循环计数器.docx

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循环计数器

设计题目：

自动循环计数器

一、设计目的：

1.熟练掌握计数器的应用。

2.加深对加减循环计数和显示电路的理解。

二、内容及要求：

1.用集成计数器实行1～9自动循环计数。

2.电路能实现1～9加法和1～9减法循环计数。

3.输出用数码显示。

根据功能要求构建总体设计思想，比较和选定设计的系统方案，确定整个电路的组成以及各单元电路完成的功能，画出系统框图。

三、设计思想：

根据功能要求构建总体设计思想，按照题目要求，系统可以划分为以下各单元部分；基本思想如下：

1、电源部分，由它向整个系统提供+5V电源。

2、单脉冲产生部分：

功能是由它产生单个脉冲，为循环计数部分提供计数脉冲。

3、译码驱动显示部分：

计数输出结果送至译码驱动显示部分。

4、控制部分：

实现加或减循环计数功能由控制部分完成。

5、计数部分：

完成BCD码3~9的可逆加或减循环计数。

系统方框图如图1所示。

图11~9加/减可逆自动循环计数器系统方框图

四、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍：

（一）、电源部分

直流稳压电源主要由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。

1、方案论证

方案一：

采用稳压二极管稳压，主要优点是简单；缺点是稳压二极管的稳压值离散性较大，限流电阻的阻值和功率计算比较繁琐。

方案二：

采用三端集成稳压器，三端集成稳压器系列齐全，稳压效果好，性能可靠，使用也非常方便。

确定方案：

比较方案一和方案二，决定采用方案二。

2、元器件型号的选择及参数计算：

整个系统IC均由74系列的相关芯片组成，故系统只需单一+5V电源。

三端集成稳压器：

选用L7805CV；变压器：

经过全波整流后7805的输入电压约为U2×1.2；由于7805的输入电压范围是7V-15V，采用220V/9V（3W）小型变压器，则7805的输入电压范围是9×1.2≈11V，满足7805输入电压的要求。

整流桥：

选择2W10/2A桥；C1、C2、C3、C4为滤波电容，C1、C2采用电解电容，C1=1000μF/16V，C2=1000μF/10V，C3、C4为高频滤波电容，C3=0.33μF，C4=0.1μF。

3、电源部分原理图，见图2。

图2电源部分原理图

（二）、单脉冲产生部分

1、方案论证

产生单脉冲的方法有很多，如用集成555定时器、TTL集成单稳态触发器74LS121。

74121、74221、74LS221都是不可重复触发的单稳态触发器。

属于可重复触发的触发器有74122、74LS122、74123、74LS123等。

有些集成单稳态触发器上还设有复位端（例如74221、74122、74123等）。

通过复位端加入低电平信号能立即终止暂稳态过程，使输出端返回低电平。

方案一：

用集成555定时器产生单脉冲，见图3—（a）。

（a）（b）

（c）

图3单脉冲产生电路

方案二：

用TTL集成单稳态触发器74LS121，，见图3—（b）。

方案三：

用74LS00四—2输入与非门与手动开关，见图3—（b）

用74LS00中的两个与非门构成基本RS触发器，手动开关反复波动一次，则触发器输出端将产生一个计数脉冲。

确定方案：

由于系统中其它部分用到一个与非门，在74LS00中还剩下3个与非门没有使用，则刚好用其中的两个与非门构成基本RS触发器。

如果采用方案一或方案二，还要另外增加器件。

所以计数脉冲产生部分采用方案三。

2、元器件型号的选择及参数计算：

与非门74LS00，R1=R2=1K，手动开关S1选用微型按钮开关。

（三）、译码驱动显示部分

1、方案论证

方案一：

采用74LS47TTLBCD—7段高有效译码/驱动器，数码管需选用共阳极数码管。

方案二：

74LS48TTLBCD—7段译码器/内部上拉输出驱动。

采用74LS48不需要外接上拉电阻。

确定方案：

故采用74LS48。

由于74LS48输出是高有效，所以显示数码管选用LTS547R共阴极数码管。

2、元器件型号的选择及参数计算：

数码管LTS547R，译码/驱动器74LS48；限流电阻的计算，数码管压降一般为1.8~2.2V，工作电流10~20mA，经试验，静态显示时10mA亮度相当可观，所以限流电阻R1~R7=（5V-2V）/10mA=300Ω,功率为0.012×300=0.03W,故电阻选用R1~R7=300Ω（1/16W）。

3、译码驱动、显示电路的设计

74LS48的引脚见图4，74LS48的功能表如表1所示，其中，DCBA为8421BCD码输入端，a—g为7段译码输出端。

图474LS48引脚图

表174LS48引脚功能表—七段译码驱动器功能表

十进数或功能

输入

BI/RBO

输出

LT

RBI

DCBA

a

b

c

d

e

f

g

0

H

H

0000

H

1

1

1

1

1

1

0

1

H

x

0001

H

0

1

1

0

0

0

0

2

H

x

0010

H

1

1

0

1

1

0

1

3

H

x

0011

H

1

1

1

1

0

0

1

4

H

x

0100

H

0

1

1

0

0

1

1

5

H

x

0101

H

1

0

1

1

0

1

1

6

H

x

0110

H

0

0

1

1

1

1

1

7

H

x

0111

H

1

1

1

0

0

0

0

8

H

x

1000

H

1

1

1

1

1

1

1

9

H

x

1001

H

1

1

1

0

0

1

1

10

H

x

1010

H

0

0

0

1

1

0

1

11

H

x

1011

H

0

0

1

1

0

0

1

12

H

x

1100

H

0

1

0

0

0

1

1

13

H

x

1101

H

1

0

0

1

0

1

1

14

H

x

1110

H

0

0

0

1

1

1

1

15

H

x

1111

H

0

0

0

0

0

0

0

BI

x

x

xxxx

L

0

0

0

0

0

0

0

RBI

H

L

0000

L

0

0

0

0

0

0

0

LT

L

x

xxxx

H

1

1

1

1

1

1

1

灯测试输入使能端。

当LT＝0时，译码器各段输出均为高电平，显示器各段亮，因此，LT＝0可用来检查74LS48和显示器的好坏。

动态灭零输入使能端。

在LT＝1的前提下，当/RBI＝0且输入BDCA＝000时，译码器各段输出全为低电平，显示器各段全灭，而当输人数据为非零数码时，译码器和显示器正常译码和显示。

利用此功能可以实现对无意义位的零进行消隐。

静态灭零输入使能端。

只要BI＝0，不论输入BDCA为何种电平，译码器4段输出全为低电平，显示器灭灯（此时/BI／RBO为输入使能）。

动态灭零输出端。

在不使用

功能时，BI／RBO为输出使能。

该端主要用于多个译码器级联时，实现对无意义的零进行消隐。

实现整数位的零消隐是将高位的RBO接到相邻低位的RBI，实现小数位的零消隐是将低位的RBO接到相邻高位的RBI。

数码管显示原理见图5。

图5数码管显示原理

4、译码驱动、显示电路原理图见图6

图6译码驱动、显示原理图

（四）、控制部分及循环加减计数部分

1、方案论证

方案一：

74LS191TTL为4位二进制同步加/减计数器。

方案二：

74LS190TTLBCD同步加/减计数器。

方案三：

74LS192TTL可预置BCD双时钟可逆计数器。

方案四：

74193TTL可预置四位二进制双时钟可逆计数器。

确定方案：

经过比较，结合系统要求，决定采用方案二。

2、控制部分及循环加减计数部分的设计

集成十进制同步加／减计数器CT74LS190，逻辑功能示意图见图7。

图7逻辑功能示意图见

（2）190功能表见表2

表274LS190功能表

⑶主要逻辑功能。

74LS138TTL三——8线译码器

逻辑图见图8，外引线见图9，功能表见表3

图8逻辑图图9外引线图

表3138功能表

控制部分及循环加减计数部分的电路原理图如图10所示。

图10控制部分及循环加减计数部分的电路原理图

状态图如图11所示。

图11加减法状态图

五、总体电路设计图、工作原理及元器件清单

1、3～9可逆自动循环加或减计数器总体电路如图12所示。

2、工作原理

由单脉冲产生单元产生的计数脉冲送至74LS190的CP端，做加法时，190的D/

端需接地，通过手动开关S2实现。

加法计数当加过9时，在CC/CR端将发出一个进位正脉冲，9再加1按照题目要求应该变成3；做减法时按照题目要求3减1应该变成9，在此利用74LS298双4位2选一数据选择器将预置数据3（0011）或9（1001）选择一个数据送给190的预置数据端DCBA，实现的方法是，将加9后产生的正脉冲反相后与减法时减到2由138译码得到的负脉冲进行或运算送至298的CLK端，CLK将预置的无论加或减的预置数0011或1001数据送至190的与之数据端，298的WS端为数据选则端，即WS=1选0011加法预置数，WS=0选1001减法预置数。

3、元器件清单见表4

表4元器件清单表

类别

编号

型号及参数

功能及类别

集成电路

IC1

74LS00

四2输入端与非门

IC2

74LS04

六反相器

IC3

74LS138

3-8线译码器

IC4

74LS298

四位2选一数据选择器

IC5

74LS190

BCD同步加/减计数器

IC6

74LS48

4线-7段译码器

IC7

7805

三端集成稳压器+5V

电阻

R1~R7

300Ω（1/2W）

碳膜电阻

R9~R9

1KΩ/（1/16W）

碳膜电阻

C1

1000μF/16V

电解电容

C2

1000μF/10V

电解电容

C3

0.33μF

独石电容

C4

0.1μF

独石电容

整流桥

2W10/2A

变压器

220V/10V（W）

数码管

LTS547R

开关

S1

按钮开关

S2

按钮开关

S3

排开关

六、硬件电路安装、调试测试结果，出现的问题、原因及解决方法

在安装调试过程中，遇到了一定的问题，具体如下：

1、电源部分焊接完毕后，用万用表测量输出电压只有3.9V，工作不正常，仔细检查发现滤波电容C1、C2在焊接时由于疏漏，负极端忘记与7805的地端相连，怀疑可能由此引起，焊接后，电源工作正常了，输出电压5.02V，很理想。

2、所有原件焊接完毕后，通电前测量+5V与地之间出现短路现象，此时焊点已经比较多了，查找起来比较困难了，但是由于是电源出现短路，因此决不能通电检查，所以一点一点，一个器件一个器件地反复排查，终于发现由于导线的毛刺引起的，用刀修剪处理后，故障排除。

3、通电检查，通电后做加法时，数码管又反应，但显示数据不正确，怀疑是段码焊接有误，经查果然如此，经重新调整，故障排除。

七、总结设计电路的特点和方案的优缺点

本方案设计电路的特点是，除了满足题目要求的指标外，还补充了电源设计。

优点：

电路设计比较简明，易于实现，有些内容超过了题目要求，例如，单脉冲产生部分和电源部分。

缺点：

74LS298数据选择器可能由于不是常用器件，没有购到，以后再遇到设计问题，会从多个角度去考虑。

八、收获、体会

通过这次课程设计，是我收获很大；初步掌握电子电路的计算，掌握了一点数字电路的一般设计方法，具备初步的电路设计能力。

同时学会了如何通过网络资源、书刊、教材及相关的专用手册等来查阅所需资料。

熟悉了常用电子器件的类型和特性并初步学会了怎样合理地选用。

初步掌握了普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。

提高了综合运用所学的理论知识来独立分析和解决问题的能力。

进一步熟悉了电子仪器的正确使用方法。

学会了如何撰写课程设计总结报告。

培养自己严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。

整个设计过程从一开始不知所云到现在能动手设计和安装、调试，遇到了不少的困难，但是通过老师的精心指导和自己的刻苦努力，都一一克服了，是我深深体会到，要想将来成为一名国家的合格建设者和栋梁，需要脚踏实地，刻苦学习、努力钻研、勇攀高峰，同时也从中体会到了成功的快乐，在这里，我要向辛苦耕耘的老师说一声：

老师您辛苦了，非常感谢您-----敬爱的老师！

九、参考文献

[1]《中国集成电路大全》TTL集成电路国防工业出版社，1985

[2]《实用电子电路手册》北京：

高等教育出版社，1991

[3]《数字电子技术实验及课题设计》北京：

高等教育出版社，1995

[4]魏立君，韩华琦.COMS4000系列60种常用集成电路的应用.北京：

人民邮电出版社，1993

[5]此处按照上面的格式写你的教材