基础强化训练十进制加减可逆计数器的设计.docx

资源描述

基础强化训练十进制加减可逆计数器的设计.docx

《基础强化训练十进制加减可逆计数器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基础强化训练十进制加减可逆计数器的设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基础强化训练十进制加减可逆计数器的设计.docx

基础强化训练十进制加减可逆计数器的设计

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

题目:

十进制加/减可逆计数器设计

初始条件：

电脑一台、Proteus软件、数模电相关基础

要求完成的主要任务:

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、技术要求：

设计M＝125或给定值的十进制加/减可逆计数器，要求如下：

A、给定元件为74LS00,74LS76,74LS192,74LS48及数码管等；

B、进行电路仿真，并说明其工作原理；

2、主要任务：

（1）复习有关课程，如数字电路、模拟电路等；

（2）自学Proteus软件，能够熟练地进行仿真；

（3）根据设计指标设计电路的框图；

（4）根据要求设计出电路图；

（5）查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；

（6）自拟调整测试方法，并调试电路使其达到仿真要求；

（7）撰写设计说明书，进行答辩。

3、撰写课程设计说明书：

装订顺序要求：

封面→任务书→目录→正文→参考文献。

正文：

1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；4、调试过程及结论；5、心得体会；6、参考文献

时间安排：

课程设计时间：

19周－20周

19周：

明确任务，查阅资料，初步设计电路原理图；

20周：

按照电路原理图布线，并调试通过。

按照要求撰写课程设计说明书。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

计数器是数字电路中最为基本的一个单元电路。

本次基础强化的目标是要我们熟悉常用MSI集成计数器的功能和应用；掌握利用集成计数器构成任意进制计数器的一般设计方法；学会利用EDA软件（Proteus）对模M的可逆计数器电路进行仿真；掌握可逆计数器电路的安装及调试方法。

本次课设报告先是说明了十进制加/减计数器的技术指标，简要地陈述了设计方案和设计思路，然后就对其有关理论知识作了一些简要的介绍，然后在性能指标分析基础上进行单元电路设计，最后设计出整体电路图并且在软件Proteus中进行仿真，验证是否达到技术要求，最后总结课设体会。

关键词：

Proteus，手动控制，自动控制，计数器，仿真

1技术指标

设计一个十进制加/减可逆计数器。

要求：

（1）125=125。

（2）利用数码管显示计数器的值。

（3）用Proteus软件进行电路仿真，并说明其工作原理。

（4）给定元件为74LS00，74LS20，74LS76，74LS192，74LS48，74LS138及数码管等。

2设计方案及其比较

2.1设计方案

这里设计模为125的十进制加/减可逆计数功能的电路的方法主要有两种，分别是：

手动控制加/减法和自动控制加/减法。

手动控制模125的十进制加/减可逆计数器，即控制端E=0时，进行模125的加法计数；控制端E=1时，进行模125的减法计数。

自动控制模125的十进制加/减可逆计数器，即加法计数到最大值时，自动进行减法计数；减法计数到最小值时，自动进行加法计数。

2.2设计思路

2.2.1手控方式计数器设计思路

第一步：

将三片74LS192进行级联，用“反馈清零法”设计一个125进制加法计数器，反馈清零信号取自计数器的输出端Q0、Q1、Q2、Q3。

第二步：

将三片74LS192进行级联，用“反馈置数法”设计一个125进制减法计数器，反馈置数信号取自计数器最高位的借位端TCD。

第三步：

将上述加、减计数器电路结合起来，即初步构成一个加/减125进制可逆计数器。

余下的问题就是在加/减可逆计数条件下，如何切换计数器最低位的计数脉冲输入端CPD、CPU的信号。

经过分析，它们应实现如表2-1的功能。

表2-1手动信号控制脉冲输入端的方式

手动信号E

计数方式

CPU

CPD

加法

减法

这一功能通过一片数据选择器即可实现。

综上，可以得出手控可逆计数器电路的设计框图如图2-1所示。

图2-1手控计数器设计框图

2.2.2自控方式计数器设计思路

设计自控方式的一种加/减可逆计数顺序如图2-2所示。

图2-2自控计数器的计数顺序

从上述图中可以看出，当加计数到最大值124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。

自控方式模125的十进制加/减可逆计数器可以在手控方式的电路基础上进行设计。

但需解决的关键问题是：

电路如何自动产生加/减计数控制信号E?

其中的一种设计思路如图2-3所示。

图2-3自动控制信号产生电路的设计思路图

加/减计数控制信号自动产生电路的原理图如图2-4所示。

图2-4加/减计数控制信号自动产生电路原理图

对于电路的其它部分，也要相应作一些改动：

取消输出端反馈清零信号（因为加计数到124后，下一计数状态不是0）和借位端反馈置数信号（因为减计数到0后，下一计数状态不是124）。

2.3集成电路及元件选择

“加/减计数控制电路”采用一片数据分配器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74LS11、74LS32、74LS04等。

集成计数器采用74LS192。

“显示译码电路”采用74LS48或CD4511。

LED数码管采用共阴极数码管。

3实现方案

3.1手动控制计数器实现方案

3.1.1计数单元的设计

计数单元电路主要由三片十进制可逆计数器74LS192构成。

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列图如图3-1所示。

图3-174LS192的引脚排列图

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3-1所示。

表3-174LS192的功能表

输入

输出

125R

↑

加计数

↑

减计数

由三片74LS192级联即可构成模为125的十进制加减可逆计数器的计数单元电路，如图3-2所示。

图3-2计数单元电路原理图

3.1.2译码显示单元电路设计

计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，译码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，并且为七段数码管的正常工作提供足够的工作电流。

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。

它的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。

译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数字分配，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七段数码显示常用的有74LS48。

3.1.2.1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。

其功能是把输入的8421BCD码ABCD译成七段输出a-g，再由七段数码管显示相应的数。

由74LS48和LED七段共阴极数码管组成一位数码显示电路。

若将个位、时位、百位计数器的输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字显示。

在译码器输出与数码管之间串联的R为限流电阻。

当计数器在CP脉冲的作用下，就应将其状态显示成清晰的数字符号。

74LS48的管脚如图3-3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可检查七段显示器个字段是否能正常被点燃。

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的零予以熄灭。

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，在多位十进制数表示时，把多余零位熄灭掉，以提高视图的清晰度。

图3-374LS48的管脚图

74LS48的功能：

74LS48的功能表如表3-2所示。

表3-274LS48BCD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

RBI

（1）译码功能：

将LT，RBI和BI/RBO端接高电平，输入十进制数0~9的任意一组8421BCD码（原码），则输出端a~g也会得到一组相应的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，就可以显示出相应的十进制数。

（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，则所有的显示段都发亮。

此功能可以用于检查数码管的好坏。

（3）灭灯功能：

将低电平加于灭灯输入时，不管其他输入为什么电平，所有输出端都为低电平。

将这样的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的数字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。

利用该灭零端，可熄灭多位显示中不需要的零。

不需要灭零时，RBI=1。

3.1.2.2显示器LG5011AH

图3-4是共阴极式LED数码管的原理图，使用时公共阴极接地，使每个发光二极管都处于导通状态，而且这7个发光二极管a到g分别由相应的BCD七段译码器来驱动。

图3-4共阴极LED数码管的原理图

选用型号为LG5011AH的数码管，LG5011AH的管脚功能图如图3-5所示，

图3-5LG5011AH的管脚图

3.1.2.3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组成。

74LS48和共阴数码管的连接图如图3-6所示。

图3-6译码显示电路

3.1.3加/减计数控制电路的设计

加/减计数控制电路主要由74LS138构成。

74LS138芯片是常用的3-8线译码器，常用在单片机和数字电路的译码电路中，74LS138的引脚排列如图3-7所示，真值表如表3-3所示。

图3-774LS138的引脚排列图

表3-374LS138的真值表

由74LS138构成的加/减计数控制电路如图3-8所示。

图3-8加/减计数控制电路

3.1.4总原理图的设计

将计数电路、显示译码电路和加/减法控制电路连接起来就构成了完整的手动控制模为125的加/减可逆计数器，如图3-9所示。

图3-9手动控制加/减可逆计数器原理图

3.2自动控制计数器实现方案

自动控制加/减可逆计数器的实现是在手动控制计数器的基础上做一些改动。

其中译码显示电路、加/减法控制电路电路是一样的，只是将计数单元的反馈清零端和反馈置数端去掉，多加了一个加/减计数控制信号自动产生电路。

将这几个电路单元连接起来就构成了自动控制加/减可逆计数器，如图3-10所示。

图3-10自动控/制加减可逆计数器原理图

4Proteus仿真

4.1Proteus简介

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

（1）功能特点：

Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：

multisim）的功能。

这些功能是：

原理布图、PCB自动或人工布线、SPICE电路仿真。

同时Proteus还具有一些革命性的特点：

①互动的电路仿真：

用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。

②仿真处理器及其外围电路：

可以仿真51系列、AVR、PIC等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

（2）功能模块：

①—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；②PROSPICE混合模型SPICE仿真；③ ARES PCB设计。

（3）Proteus所提供的资源

①Proteus可提供的仿真元器件资源：

仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

②Proteus可提供的仿真仪表资源：

示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

③除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

④Proteus可提供的调试手段：

Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

4.2电路仿真

下面以自动控制加/减可逆计数器为例简要介绍一下仿真过程。

打开Proteus软件，选择“File”菜单下的“NewDesign”，得到如图4-1所示的对话框，在对话框中选择“PortraitA4”，此时，进入原理图编辑窗口。

图4-1新建设计对话框

4.2.1放置元件

（1）集成元件的放置

本课设要用的集成元件有74LS192，74LS74，74LS04，74LS138，74LS32，74LS48，74LS11，开关SW-SPDT，共阴数码管7SEG-COM-CAT-GRN。

单击图4-2中的“P”按钮

图4-2放置元件窗口

得到放置元件对话框，如图4-3所示，在“Keywords”中输入“74LS192”，查找到这个元件之后单击“OK”就可以在原理编辑窗口中放置元件了。

其他元件的放置步骤相同。

图4-3放置元件对话框

（2）电源和地的放置

左键选择模型选择工具栏中的

图标，得到图4-4所示窗口，左键单击POWER或GROUND，并在原理图编辑窗口中单击左键就可以放置电源和地了。

图4-4放置电源和地窗口

（3）脉冲发生器的放置

左键选择模型选择工具栏中的

图标，得到图4-5所示窗口，左键单击PULSE，并在原理图编辑窗口中单击左键就可以放置脉冲发生器了。

图4-5放置脉冲发生器窗口

所有元件放置完成后就可以得到元件的放置图如图4-6所示。

图4-6元件放置图

4.2.2参数设置

（1）电源参数的设置

单击鼠标右键，选中电源，然后再单击左键，得到参数设置对话框如图4-7所示。

在“String”栏中填上“+5V”，点击“OK”键就完成了电源参数的设置。

图4-7电源参数设置框图

（2）脉冲发生器参数的设置

按照设置电源参数的方法打开脉冲发生器参数设计对话框如图4-8所示，在“DgitalTypes”中选择“Clock”，“Frequency”中选择“1HZ”，参数设定完毕。

图4-8脉冲发生器参数设置框图

4.2.3布线与调整

元件都放置完成后，按照原理图开始布线，并且在布线的过程中进行元器件之间间隔的调整，以使连线最简洁、最清楚，使得整个电路图美观、清晰。

最后得到完整的原理图如图4-9所示。

图4-9完整电原理图

4.2.4仿真

点击右下角图标

中的

图标，开始仿真，仿真计数过程为：

先加法计数，从0计数到124，当加计数到最大值124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。

仿真中的一个状态如图4-10所示。

图4-10计数器的仿真图

5课程设计心得体会

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、锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

这次的基础强化训练，加深了我对数字电子电路理论知识的理解，初步学会了PROTUES仿真软件的使用方法，具备了数字电子电路的基本设计能力和基本仿真能力。

回顾起此次基础强化训练，至今我仍感慨颇多。

的确，从选题到定稿，从理论到仿真，在整整一星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是这样可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正学到属于自己的知识，从而提高自主设计能力和独立思考能力。

在设计的过程中遇到的问题，可以说得是多如牛毛，因为理论基础不是很牢固，再加上对PROTUES这个软件比较陌生，所以难免会遇到过各种各样的问题。

同时在设计的过程中我也发现了自己的很多的不足之处，比如说发现自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

不过，这次实验的最大收获就是锻炼了我自主学习和思考的能力，因为在这次的设计中要求仿真，但是仿真软件PROTUES从来没有接触过，学会用这个软件本身是一个很艰难的过程，而且这是一个自学的过程，这必然给我的自主学习和思考的能力带来了一个很大的挑战。

课设的这段日子真的是给我留下了很深的印象。

我总结出，在每次课设中，遇到问题最好的办法就是请教别人，因为每个人掌握的情况都不一样，一个人不可能做到处处都懂，必须发挥群众的力量，复杂的事情才能够简单化。

这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就遇到过，向他们请教远比自己在那边摸索来得简单，来得快。

课设的这段时间我确实受益匪浅，不仅是因为它发生在特别的时间，更重要的是我的专业知识又有了很大的进步，因为进步总是让人快乐的。

参考文献

[1]伍时和主编．数字电子技术基础．清华大学出版社，2009年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，2006年8月

[3]高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设计．电子工业出版社，2002年

[4]孙淑艳主编．电子技术实践教学指导书．中国电力出版社，2005年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，2005年

[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，2003年

[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，2004年6月

[8]周润景主编．PROTEUS入门实用教程．机械工业出版社，2007年9月

展开阅读全文