电子课程设计自动循环计数器.docx
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电子课程设计自动循环计数器
科技学院新科学院
电子课程设计
自动循环计数器电路
学生:
耿彦
学号:
2013040229
班级:
电子132
指导老师:
余钱
时间:
2015.5.18-5.31
1、设计目的……………………………………………………………1
2、容及要求…………………………………………………………1
3、设计思想……………………………………………………………1
4、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍…………………2
4.1、译码驱动显示部分…………………………………………………………2
4.2、单脉冲产生部分…………………………………………………………4
4.3、电源部分…………………………………………………………………6
4.4、控制部分及循环加减计数部分……………………………………………7
5、总体电路设计图、工作原理及元器件清单………………………10
6、仿真电路仿真、调试测试结果,出现的问题、原因及解决方法………………………………………………………………………13
7、总结设计电路的特点和方案的优缺点……………………………14
参考文献……………………………………………………………15
设计题目:
自动循环计数器
1、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。
2、容及要求:
1.用集成计数器实行3~9自动循环计数。
2.电路能实现3~9加法和3~9减法循环计数。
3.方案的总体思路
根据题目要求,系统可以划分为以下几个部分,基本思想如下:
1、译码显示电路部分:
计数器输出结果的数字显示
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、电源部分,由它向整个系统提供+5V电源。
4、加/减控制循环电路部分:
实现加/减循环计数器功能由控制部分完成。
完成3-9加或者减的可逆计数运算。
系统方框图如图1所示。
图13—9加/减可逆自动循环计数器系统方框图
4、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍
4.1、译码驱动显示部分
方案一:
采用74LS47TTLBCD—7段高电平有效译码/驱动器,数码管需选用共阳极数码管。
方案二:
采用74LS48TTLBCD—7段译码器/部上拉输出驱动。
确定方案:
由于74LS48输出是高有效且74LS48不需要外接电阻。
,故采用74LS48,所以显示数码管选用LTS547R共阴极数码管。
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,经查资料,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)。
图274LS48引脚图
灯测试输入使能端。
当
=0时,译码器各段输出均为高电平,显示器各段亮,因此,
=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
=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
=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。
74LS48引脚功能表—七段译码驱动器功能表如表1
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
x
x
xxxx
L
0
0
0
0
0
0
0
H
L
0000
L
0
0
0
0
0
0
0
L
x
xxxx
H
1
1
1
1
1
1
1
数码管显示原理见图5。
图3共阴/共阳极数码管部电路图图4共阴极数码管管脚图
图5译码驱动显示电路
4.2、单脉冲产生部分
(a)555定时器产生单脉冲(b)单稳态触发器74LS121产生单脉冲
(c)RS触发器产生单脉冲
方案一:
用集成555定时器产生单脉冲见图。
图(a)
方案二:
用TTL集成单稳态触发器74LS121。
图(b)
方案三:
用74LS00四—2输入与非门与手动开关。
图(c)
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:
方案三:
用74LS00四—2输入与非门与手动开关。
图(c)
数据参数:
经查阅资料电阻为1千欧。
单脉冲产生电路PCB图(如图6)
图6单脉冲产生电路PCB图
单脉冲产生电路PCB图3D图如图7
图7单脉冲产生电路PCB图3D图
4.3、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。
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,考虑到数据的准确性和稳定性,决定采用方案二。
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的输入电压围是7V-15V,采用220V/9V(3W)小型变压器,则7805的输入电压围是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。
电源部分电路图,见图8。
图8电源部分电路图
图9电源部分PCB图
图10电源部分PCB图3D图
4.4、控制部分及循环加减计数部分
方案一:
74HC138作为数据分配器。
方案二:
74LS138作为数据分配器。
确定方案:
74LS138作为加减控制器。
74LS138引脚如图11
图1174LS138引脚图
74LS138逻辑功能表如表2
表274LS138逻辑功能表
可逆计数器单元
方案一:
用两块74LS73,74LS04,两块74LS08组成异步二进制加减计数器
方案二:
74LS192TTL可预置BCD双时钟可逆计数器。
方案三:
74LS191TTL同步加/减计数器
确定方案:
方案三74LS1901TTL同步加/减计数器
(1)集成十进制同步加/减计数器CT74LS191,逻辑功能示意图见图12。
图12逻辑功能示意图
为异步置数控制端
为计数控制端
Do-D3为并行数据输入端Q0-Q3为输出端
为加/减计数方式控制端
/
为进位输出/借位输出端
时钟输出端
(2)74LS191功能表见表3
表34LS191功能表
(3)加减计数部分仿真电路如图13
图13加减计数部分仿真电路
加减计数部分PCB图如图14
图14加减计数部分PCB图
加减计数部分PCB图3D图如图15
图15加减计数部分PCB图3D图
5、总体电路设计图、工作原理及元器件清单
(1)总体仿真电路图如图16
图16总体仿真电路图
(2)总体电路PCB图
图17总体电路PCB图
(3)总体电路PCB图3D图如图18
图18总体电路PCB图3D图
(4)工作原理介绍:
由单脉冲产生单元产生的计数脉冲送至74LS191的CP端,做加法时,190的
/
端需接地,通过手动开关S1实现。
加法计数当加过9时,在
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,在此利用开关S1将预置数据3(0011)或9(1001)选择一个数据送给191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191的L端,从而使191进入数据传送状态从而实现3变9
(5)元器件清单表如表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
U6
74LS00
四2输入端与非门
表4元器件清单表(续表)
U4
74LS04
六反相器
U5
74LS138
3-8线译码器
U2
74LS191
BCD同步加/减计数器
U3
74LS48
4线-7段译码器
JP1
7805
三端集成稳压器+5V
电阻
R1~R7
300Ω(1/2W)
碳膜电阻
R8~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
BRIDGE1
2W10/2A
变压器
T
220V/10V(W)
数码管
DS1
LTS547R
开关
S1
按钮开关
S2
按钮开关
6、仿真电路仿真、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:
第一次仿真软件,一些小的使用技巧没有掌握,经常导致译码显示器不亮。
设计原理都清楚,一到仿真的时候就会出现问题。
通电检查,通电后做减法时,显示数据不确,但是做加法实现不了到9变回3,一直从8变3。
经过请教老师和去图书馆查阅资料最后明白原来是选择的芯片不对,把74LS190换为74LS191后问题得到解决。
7、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,还应做适当的拓展。
优点:
电路设计比较简明,易于实现,有些容超过了题目要求,例如,单脉冲产生部分和电源部分。
缺点:
此电路的实现与设计要求有一定差距,虽然仿真出来,但是制作为真实电路存在一定差距,以后再遇到设计问题,会从多个角度去考虑。
参考文献
[1]《中国集成电路大全》TTL集成电路国防工业,1998
[2]《实用电子电路手册》:
高等教育,1991
[3]《数字电子技术实验指导》科技学院,2014
[4]《电子技术基础数字部分(第五版)》高等教育,康光华,1999