程序计数分频器.docx
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程序计数分频器
一题目要求与方案论证
1.1（设计题题目）程序计数分频器
1.1.1题目要求
用已经掌握的mulitisim的相关知识，在mulitisim的运行环境下设计并仿真一个程序计数分频器的实验，利用74LS138以及两片74LS195构成模值为2-8的程序计数分频器，要求实现的功能如下：
C
B
A
n分频脉冲
L
L
H
2
L
H
L
3
L
H
H
4
H
L
L
5
H
L
H
6
H
H
L
7
H
H
H
8
表1.1.1分频器实现功能表
1.1.2方案论证
图1.1.2系统整体模块图
脉冲信号
图1.1.3芯片74LS138的引脚图
输入
输入
输出
G1G2AG2B
CBA
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
XHX
XXX
HHHHHHHH
XXH
XXX
HHHHHHHH
LXX
XXX
HHHHHHHH
HLL
LLL
LHHHHHHH
HLL
LLH
HLHHHHHH
HLL
LHL
HHLHHHHH
HLL
LHH
HHHLHHHH
HLL
HLL
HHHHLHHH
HLL
HLH
HHHHHLHH
HLL
HHL
HHHHHHLH
HLL
HHH
HHHHHHHL
表1.1.3芯片74LS138功能表
OPERATINGMODES
INPUTS
OUTPUTS
MR
PE
J
K
Pn
Q0
Q1
Q2
Q3
ASYNCHRONOUS
L
X
X
X
X
L
L
L
L
SHIFT,SETFIRSTSTAGE
H
H
h
h
X
H
q
q
q
Shift,resetfirst
H
h
L
l
l
L
q
q
q
Shift,ToggleFirstStage
H
h
h
l
l
q
q
q
q
Shift,RetainFirstStage
H
h
L
h
h
q
q
q
q
Parallelload
H
l
X
X
Pn
p
p
p
p
表1.1.4芯片74LS195的功能表
由功能表可知，74LS138的G2A和G2B输入端中只要有一个是高电平，不管G1和CBA是高电平还是低电平，Y0~Y7输出的都是高电平，若G1输入低电平，Y0~Y7输出的也都是高电平，在G1、G2A以及G2B端输入的是H、L、L时，输出端Y0~Y7受CBA三个输入端控制，并且Y输出低电平有效,而且是呈阶梯状分布，这样可实现3线-8线译码器的功能，再通过该译码器适当地控制芯片74LS195就可实现程序计数分频器。
至于74LS195，当输入端MR是低电平时，不论PE、J、K、
输入低电平还是高电平，输出端Q
~Q
都是低电平，所以MR端是高电平有效，并且当PE输入是高电平时，该芯片具有移位寄存器的功能（看图1的时序图可知），但是当PE端输入是低电平时，不论JK端输入什么电平，输出端
，正是因为该芯片有移位寄存器的功能，再加上译码器，要实现分频器的功能就不成问题了，所以要实现分频器的关键在移位寄存器上。
图1.1.5时序图
1.2（实训题题目）二位十进制加法计数器
1.2.1题目要求
产生矩形脉冲，利用CD4511以及若干门电路构成二位十进制加法计数器，电路具有清零和十进制加法计数的功能，并通过发光二极管显示。
1.2.2方案论证
图1.2.1 二位十进制加法计数器的组成框图
2.主要芯片介绍
（1）CD4511芯片
CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图5所示。
其中abcd为BCD码输入，a为最低位。
LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。
另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。
另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观图7是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。
所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。
限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。
图1.2.2CD4511引脚图
图1.2.3CD4511的工作真值表
其功能介绍如下：
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
各引脚的名称：
其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。
左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。
a:
CD4511的工作真值表如图6
b:
锁存功能
译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。
当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用
c:
译码
CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数
据B、C进行组合，得出四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。
d:
消隐
BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。
消隐输出J的电平为
J==（C+B）D+BI
如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D。
据上式，当输入BCD代码从1010---1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。
8421BCD码对应的显示见下图：
图1.2.4 8421BCD码对应的显示图
选用共阴极数码管，对于CD4511，它与数码管的基本连接方式如下图：
图1.2.5CD4511与数码管的基本连接方式图
（2）74LS90芯片
74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。
图9为功能表。
通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0
（1）、R0
（2）对计数器清零，借助S9
（1）、S9
（2）将计数器置9。
其具体功能详述如下：
（1）计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。
（2）计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。
（3）若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，
则构成异步8421码十进制加法计数器。
（4）若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，
则构成异步5421码十进制加法计数器。
（5）清零、置9功能。
a）异步清零
当R0
（1）、R0
（2）均为“1”；S9
（1）、S9
（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。
置9功能
当S9
（1）、S9
（2）均为“1”；R0
（1）、R0
（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001。
输入
输出
功能
清0
置9
时钟
QDQCQBQA
R0
（1）、R0
（2）
S9
（1）、S9
（2）
CP1CP2
1
1
0
×
×
0
××
0
0
0
0
清0
0
×
×
0
1
1
××
1
0
0
1
置9
0×
×0
0×
×0
↓1
QA输出
二进制计数
1↓
QDQCQB输出
五进制计数
↓QA
QDQCQBQA输出8421BCD码
十进制计数
QD↓
QAQDQCQB输出5421BCD码
十进制计数
11
不变
保持
表1.2.574LS90的工作真值表
3.电路的设计思想
方波产生模块主要用两个运放LM324M及电位器，电容，稳压管等基本元器件来产生方波，并将其送入示波器检测波形。
波形正确后设计信号处理及显示模块。
用芯片74LS90进制加法计数功能，CD4511及电阻实现译码功能。
开关控制清零端，LED显示。
二电子线路设计与实现
2.1程序计数分频器
我们的题目是：
利用74LS138以及两片74LS195构成模值2－8的程序计数器，如CBA输入111（8分频）时，QD端输出8分频脉冲。
设计仿真电路如图：
图2.1：
仿真电路图
程序计数分频器的设计主要有一片74LS138D和两片74LS195D构成。
74LS138D是3—8线译码器。
C、B、A为译码器的信号输入端。
通过译码器所需频比C、B、A译成八位二进制数
其中有一位
为0，其余全为1.它代表译码器输入的分频比，再通过两片4位移位寄存器74LS195D对二进制信息
进行移位操作，当
被移到
输出时，说明输出开始变化，产生下降沿；在下一脉冲到来时输出又回到原来的高电平，产生一负脉冲，说明
被移到
电路已经实现分频。
让
对两片两片4位移位寄存器74LS195D重新计数开始以为循环。
2.2十位二进制加法计数器电路设计
图2.2：
仿真电路图
分析左侧波形产生部分。
在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。
设输出电压偏于正向饱和值，加到电压比较器同相端的电压为+FVz,而加于反相器的电压，由于电容器C上的电压Vc不能突变，只能有输出电压V0通过电阻R19按指数规律向C充电来建立。
显然，当加到反相器的电压Vc略正于+FVz时，输出电压便立即从正饱和值（+Vz）迅速翻转到负饱和值（—Vz），—Vz又通过R19对C进行反向充电，直到Vc略负于—FVz值时，输出状态在翻转回来。
如此循环，便形成了矩形波输出。
将滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统。
比较器输出的矩形波经积分器积分便可得到三角波。
分析右侧计数电路部分。
计数部分采用74LS90芯片结合接地电源和接开关的5V电源来控制完成计数功能。
计数器采用下降沿触发计数，当波形达到下降沿时，计数器累加。
数码管由00到99进行累加计数。
累加速度和左侧波形变化速度保持一致。
根据模拟电路和数字电路理论分析电路基本功能，得到方波和三角波频率计算式:
电路的振荡频率：
方波的幅值：
三角波的幅值：
三结果与分析
3.1程序计数分频器应用
通过译码器所需频比C、B、A译成八位二进制数
其中有一位
为0，其余全为1。
例如：
当CBA输入111时，
输出01111111。
它代表译码器输入的分频比，再通过两片4位移位寄存器74LS195对二进制信息
进行移位操作，当
被移到
输出时，说明输出开始变化，产生下降沿；在下一脉冲到来时输出又回到原来的高电平，产生一负脉冲，说明
被移到
电路已经实现分频。
让
对两片两片4位移位寄存器74LS195D重新计数开始以为循环。
图3.1程序分频器仿真结果（八分频）
3.2二位十进制加法计数器的实现
图3.2.1：
电路板实物图
实验结果波形图如下：
图3.2.2：
仿真波形图1可变电阻=100kΩ，T=420ms
图3.2.3：
真实波形图2可变电阻=80kΩ，T=350ms
误差分析：
可变电阻值
80kΩ
100kΩ
示波器周期格数
7
4.2
周期仿真值
350ms
420ms
总结：
通过实验的数据得出结论，当可变电阻的值增加时，周期变大；当可变电阻的值减小时，周期减小。
数值的误差范围在测量允许范围内。
误差原因分析：
（1）电路板上元件的阻值与实际的电阻值有一点的误差，得到的结果与计算结果有不同。
（2）电路板焊接时对元器件有了一点的影响。
（3）读数时有偏差，连接示波器时的元件的具体频率值与电阻值都直接取了整数，并不是原来的那个值。
因此在具体周期的计算值上也有不同。
（4）焊接点与线也有一定的电阻。
四总结与体会
经过两个星期的实习，我们学会了基本的焊接技术，知道了电子产品的装配过程，我们还学会了电子元器件的识别及质量检验，这些都培养了我们的动手能力及严谨的工作作风，也为我们以后的工作打下了良好的基础。
最基本一点：
以前学习《模拟电子技术》课时，总觉得老师讲的太抽象，通过这次学习，又重新明白了很多东西。
而且这在我们以后的专业课学习中应该也是很有用的，就我们自己的专业来言我们也是要系统学习电子科学技术、自动检测技术及信号与系统方面的知识。
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，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
参考文献
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[16]74LS90芯片介绍，
[17]74LS195D芯片介绍，
[18]74LS138芯片介绍，
附录
元件清单
名称
参数
单套数量
电阻
300Ω1%,0.125
14
电阻
2kΩ1%,0.125
1
电阻
10kΩ1%,0.125
2
电阻
20kΩ1%,0.125
2
电阻
50kΩ1%,0.125
1
多圈电位器
3296，200kΩ
1
电容
0.022uF
1
电容
0.1uF
1
电容
1uF
1
芯片
LM324
1
芯片
74HC90
2
芯片
74HC4511
2
按钮
轻触4.5mm*4.5mm
1
稳压二极管
4.7V
1
数码管
共阴
2
DIP座子
14脚
3
DIP座子
16脚
2
PCB板
1
PCB光绘网架等
松香
焊锡丝
升级会员 