十进制加减可逆计数器的设计Word文件下载.docx

1、2.1 设计方案这里设计模为10的十进制加/减可逆计数功能的电路的设计方案主要为如图2-1所示：图2-1 设计方案2.2设计思路 2.2.1手控自动加、减计数器设计思路因为74LS192就已经为10进制计数器，给输入端CPU输入脉冲信号就进行10进制加法计数。给输入端CPD输入脉冲信号就进行10进制减法计算。所以需要解决的问题是如何切换加、减状态切换。经过分析，应该实现如下表2-1的功能表2-1 自动加、减信号控制脉冲输入端的方式信号M计数方式CPUCPD加法CLK1减法这一功能通过一片数据选择器即可实现。2.2.2自控可逆方式计数器设计思路设计自控方式的一种加/减可逆计数顺序如图2-1所示。

2、图2-2 自控计数器的计数顺序从上述图中可以看出，当加计数到最大值9后自动进行减计数；当减计数到最小值0后自动进行加计数，如此不断循环。所以要解决的关键问题是：电路如何自动产生加/减计数控制信号M。其中的一种设计思路如图2-3所示。图2-2 自动控制信号产生电路的设计思路图2.2.3手动脉冲设计思路 当电路不暂停的时候，计数器自动计数。当按下暂停的时候，计数器停止计数。这时可以手动输入脉冲，通过分析可得设计方案图如图2-3所示。图2-3手动脉冲设计思路图由图可以看出当暂停按钮没有按下的时候，输出信号端是由脉冲信号源。当暂停按下去的时候，此时输入信号端不受脉冲信号源的影响，而是由手动脉冲来决定了

3、。当没有按下手动脉冲时，输出信号端为持续高电平。只有按下手动脉冲按钮才能产生低电平。所以通过按动手动按钮就可以实现手动产生脉冲信号了。2.3集成电路及元件选择 “脉冲信号产生电路”采用NE555。 “加/减计数控制电路”采用一片数据分配器74LS138。“加/减计数控制信号自动产生电路”采用集成D触发器74LS74和集成门电路74LS00、74LS32。集成计数器采用74LS192。“显示译码电路”采用74LS48。LED数码管采用共阴极数码管。3实现方案3.1 脉冲发生电路实现方案3.1.1 基本原理脉冲发生电路采用555定时器组成的多谐振荡器振荡产生周期为1s的矩形脉冲，从而为计数器提供触

4、发信号。其中，可以通过R1，R2，C来控制充放电的时间。本实验采用电阻R1（100K电阻）、R2 （50K电位器 方便实际电路中调整波形）、和电容C（10uf）.其仿真图如图3.1所示。图3-1多谐振荡器电路图3.1.2 有关参数及计算1、理论数据：多谐振荡器的振荡周期T计算公式为:T = 0.693*（ （R1 + 2R2） * C1）各参数的值:R1=100K R2 =22K C=10uf将各参数的值带入上面的计算公式得:T=0.999999999s1s3.2 加/减/计数器控制电路实现方案加/减计数控制电路主要由74LS138构成。74LS138芯片是常用的3-8线译码器，常用在单片机和

5、数字电路的译码电路中，74LS138的引脚排列如图3-2所示，真值表如表3-1所示。图3-2 74LS138的引脚排列图表3-1 74LS138的真值表由74LS138构成的加/减计数控制电路如图3-3所示。图3-3 加/减计数控制电路当开关接到高电平时，A=1，此时Y1输出脉冲信号，如果Y1连接着74LS192的CPD端，此时计数器就能进行减法计数功能。当开关接到低电平时，A=0，此时Y0输出脉冲信号，如果Y0连接着74LS192的CPU端，此时计数器就能进行加法计数功能。3.3 自动控制可逆计数器实现方案计数单元电路主要由十进制计数器74LS192构成。74LS192是同步十进制可逆计数器

6、，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列图如图3-4所示。图3-4 74LS192的引脚排列图 图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如表3-2所示。表3-2 74LS192的功能表 输入 输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0dcba 加计数 减计数用74LS192结合由74LS138组成的加/减控制电路，再加上一个单刀三掷开关就构成了十进制加/减/加减可逆计数器的计数单元电路，如图3-5所示。图3-5 计数单元电路原理图当开关接到反馈电路时

7、，由图可以看出，当触发器D=1时，计数器到9或者到0时给D触发器一个高电平，产生的上升沿使D触发器置1，并使D=0。当触发器D=0时，计数器到9或者到0时给D触发器一个高电平，产生的上升沿使D触发器置0，并使D=1。通过这样能使计数器的加减状态发生改变，从而实现可逆计数功能。考虑到组合逻辑电路部分可能发生竞争-冒险现象，这种由于竞争而产生的尖峰脉冲会引起D触发器的误翻转，造成错误的结果。所以在D触发器的CLK端前面加一个滤波电容，过滤掉产生的尖峰脉冲。3.4译码显示单元电路设计实现方案3.4.1译码显示单元电路设计 计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，译码驱动电路将计数器输出的

8、8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为七段数码管的正常工作提供足够的工作电流。译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数字分配，存储器寻址和组合控制信号等。译码器可以分为通用译码器和显示译码器两大类。用于驱动LED七段数码显示常用的有74LS48。3.4.2译码器74LS4874LS48是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。其功能是把输入的8421BCD码ABC

9、D译成七段输出a-g，再由七段数码管显示相应的数。由74LS48和LED七段共阴极数码管组成一位数码显示电路。若将个位、时位、百位计数器的输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字显示。在译码器输出与数码管之间串联的R为限流电阻。当计数器在CP脉冲的作用下，就应将其状态显示成清晰的数字符号。74LS48的管脚如图3-6所示。在管脚图中，管脚LT、RBI、BI/RBO都是低电平是起作用，作用分别为：LT为灯测检查，用LT可检查七段显示器个字段是否能正常被点燃。BI是灭灯输入，可以使显示灯熄灭。RBI是灭零输入，可以按照需要将显示的零予以熄灭。BI/RBO是共用输出端，RBO称为灭零输出

10、端，可以配合灭零输出端RBI，在多位十进制数表示时，把多余零位熄灭掉，以提高视图的清晰度。图3-6 74LS48 的管脚图74LS48的功能：74LS48的功能表如表3-3所示。表3-3 74LS48 BCD七段译码驱动器功能表74LS48引脚功能-七段译码驱动器功能表十进制数输 入BT/RB0输 出LTRBIABCDefgH/23456789（1）译码功能：将LT，RBI和BI/RBO端接高电平，输入十进制数09的任意一组8421BCD码（原码），则输出端ag也会得到一组相应的7位二进制代码（74LS48驱动共阴极，输出3FH、06H、5BH；74LS47驱动共阳极，输出COH、F9H、A4

11、H）。如果将这组代码输入到数码管，就可以显示出相应的十进制数。（2）试灯功能：给试灯输入加低电平，而BI/RBO端加高电平时，则输出端ag均为高电平。若将其输入数码管，则所有的显示段都发亮。此功能可以用于检查数码管的好坏。（3）灭灯功能：将低电平加于灭灯输入时，不管其他输入为什么电平，所有输出端都为低电平。将这样的输出信号加至数码管，数码管将不发亮。（4）动态灭灯功能：RBI端为灭零输入端，其作用是将数码管显示的数字0熄灭。当RBI=0，且DCBA=0000时，若LT=1，ag输出为低电平，数码管无显示。利用该灭零端，可熄灭多位显示中不需要的零。不需要灭零时，RBI=1。3.4.3显示器LG5011AH图3-7是共阴极式LED数码管的原理图，使用时公共阴极接地，使每个发光二极管都处于导通状态，而且这7个发光二极管a到g分别由相应的BCD七段译码器来驱动。图3-7 共阴极LED数码管的原理图选用型号为LG5011AH的数码管，LG5011AH的管脚功能图如图3-8所示， 图3-8 LG5011AH的管脚图3.4.4译码显示电路译码显示电路由共阴极译码器74LS48和七段数码管LED组成。74LS48和共阴数码管的连接图如图3