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
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