基于CD4553三位数显计数器的毕业设计.docx
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基于CD4553三位数显计数器的毕业设计
基于CD4553三位数显计数器的毕业设计
第一章绪论
利用数字电路技术数出给定时间内所通过的脉冲数并显示计数结果的数字化仪器。
电子计数器是其他数字化仪器的基础。
在它的输入通道接入各种模-数变换器，再利用相应的换能器便可制成各种数字化仪器。
电子计数器的优点是测量精度高、量程宽、功能多、操作简单、测量速度快、直接显示数字，而且易于实现测量过程自动化，在工业生产和科学实验中得到广泛应用。
计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。
计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。
计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。
计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作，它主要的指标在于计数器的位数。
在数字电子技术中应用的最多的时序逻辑电路。
计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。
近年来随着数字技术的迅速发展，各种中、大规模集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面都得到了广泛的应用。
这就迫切要求理工科大学生熟悉和掌握常用中、大规模集成电路功能及其在实际中的应用方法。
多功能电子式计数器由信号输入电路、信号处理电路、计数及显示驱动电路、计数状态控制电路、显示器和电源电路构成，可接受各种电压幅度的脉冲电压和触点开/关两种形式的输入信号，信号处理电路通过光电耦合器与信号输入电路联接实现了信号输入电路与计数工作电路的光电隔离，利用计数状态控制电路可控制输入信号的阻断及计数器的复位。
计数器有外接端子可与外部控制电路或装置联接由外部来控制计数器的工作状态和计数器的复位。
目前的多功能电子计数器，主要由单片机或专用集成电路构成。
结构小巧，功能更加灵活多样。
一般而言，多功能电子计数器，主要功能有：
1.加法/减法（可控），2.双向计数（自动），3.低速（数字滤波抗干扰），4.掉电续计（可选），5.分段报警，6.反馈输出，7.通讯，8.面板设置或远程设置，9.多机联网。
由于电子技术的不断发展，多功能电子计数器的总体结构越趋小巧，显示方式和操控方式也趋于多样化，可嵌入可联网，可繁可简，可灵活架构，已经成为一种新的趋势。
第二章方案设计
由于在设计计数器时要受到许多因素的影响，有些来自主观的要求，有些是来自客观的存在，因而在设计时要遵循一些设计原则和设计步骤。
2.1总体方案的设计与选择
三位数显计数器电路中的计数显示电路由CD4553、CD4511及三只共阴极LED数码管组成，其中CD4553用于计数，而CD4511用来译码。
该电路的最高计数值为“999”。
数字显示计数器，它由计数器、脉冲发射器、译码器、数码显示器、印刷线
路板和接插件组成,但是并无法显示计算结果，一般都是要通过外接LCD或LED屏才能显示。
数字式计数器，包括有电源电路，其特征是由信号输入电路、信号处理电路、计数及显示驱动电路、计数状态控制电路、显示器构成。
信号输入电路由至少两条由限流电阻与开关串联构成的分挡开关电路并联构成的迭挡器、一端与选挡器输入端并联另一端与电源电路正极联接的输入方式控制开关、阳极与选挡器输出端联接的发光二极管、阳极与发光二极管阴极联接。
计数及显示驱动电路由计数及显示驱动集成电路芯片和芯片工作辅助外围电路构成，其计数输入端接信号处理电路输出端，其输出接显示器输入端，计数及显示驱动集成电路芯片为具有复位端和计数使能端的并对计数输入端的脉冲信号以十进位方式计数的具有多位显示译码和直接驱动显示器进行数码显示的集成电路芯片
2.2设计总框图
如图所示，输入脉冲信号进入计数电路完成计数，在进入译码电路，经过译码后由被驱动的数码管显示。
图2-1总框图
数字计数器的优点是量程宽、功能多、操作简单、测量速度快、直接显示数字，而且易于实现测量过程自动化，在工业生产和科学实验中得到广泛应用。
第三章系统硬件电路设计
3.1系统原理图
图3-1系统原理图
3.2主要器件介绍
3.2.1CD4553引脚与功能
1.原理：
CD4553是3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。
2.引脚图
图3-2CD4553引脚图
3.引脚功能
CLOCK：
计数脉冲输入端，下调沿有效。
CIA、CIB：
内部振荡器的外界电容端子。
MR：
计数器清零（只清计数器部分），高电平有效。
LE：
锁定允许。
当该端为低电平时，3组计数器的内容分别进入3组锁存器，当该端为高电平时，锁存器锁定，计数器的值不能进入。
DIS：
该端接地时，计数脉冲才能进行计数。
DS1、DS2、DS3：
位选通扫描信号的输出，这3端能循环地输出低电平，供显示器作为位通控制。
Q0、Q1、Q2、Q3：
BCD码输出端，它能分时轮流输出3组锁存器的BCD码。
CD4553内部虽然有3组BCD码计数器（计数最大值为999），但BCD的输出端却只有一组Q0～Q3通过内部的多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD码。
相应地，也输出3位位选通信号。
例如：
当Q0～Q3输出个位的BCD码时，DS1端输出低电平；当Q0～Q3输出十位的BCD码时，DS2端输出低电平；当Q0～Q3输出百位的BCD码时，DS3端输出低电平时，周而复始、循环不止。
图3-3CD4553真值表
3.2.2CD4511的引脚与功能
1.原理：
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。
CD4553内部虽然有3组BCD码计数器（计数最大值为999），但BCD的输出端却只有一组Q0～Q3通过内部的多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD码。
相应地，也输出3位位选通信号。
例如：
当Q0～Q3输出个位的BCD码时，DS1端输出低电平；当Q0～Q3输出十位的BCD码时，DS2端输出低电平；当Q0～Q3输出百位的BCD码时，DS3端输出低电平时，周而复始、循环不止。
2.引脚图
图3-4CD4511引脚图
图3-5CD4511与LED连接图
3.CD4511引脚功能：
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。
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。
LT：
3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮全部显示。
它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。
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.
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2-4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2-5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。
用CD4511实现LED与单片机的并行接口方法如下图：
图3-6CD4511与LED并行接口图
3.2.3数码管介绍
1.液晶显示器
液晶显示器件（LCD）是一中平板薄型显示器件，其驱动电压很低、工作电流极小，与TTL电路结合起来可以组成微功耗系统，广泛地用于电子钟表、电子计算器、各种仪器和仪表中。
液晶是一种介于晶体和液体之间的有机化合物，常温下既有液体的流动性和连续性，又有晶体的某些光学特性。
液晶显示器件本身不发光，在黑暗中不能数字，它依靠在外界电场作用下产生的光电效应，调制外界光线使液晶不同部位显示出反差，从而显示出字型。
2.半导体显示器
某些特殊的半导体材料，例如，用磷砷化镓作成的PN结，当加正向电压时，可以将电能转化成光能，从而发出清晰悦目的光线。
利用这样的PN结，既可以封装成单个的发光二极管（LED），也可以封装成分段式（或点阵式）的显示器件。
它既可以用半导体三极管驱动，也可以直接用TTL与非门驱动。
在显示译码器和显示器的连接中，显示译码器各个输出端必须具有足够的吸取电流的能力，以驱动有关显示段发光。
显示译码器的输出级的电路结构形式与所选用显示器的结构形式应相匹配，否则不仅不能正常工作，甚至会导致器件损坏。
实际数码管是把发光二极管的管心做成条状，用7条条状的发光管就可以组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9十个数字，数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。
LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完全成译码功能，还要有相当的驱动能力。
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
3.数码管引脚
（共阳极）（共阴极）
图3-7数码管引脚图
4.LED数码管译码原理
当输入BCD码（以A、B、C、D表示），输出是数码管各段的驱动信号（以Fa～Fg表示），也称4—7译码器。
例如，当输入8421码ABCD=0100时，应显示为“4”,即要求同时点亮b、c、f、g段，熄灭a、d、e段，故译码器的输出应为Fa～Fg=0110011，这也是一组代码，常称为段码。
同理，根据组成0～9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，共阳极的是低电平有效，共阴极的反之，共阳极数码管的真值表如表a所示：
A
B
C
D
字形
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
2
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
3
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
4
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
5
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
6
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
7
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
8
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
9
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
图3-8共阳极数码管真值表
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