选用常识

电阻器的阻值和误差

阻值选用：

原那么是所用电阻器的标称阻值与所需电阻器阻值差值越小越好。

误差选用：

时刻常数RC电路所需电阻器的误差尽可能小。

一样可选5%之内。

对退耦电路，反馈电路滤波电路负载电路对误差要求不太高.可选10%-20%的电阻器。

注意电阻器的极限参数

额定电压：

当实际电压超过额定电压时，即便知足功率要求，电阻器也会被击穿损坏。

：

所选电阻器的额定功率应大于实际经受功率的两倍以上才能保证电阻器在电路中长期工作的靠得住性。

要首选通用型电阻器

通用型电阻器种类较多、规格齐全、生产批量大，且阻值范围、外观形状、体积大小都有挑选的余地，便于采购、维修。

依照电路特点选用

高频电路：

散布参数越小越好，应选用金属膜电阻、金属氧化膜电阻等高频电阻。

低频电路：

绕线电阻、碳膜电阻都适用。

功率放大电路、偏置电路、取样电路：

电路对稳固性要求比较高，应选温度系数小的电阻器。

退耦电路、滤波电路：

对阻值转变没有严格要求，任何类电阻器都适用。

电阻测量

用万用表测量大值电阻：

31/2位和41/2位数字万用表电阻档的最大量程一样是20MΩ。

关于31/2位数字万用表而言，利用不同的电阻量程也只能测量Ω～Ω范围内的电阻；而关于41/2位数字万用表，那么只能测量Ω～Ω范围内的电阻。

当被测电阻Rx≥20MΩ时，仪表将显示溢出符号“1”。

实验证明，采纳下述的“并联电阻法”，可将31/2位或41/2位数字万用表20MΩ电阻档的量程扩展到100MΩ。

1、测量方式

预先预备一只十几兆欧的电阻R1，将数字万用表拨至20MΩ档后测出电阻值R1。

然后把被测电阻Rx并联在R1两头，再测出并联总电阻R。

依照电阻并联的计算公式很容易推导出。

测量举例：

被测电阻为一只标记不明的高阻值电阻Rx，R1选用标称阻值为10MΩ的电阻。

利用DT830型数字万用表的20MΩ电阻档，实测R1的阻值为Ω。

将Rx与R1并联后，再用DT830进行测量，测得总阻值R=Ω。

由此判定，被测电阻的标称值应为33MΩ。

2、测量注意事项

1）当被测量电阻Rx的阻值超过100MΩ时，并联后的总阻值R与选用的标准电阻R1的阻值超级接近，加上数字万用表本身存在±1个字的误差，会使测量误差增大。

因此，本法不适合用来测量阻值大于100MΩ的电阻。

2）测量操作时，应将被测电阻Rx与标准电阻R1并联接触牢靠，必要时可用鳄鱼夹将二者固定.

六.电容

电容（Capacitance）亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为C，国际单位是法拉（F）。

一样来讲，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，那么阻碍了电荷移动而使得电荷积存在导体上，造成电荷的积存贮存，贮存的电荷量那么称为电容。

电容是电子设备中大量利用的电子元件之一，普遍应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、操纵电路等方面。

在电路学里，给定电势差，电容器贮存电荷的能力。

从物理学上讲，电容是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特点，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。

要紧用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔离直流等电路中。

大体单位

在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉那个单位太大，因此经常使用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

1法拉（F）=1000毫法（mF）=1000000微法（μF），1微法（μF）=1000纳法（nF）=1000000皮法（pF）。

电容与电池容量的关系：

1伏安时=1瓦时=3600焦耳w=