十进制加减可逆计数器的设计样本.docx
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十进制加减可逆计数器的设计样本
摘要
计数器是数字电路中最为基本一种单元电路。
本次基本强化目的是要咱们熟悉惯用MSI集成计数器功能和应用;掌握运用集成计数器构成不同功能计数器设计办法;学会运用EDA软件(Proteus)对模M可逆计数器电路进行仿真;掌握可逆计数器电路安装及调试办法。
本次课设报告先是阐明了十进制加/减可逆计数器技术指标,简要地陈述了设计方案和设计思路,然后就对其关于理论知识作了某些简要简介,然后在性能指标分析基本上进行单元电路设计,设计出整体电路图并且在软件Proteus中进行仿真,最后通过protel做出电路板验证与否达到技术规定,总结课设体会。
核心词:
手动控制,自动控制,计数器,加减可逆
1设计任务与规定
设计一种十进制加/减可逆计数器。
规定:
(1)接通电源时电路可以自启动;
(2)外部开关控制清零、启动和暂停等功能,并实现加、减计数,自动加减可逆计算;
(3)用数码管显示计数器值。
(4)参照元件:
74LS00,74LS76,74LS192,74LS48及LED。
2设计方案及其比较
2.1设计方案
这里设计模为10十进制加/减可逆计数功能电路设计方案重要为如图2-1所示:
图2-1设计方案
2.2设计思路
2.2.1手控自动加、减计数器设计思路
由于74LS192就已经为10进制计数器,给输入端CPU输入脉冲信号就进行10进制加法计数。
给输入端CPD输入脉冲信号就进行10进制减法计算。
因此需要解决问题是如何切换加、减状态切换。
通过度析,应当实现如下表2-1功能
表2-1自动加、减信号控制脉冲输入端方式
信号M
计数方式
CPU
CPD
0
加法
CLK
1
1
减法
1
CLK
这一功能通过一片数据选取器即可实现。
2.2.2自控可逆方式计数器设计思路
设计自控方式一种加/减可逆计数顺序如图2-1所示。
图2-2自控计数器计数顺序
从上述图中可以看出,当加计数到最大值9后自动进行减计数;当减计数到最小值0后自动进行加计数,如此不断循环。
因此要解决核心问题是:
电路如何自动产生加/减计数控制信号M。
其中一种设计思路如图2-3所示。
图2-2自动控制信号产生电路设计思路图
2.2.3手动脉冲设计思路
当电路不暂停时候,计数器自动计数。
当按下暂停时候,计数器停止计数。
这时可以手动输入脉冲,通过度析可得设计方案图如图2-3所示。
图2-3手动脉冲设计思路图
由图可以看出当暂停按钮没有按下时候,输出信号端是由脉冲信号源。
当暂停按下去时候,此时输入信号端不受脉冲信号源影响,而是由手动脉冲来决定了。
当没有按下手动脉冲时,输出信号端为持续高电平。
只有按下手动脉冲按钮才干产生低电平。
因此通过按动手动按钮就可以实现手动产生脉冲信号了。
2.3集成电路及元件选取
“脉冲信号产生电路”采用NE555。
“加/减计数控制电路”采用一片数据分派器74LS138。
“加/减计数控制信号自动产生电路”采用集成D触发器74LS74和集成门电路74LS00、74LS32。
集成计数器采用74LS192。
“显示译码电路”采用74LS48。
LED数码管采用共阴极数码管。
3实现方案
3.1脉冲发生电路实现方案
3.1.1基本原理
脉冲发生电路采用555定期器构成多谐振荡器振荡产生周期为1s矩形脉冲,从而为计数器提供触发信号。
其中,可以通过R1,R2,C来控制充放电时间。
本实验采用电阻R1(100K电阻)、R2(50K电位器以便实际电路中调节波形)、和电容C(10uf).其仿真图如图3.1所示。
图3-1多谐振荡器电路图
3.1.2关于参数及计算
1、理论数据:
多谐振荡器振荡周期T计算公式为:
T=0.693*((R1+2R2)*C1)
各参数值:
R1=100KR2=22KC=10uf
将各参数值带入上面计算公式得:
T=0.s≈1s
3.2加/减/计数器控制电路实现方案
加/减计数控制电路重要由74LS138构成。
74LS138芯片是惯用3-8线译码器,惯用在单片机和数字电路译码电路中,74LS138引脚排列如图3-2所示,真值表如表3-1所示。
图3-274LS138引脚排列图
表3-174LS138真值表
由74LS138构成加/减计数控制电路如图3-3所示。
图3-3加/减计数控制电路
当开关接到高电平时,A=1,此时Y1输出脉冲信号,如果Y1连接着74LS192CPD端,此时计数器就能进行减法计数功能。
当开关接到低电平时,A=0,此时Y0输出脉冲信号,如果Y0连接着74LS192CPU端,此时计数器就能进行加法计数功能。
3.3自动控制可逆计数器实现方案
计数单元电路重要由十进制计数器74LS192构成。
74LS192是同步十进制可逆计数器,它具备双时钟输入,并具备清除和置数等功能,其引脚排列图如图3-4所示。
图3-474LS192引脚排列图
图中:
为置数端,
为加计数端,
为减计数端,
为非同步进位输出端,
为非同步借位输出端,P0、P1、P2、P3为计数器输入端,
为清除端,Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如表3-2所示。
表3-274LS192功能表
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
↑
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
↑
×
×
×
×
减计数
用74LS192结合由74LS138构成加/减控制电路,再加上一种单刀三掷开关就构成了十进制加/减/加减可逆计数器计数单元电路,如图3-5所示。
图3-5计数单元电路原理图
当开关接到反馈电路时,由图可以看出,当触发器D=1时,计数器到9或者到0时给D触发器一种高电平,产生上升沿使D触发器置1,并使D=0。
当触发器D=0时,计数器到9或者到0时给D触发器一种高电平,产生上升沿使D触发器置0,并使D=1。
通过这样能使计数器加减状态发生变化,从而实现可逆计数功能。
考虑到组合逻辑电路某些也许发生竞争-冒险现象,这种由于竞争而产生尖峰脉冲会引起D触发器误翻转,导致错误成果。
因此在D触发器CLK端前面加一种滤波电容,过滤掉产生尖峰脉冲。
3.4译码显示单元电路设计实现方案
3.4.1译码显示单元电路设计
计数器实现了对时间合计以8421BCD码形式输出,译码驱动电路将计数器输出8421BCD码转换为数码管需要逻辑状态,并且为七段数码管正常工作提供足够工作电流。
译码器是一种多输入、多输出组合逻辑电路。
它工作是把给定代码进行“翻译”,变成相应状态,使输出通道中相应一路有信号输出。
译码器在数字系统中有广泛用途,不但用于代码转换、终端数字显示,还用于数字分派,存储器寻址和组合控制信号等。
译码器可以分为通用译码器和显示译码器两大类。
用于驱动LED七段数码显示惯用有74LS48。
3.4.2译码器74LS48
74LS48是BCD-7段译码器/驱动器,其输出是OC门输出且高电平有效,专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。
其功能是把输入8421BCD码ABCD译成七段输出a-g,再由七段数码管显示相应数。
由74LS48和LED七段共阴极数码管构成一位数码显示电路。
若将个位、时位、百位计数器输出分别接到相应七段译码器输入端,便可进行不同数字显示。
在译码器输出与数码管之间串联R为限流电阻。
当计数器在CP脉冲作用下,就应将其状态显示成清晰数字符号。
74LS48管脚如图3-6所示。
在管脚图中,管脚LT、RBI、BI/RBO都是低电平是起作用,作用分别为:
LT为灯测检查,用LT可检查七段显示屏个字段与否能正常被点燃。
BI是灭灯输入,可以使显示灯熄灭。
RBI是灭零输入,可以按照需要将显示零予以熄灭。
BI/RBO是共用输出端,RBO称为灭零输出端,可以配合灭零输出端RBI,在多位十进制数表达时,把多余零位熄灭掉,以提高视图清晰度。
图3-674LS48管脚图
74LS48功能:
74LS48功能表如表3-3所示。
表3-374LS48BCD七段译码驱动器功能表
74LS48引脚功能-----七段译码驱动器功能表
十进
制数
输入
BT/RB0
输出
LT
RBI
A
B
C
D
a
b
c
d
e
f
g
0
H
/
0
0
0
0
H
1
1
1
1
1
1
1
1
H
/
0
0
0
1
H
0
1
1
0
0
0
0
2
H
/
0
0
1
0
H
1
1
0
1
1
0
1
3
H
/
0
0
1
1
H
1
1
1
1
0
0
1
4
H
/
0
1
0
0
H
0
1
1
0
0
1
1
5
H
/
0
1
0
1
H
1
0
1
1
0
1
1
6
H
/
0
1
1
0
H
0
0
1
1
1
1
1
7
H
/
0
1
1
1
H
1
1
1
0
0
0
0
8
H
/
1
0
0
0
H
1
1
1
1
1
1
1
9
H
/
1
0
0
1
H
1
1
1
0
0
1
1
(1)译码功能:
将LT,RBI和BI/RBO端接高电平,输入十进制数0~9任意一组8421BCD码(原码),则输出端a~g也会得到一组相应7位二进制代码(74LS48驱动共阴极,输出3FH、06H、5BH…;74LS47驱动共阳极,输出COH、F9H、A4H…)。
如果将这组代码输入到数码管,就可以显示出相应十进制数。
(2)试灯功能:
给试灯输入加低电平,而BI/RBO端加高电平时,则输出端a~g均为高电平。
若将其输入数码管,则所有显示段都发亮。
此功能可以用于检查数码管好坏。
(3)灭灯功能:
将低电平加于灭灯输入时,不论其她输入为什么电平,所有输出端都为低电平。
将这样输出信号加至数码管,数码管将不发亮。
(4)动态灭灯功能:
RBI端为灭零输入端,其作用是将数码管显示数字0熄灭。
当RBI=0,且DCBA=0000时,若LT=1,a~g输出为低电平,数码管无显示。
运用该灭零端,可熄灭多位显示中不需要零。
不需要灭零时,RBI=1。
3.4.3显示屏LG5011AH
图3-7是共阴极式LED数码管原理图,使用时公共阴极接地,使每个发光二极管都处在导通状态,并且这7个发光二极管a到g分别由相应BCD七段译码器来驱动。
图3-7共阴极LED数码管原理图
选用型号为LG5011AH数码管,LG5011AH管脚功能图如图3-8所示,
图3-8LG5011AH管脚图
3.4.4译码显示电路
译码显示电路由共阴极译码器74LS48和七段数码管LED构成。
74LS48和共阴数码管连接图如图3-9所示。
图3-9译码显示电路图
3.5手动脉冲发生电路实现方案
图3-10手动脉冲电路图
如图3-10所示,由图可以看出当暂停按钮没有按下时候,输出信号端是由脉冲信号源。
当暂停按下去时候,与非门4脚为低电平,与非门6脚为高电平,此时脉冲信号源不起作用,而是由手动脉冲来决定了。
当没有按下手动脉冲时,输出信号端为持续高电平。
只有按下手动脉冲按钮才干产生低电平。
因此通过按动手动按钮就可以实现手动产生脉冲信号了。
由于当暂停按钮按下时,电源和地线短路,这种状况是不容许,因此在电源和按钮之间串联一种10K上拉电阻。
图3-11按钮抖动图
按钮按下去期间为产生抖动,如图3-11所示,也许会持续产生几种较小脉冲,影响电路。
此时可以运用电容充放电特性,普通在按钮两端并联一只电容,来达到滤除抖动带来干扰,这样就能把前沿抖动和后沿抖动去除。
3.6清零功能实现方案
依照74LS192功能表可以看出,清零办法有两种,一种是复位法,通过给MR端一种高电平来进行清零,另一种是预置数法,先把D0、D1、D2、D3接地(相称于0),通过给
一种低电平,达到置零目。
这里选取第二办法,如图3-12所示:
图3-12清零电路设计图
通过图分析,可以看出当清零按钮按下去时候
为0,此时74LS192置为预设好0000.,即达到了清零目。
由于之前说过,电源和地线不能直接相连,因此要在电源端串联一种10K电阻。
防止清零时候整个电路短路。
3.7总原理图设计实现方案
将计数电路、显示译码电路、加/减法/加减可逆控制电路、清零电路和手动脉冲电路连接起来就构成了符合设计规定电路图,如图3-13所示。
图3-13手动、自动控制加/减可逆计数器原理图
4Proteus仿真
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版EDA工具软件。
它不但具备其他EDA工具软件仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是当前最佳仿真单片机及外围器件工具。
虽然当前国内推广刚起步,但已受到单片机兴趣者、从事单片机教学教师、致力于单片机开发应用科技工作者青睐。
打开该软件,按照如图X-X所示布置完整个电路图之后,点击proteus右下角图标
中
图标,开始仿真,
仿真先在可逆计数模式下计数:
先加法计数,从0计数到9,当加计数到最大值9后自动进行减计数,当减计数到最小值0后自动进行加计数,如不断循环。
仿真中一种状态如图4-1所示。
图4-1完整电原理图
十进制加法仿真:
从0计数到9,然后又跳到0,不断循环。
十进制减法仿真:
从9计数到0,然后又跳到9,不断循环。
清零按钮仿真:
按下清零之后,数码管立即显示0,计数器重新从0开始计数。
暂停按钮仿真:
按下暂停之后,计数器停止计数。
手动脉冲仿真:
按一下手动脉冲,计数器计数一次。
从仿真成果可以得出,在Proteus软件中仿真成果与之前设计方案所规定成果完全同样,阐明电路图达到设计规定。
5制版与调试
5.1DXP注意事项
电路绘制时候重要是注意各个元器件封装和实际买回来元器件管脚大小及距离相相应,并有选取地采用排针作为信号输入以及输出和直流电源输入。
元器件采用先手动布局。
布线采用自动布局,然后在这基本上手动调节布局,布线时需要设计好参数。
由于做电路板条件有限,不也许按照工厂印刷版参数来设定。
所觉得了以便做板,普通线条大小为0.7mm,地线为1.5mm,过孔为0.5mm,焊盘为1.8mm。
电路板长宽为:
98mm×125mm。
实际板子大小为:
105mm×145mm,绘制好pcbsch电路图看附录图2。
Pcb板请看附录图1.
5.2制作PCB板流程
设计好原理图sch→→变化封装→→绘制pcb板→→布局布线→→打印pcb图纸→→印制铜板→→腐蚀铜板→→钻孔→→焊接元器件→→测板→→修改电路→→测试(直到符合设计规定)。
5.3注意事项
(1)在测试过程中,若某项指标偏差较大,则依照设计表调节修正相应元器件值。
(2)制作板子过程中,为了节约材料,节约资源,尽量用至少东西完毕最佳功能。
因此板子元器件布局紧密。
而提高抗干扰能力,布线时尽量短,少。
焊盘过孔设计合理。
5.4调试成果与分析
对安装好电路按一下办法进行调节和测试:
(1)仔细检查装好电路,确认元件与导线连接无误后连通电源。
(2)在电路输入端输入5V电源,接上电路后看数码管与否能正常显示数字,并自动计数。
若没有正常计数,应当检查电路,找出故障因素。
(3)若数码管数字能正常跳动,可进一步进行调试,观测其她功能与否满足设计规定,若不满足设计规定应当依照不满足设计规定有关元件进行检查,使其达到设计规定。
测试成果显示自动加减/可逆加减完全符合设计规定,但是555多谐振荡器振荡频率为0.91hz,与理论设计不符,因此通过变化电位器阻值来使实际振荡频率大体变为1Hz。
在手动脉冲状况下实际中按钮抖动问题比较明显,会浮现按一次手动脉冲按钮,数字跳动几下状况。
介于个人经验局限性,通过尝试换不同大小电容,但是还是没有完全解决按钮抖动问题。
课设总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,是发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实践能力重要环节,是对学生实际工作能力详细训练和考察过程。
通过本次课设,我不但学到了诸多书上没有知识,并且巩固了此前所学到知识。
让我懂得了光光学好理论知识是没用,要通过实践把理论知识结合起来才干算是真正学到知识。
在课设设计过程中,不断有新问题浮现,这时要通过查资料和搜索有关文献来解决这些问题,强化了我自己自学能力和动手能力。
积累了大量有用设计经验。
做课设保持良好态度和心态是非常重要,不能一遇到困难就放弃或者去抄袭别人方案。
而是要冷静去思考应当如何去解决,怎么解决才是最佳。
总之,课设这段时间我的确受益匪浅,看着自己做出成果,感觉只要努力了就有回报。
谢辞
这次课程设计可以顺利地完毕,感谢在课设期间每位协助过我同窗,特别是咱们班同窗,她们和我分享了诸多以往经验,让我少走诸多弯路。
还要感谢所有传授我知识教师,是她们悉心辅导使我有了一定专业课知识,这也是课设可以得以完毕基本。
再次感谢传授给我知识以及给我协助和勉励教师,同窗和朋友,谢谢。
参照文献
[1]伍时和主编.数字电子技术基本.清华大学出版社,4月
[2]高建新等主编.电子技术实验与实训.机械工业出版社,8月
[3]高吉祥主编.电子技术基本实验与课程设计.电子工业出版社,
[4]孙淑艳主编.电子技术实践教学指引书.中华人民共和国电力出版社,10月
[5]毛期俭主编.数字电路与逻辑设计实验及应用.人民邮电出版社,
[6]吕思忠等主编.数字电路实验与课程设计.哈尔滨工程大学出版社,
[7]邓勇等主编.数字电路设计完全手册.国防科技大学出版社,6月
[8]周润景主编.PROTEUS入门实用教程.机械工业出版社,9月
附录
附录图1
《课程设计1》元器件清单示例
学号:
姓名:
陶文豪
课题:
设计M=10十进制加/减可逆计数器
序号
名称
数量
单价
备注
1
NE555
1
2
三八译码器74ls138
1
3
47译码器74ls48
1
4
D触发器74LS74
1
5
计数器74LS192
1
6
或门74LS32
1
7
与非门74LS00
2
8
电容10uf
1
9
电容10nf
1
10
电容1nf
1
11
电容10pf
1
12
电容0.1uf
1
13
7段共阴数码管
1
14
插针*40
1
15
按钮
2
16
单刀开关
1
17
单刀双掷开关
2
18
电阻10K
1
19
电阻100K
1
20
精准电位器50K
1
21
共计
22
附录图3
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 十进制 加减 可逆 计数器 设计 样本