三位十进制计数器Word文档格式.docx
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1、设计要求及设计参数:
6
2、容要求:
二、设计任务:
7
三、设计原理7
1、芯片介绍7
(1)74ls192芯片7
(2)555芯片8
(3)三段稳压器(LM7805)9
2、三位十进制计数器的工作原理9
3、+5V直流电源的工作原理9
四、仿真图10
1、MultiSim仿真图10
(1)三位十进制减计数器10
(2)四位十进制加计数器10
(3)+5V直流电源11
2、Protel绘制原理图12
(1)三位十进制计数器12
(2)+5V直流电源12
五、心得体会13
参考文献13
三位十进制计数器设计
摘要:
本次课程设计的题目是三位十进制计数器的设计。
就设计三位十进制计数器方案而言,主要选取了3个74ls192芯片、1个555芯片及若干电容电阻。
74ls192芯片是双时钟方式的十进制可逆计数器,这就使得设计电路复杂不起来。
本设计采用555芯片意在实现一个脉冲发生器,为计数器提供一个脉冲。
然后再对其设计方案进行Multisim仿真,测试和分析电路图性能,并采用Protel绘制原理图、设计PCB板。
本次设计的计数器是三位的十进制加计数器,由上升沿触发,通过CO输出与其他芯片进行级联。
由于设计补充要求设计一个+5V的直流电源,本设计中的直流电源主要是运用了模电知识来设计的,其中采用了变压器、三段稳压器、220V的交流输入电源等器材。
设计最后补充完成了计数器的真值表和扩展了计数器的位数。
关键词:
三位十进制计数器、74ls192芯片、555芯片、+5V的直流电源、Multisim仿真、Protel绘制原理图,真值表。
一、设计容
1)设计一个能计0—999的三位十进制计数器。
(2)要求用数码管显示。
基本部分:
设计制作一个能显示三位的十进制计数器,熟悉计数器的基本原理,电路的连线要求采用直线连接和总线连接两种方式,补充完成LED显示条对应的真值表,并完成直流电源5V的设计。
发挥部分:
举例说明所设计的三位十进制计数器适用于什么场合,设计增加一位(显示4位)的计数器.
2、目录、摘要、关键词、设计方案、性能测试与分析、Multisim9仿真、Protel绘制原理图、设计PCB板、心得体会(设计方案、参数计算、相关软件的使用、电路仿真及PCB设计调试过程中遇到的问题及解决办法);
1、理论设计:
网络、图书馆查找资料软件应用:
学习MultiSim9软件的操作并完成系统原理图的绘制并要求仿真通过;
2、在MultiSim环境下,检测各课题的电路参数、波形;
以备完成课程设计说明书;
3、学习Protel软件的操作并完成SCH原理图的绘制及PCB板图的设计;
三、设计原理
1、芯片介绍
(1)74ls192芯片
74ls192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
下面即为74ls192引脚图和功能表。
CPU为加计数时钟输入端,CPD为减计数输入端
LD为预置输入控制端,异步预置
CR为复位输入端,高电平有效,异步清零
CO为进位输输出出,1001状态后负脉冲
BO为借位输出,0000状态后负脉冲输出
图174ls192引脚图和74ls192芯片
74ls192芯片真值表
(2)555芯片
55定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压围宽,可在4.5V~16V工作,7555可在3~18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555引脚图如下所示。
555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。
虚线边沿标注的数字为管脚号。
其中,1脚为接地端;
2脚为低电平触发端,由此输入低电平触发脉冲;
6脚为高电平触发端,由此输入高电平触发脉冲;
4脚为复位端,输入负脉冲(或使其电压低于0.7V)可使555定时器直接复位;
5脚为电压控制端,在此端外加电压可以改变比较器的参考电压,不用时,经0.01uF的电容接地,以防止引入干扰;
7脚为放电端,555定时器输出低电平时,放电晶体管TD导通,外接电容元件通过TD放电;
3脚为输出端,输出高电压约低于电源电压1V—3V,输出电流可达200mA,因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等;
8脚为电源端,可在5V—18V围使用。
555定时器工作时过程分析如下:
5脚经0.01uF电容接地,比较器C1和C2的比较电压为:
UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。
当VI1>2/3VCC,VI2>1/3VCC时,比较器C1输出低电平,比较器C2输出高电平,基本RS触发器置0,G3输出高电平,放电三极管TD导通,定时器输出低电平。
当VI1<2/3VCC,VI2>1/3VCC时,比较器C1输出高电平,比较器C2输出高电平,基本RS触发器保持原状态不变,555定时器输出状态保持不来。
当VI1>2/3VCC,VI2<1/3VCC时,比较器C1输出低电平,比较器C2输出低电平,基本RS触发器两端都被置1,G3输出低电平,放电三极管TD截止,定时器输出高电平。
当VI1<2/3VCC,VI2<1/3VCC时,比较器C1输出高电平,比较器C2输出低电平,基本RS触发器置1,G3输出低电平,放电三极管TD截止,定时器输出高电平。
图2555电路结构 图3 555引脚图
(3)三段稳压器(LM7805)
三端稳压集成电路lm7805。
电子产品中,常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78×
×
系列和负电压输出的lm79×
系列。
顾名思义,三端IC是指这种稳压用的集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端。
用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。
该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如lm7806表示输出电压为正6V,lm7909表示输出电压为负9V。
图4三段稳压器
2、三位十进制计数器的工作原理
通过前面对74LS192
的介绍,了解到74LS192
芯片本身就是一个十进制计数器。
这次设计的三位十进制计数器的级联则是通过进位(BO)端与另一74LS192
芯片的上升沿触发端(CPD)连接实现的。
计数原理与数学中的数数原理相同。
个位每从9减至0,十位则减一位。
同理,当十位从9减至0时,百位减一位。
当计数到000时,计数器归零。
这样就实现了999到000的计数。
计数器的计数需要有上下沿的触发,本设计中为计数器提供触发的是以555芯片为核心构成的多谐振荡器。
多谐振荡器的振荡频率则是由其电路中的电容、电阻值的大小及分配情况决定的。
3、+5V直流电源的工作原理
该电路输入家用220v交流电,经过全桥整流,稳压后输出稳定的5v直流电。
图5+5V直流电源工作流程
从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路发生短路,保险的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。
变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路,整流后就得到一个电压波动很大的直流电源,所以在这里接两个电解电容。
变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波,在电容C1两端大约会有24V多一点的电压,假如从电容两端直接接一个负载,当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化,因此要得到一个比较稳定的电压,在这里接一个三端稳压器的元件。
三端稳压器是一种集成电路元件,部由一些三极管和电阻等构成,在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件,当负载电流大时三端稳压器的电阻自动变小,而当负载电流变小时三端稳压器的电阻又会自动变大,这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。
因为我们要输出5V的电压,所以选用7805,7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。
LM7805最大可以输出1A的电流,部有限流式短路保护,短时间,例如几秒钟的时间,输出端对地(2脚)短路并不会使7805烧坏,当然如果时间很长就不好说了,这跟散热条件有很大的关系。
三端稳压器后面接一个105的电容,这个电容有滤波和阻尼作用。
最后在C2两端接一个输出电源的插针,可用于与其它用电器连接。
虽然7805最大电流是一安培,但实际使用一般不要超过500mA,否则会发热很大,容易烧坏。
一般负载电有200mA以上时需要散热片。
四、仿真图
1、MultiSim仿真图
(1)三位十进制减计数器
图6三位十进制计数器
(2)四位十进制加计数器
图7四位十进制计数器
(3)+5V直流电源
图8+5V直流电源
2、Protel绘制原理图
(1)三位十进制计数器
图9三位十进制计数器
(2)+5V直流电源
图10+5V直流电源
五、心得体会
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
、我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
此次课程设计,学到了很多课学不到的东西,比如独立思考解决问题等,都受益非浅,在此,感于老师的细心指导。
参考文献
[1]高吉祥、唐朝京.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程.电子工业,2007.5
[2]将卓勤邓玉元.MULTISIM2001及其在电子设计中的应用.电子科技大学,2003
[3]丙霞、艳华.Protel99se电路原理图与PCB设计及仿真.电子科技大学,2007.5
[4]康华光.电子技术基础模拟部分(第五版)高等教育,2006.1
[5]王斌.模拟电子技术实验与课程设计东南大学2007.9