数字电路课程设计自动循环计数器与灯光显示电路.docx
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数字电路课程设计自动循环计数器与灯光显示电路
《数字电子技术》
课程设计报告
题目：
自动循环计数器与灯光显示电路
专业：
电气与电子工程学院自动化专业
班级：
110302班
姓名：
杨东昆20110899
2014年1月
一、设计内容及具体要求………………………………………………
二、设计思想与系统方案………………………………………………
三、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍………………….
（一）、单脉冲产生部分………………………………………………………….
（二）、译码驱动显示部分…………………………………………………………
（三）、控制部分及循环加减计数部分……………………………………………
（四）、灯光显示电路………………………………………………………………
四、总体电路设计图、工作原理及元器件清单………………………
五、硬件电路安装、调试测试结果，出现的问题、原因及解决方法
六、总结与体会…………………………………………………………
七、参考文献……………………………………………………………..
设计题目：
自动循环计数器与灯光显示电路
一、设计内容及具体要求
1、设计任务：
（1）电路能实现3～9加法和3～9减法循环计数。
（2）三个彩灯红、绿、黄循环显示。
彩灯显示状态表如下表所示。
CLK
R
G
Y
0
0
0
0
1
0
0
1
2
0
1
0
3
1
0
0
4
1
1
1
5
1
0
0
6
0
1
0
7
0
0
1
二、设计思想与系统方案
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）自动循环计数器
1、电源部分，由它向整个系统提供+5V电源。
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、译码显示电路部分：
计数器输出结果的数字显示。
4、加/减控制电路部分：
实现加或减循环计数功能由控制部分完成。
5、可逆计数器部分：
完成3~9的可逆加或减循环计数。
系统设计方框图如图1所示。
图13~9加/减可逆自动循环计数器系统设计方框图
说明：
由于本次课设为两个题目叠加而成，为了实现电路的灯光显示功能本次课设的实际作品中将只显示0~7自动循环计数。
（2）灯光显示电路
根据彩灯显示的状态表分析，该电路由信号发生、计数器、显示译码器模块、显示驱动电路构成。
信号产生的脉冲作用于计算器，计数器实现000~111状态的输出，显示译码模块将计数器的输出转换成彩灯显示状态，由发光二极管显示输出。
彩灯显示电路框图如图所示：
三、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍：
（一）、脉冲产生部分
555定时器多谐振荡器如图所示：
由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压Uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出Uo为高电平，放电管VT截止。
这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压Uc按指数规律上升,当Uc上升到（2/3）Vcc时，输出Uo为低电平，放电管VT导通，把Uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间
的长短与电容的充电时间有关。
由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间
的长短与电容的放电时间有关，随着C的放电，Uc下降，当Uc下降到（1/3）Vcc时，输出Uo为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。
所以，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。
电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。
工作波形如下：
振荡周期T=T1+T2，T1为电容充电时间，T2为电容放电时间
充电时间T1=0.7（R1+R2）C
放电时间T2=0.7R2C
频率f=1/T
（二）、译码驱动显示部分
1、方案论证
方案一：
采用74LS47TTLBCD—7段高有效译码/驱动器，数码管需选用共阳极数码管。
方案二：
74LS48TTLBCD—7段译码器/内部上拉输出驱动。
采用74LS48不需要外接上拉电阻。
确定方案：
故采用74LS48。
由于74LS48输出是高有效，所以显示数码管选用LTS547R共阴极数码管。
2、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，经试验，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）。
3、译码驱动、显示电路的设计
74LS48的引脚见图4，74LS48的功能表如表1所示，其中，DCBA为8421BCD码输入端，a—g为7段译码输出端。
灯测试输入使能端。
当LT＝0时，译码器各段输出均为高电平，显示器LT＝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/RBI＝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BI＝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RBI。
（三）、控制部分及循环加减计数部分
1、方案论证
方案一：
74LS191TTL为4位二进制同步加/减计数器。
方案二：
74LS190TTLBCD同步加/减计数器。
方案三：
74LS192TTL可预置BCD双时钟可逆计数器。
方案四：
74193TTL可预置四位二进制双时钟可逆计数器。
确定方案：
经过比较，结合系统要求，决定采用方案二。
2、控制部分及循环加减计数部分的设计
集成十进制同步加／减计数器CT74LS190，逻辑功能示意图见图7。
图7逻辑功能示意图见
（2）190功能表见表2
表274LS190功能表
⑶主要逻辑功能
（四）、显示驱动电路
1、74LS138译码器
138为3线-8线译码器。
译码器是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码。
以下是74LS138的逻辑图：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（（G2A）和（G2B））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平（反码）译出。
在本实验电路中，将计数器74LS160的输出端的信号作为译码器的输入信号，G1接入高电平,G1、G2接入低电平，译码器处在工作状态。
A、B、C地址输入端对应着一个输出Yi。
译码器的输出信号将转化为驱动灯管发光的信号，译码器的输出每次只能有一个状态，通过一个与非门可以达到输出的循环显示。
U1=（Y1Y4Y7）’
U2=（Y2Y4Y6）’
U3=（Y3Y4Y5）’
四、总体电路设计图、工作原理及元器件清单
1、总体电路图
2、器件清单
5V电源1个
50KΩ滑动变阻器1个
50KΩ电阻1个
0.01uF电容1个
1uF电容1个
555定时器多谐振荡器1个
74LS190计算器1个
74LS138译码器1个
74LS10与非门4个
74LS112触发器1个
LED（红、黄、绿）各1个
导线若干
五、硬件电路安装、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：
1、通电检查，通电后数码管又反应，无数据显示，怀疑是190焊接有误，经查果然如此，经重新调整，故障排除。
2、仿真中，由于多谐振荡器设计不够合理，使得振荡频率过高，采用加大电阻的解决办法，不过效果不够明显。
3、我们使电平信号从最初0000到最终的0111，一次循环下去，即三个led灯的三个亮灭情况按二进制变换情况而变化。
仿真结果分析验证了我们组设计电路的正确性。
六、总结与体会
在这短暂的几天时间里，我们进行了数电课程设计。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践练习，是我们将理论知识应用到实践的一次机会。
通过这次课程设计，加深我们对该课程的一些理论的理解和应用，是对课程的一次综合性学习。
由于刚刚结束了数电课程考试，对一些理论的知识印象都还很深刻，运用起来也还很得心应手。
我们这次的选题很接近生活，灯光在我们的日常生活中已经是不可缺少的一部分了，如果没有灯光在夜晚的照明，我们的生活中将会有很多的不方便的时候。
课程设计真的很磨练我们的意志，刚开始的时候，拿着仿真软件却不会用，大家在一起讨论，慢慢地摸索出来了．在设计的过程中，我们参看教材和相关书目，也在网上找了相应资料，综合各种方案，最终选择了一种最简洁的方案，用的元器件最少，排线最优。
当我整理着自己的设计成果时，回味这几天的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这次的设计不是最完美的，但是我们经历过后，总是会收获很多的珍贵的经验的，这对于我们以后的学习是很重要的。
七、参考书目
数字电子技术基础（第五版）[M].北京：
高等教育出版社.2006
电子技术基础试验（第二版）[M].北京：
高等教育出版社.2000
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