程序计数分频器.docx

1、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：CBAn分频脉冲LLH2LHL3LHH4HLL5HLH6HHL7HHH8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G1 G2A G2BC B AY0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y7X H

2、XX X XH H H H H H H HX X H X X XH H H H H H H HL X XX X XH H H H H H H HH L LL L LL H H H H H H HH L LL L HH L H H H H H HH L LL H LH H L H H H H HH L LL H HH H H L H H H HH L LH L LH H H H L H H HH L LH L HH H H H H L H HH L LH H LH H H H H H L HH L LH H HH H H H H H H L表1.1.3 芯片74LS138功能表OPERATING

3、 MODES INPUTSOUTPUTSMRPEJKPnQ0Q1Q2Q3ASYNCHRONOUSLXXXXLLLLSHIFT,SET FIRST STAGEHHhhXHqqqShift, reset firstHhLllLqqqShift,Toggle First StageHhhllqqqqShift,Retain First StageHhLhhqqqqParallel load HlXXPnpppp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，Y0Y7输出的都是高电平，若G1输入低电平，

4、Y0Y7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Y0Y7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

5、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 CMOS BCD锁存/7

6、段译码/驱动器，引脚排列如图 5 所示。其中a b c d 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。ag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 C

7、D4511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300的限流电阻。图1.2.2 CD4511引脚图图1.2.3 CD4511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

8、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

9、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。8421 BCD

10、 码对应的显示见下图： 图1.2.48421 BCD 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1.2.5 CD4511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，QDQCQ

11、B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QDQCQBQA0000。 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QDQCQBQA1001。输 入输 出功 能清 0置 9时 钟Q

12、D QC QB QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP21100 0000清 00011 1001置 90 00 0 1QA 输 出二进制计数1 QDQCQB输出五进制计数 QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数1 1不 变保 持表1.2.5 74LS90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

13、，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28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38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

14、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

15、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

16、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=100k，T=420ms图3.2.3：真实波形图2 可变电阻=80k，T=350ms误差分析：可

17、变电阻值80 k100 k示波器周期格数74.2周期仿真值350ms420ms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

18、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

19、，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1 李加升等，基于Mulitsim7的555定时器的应用，高等函授学报(自然科学版)，2008年4月2 杨庆, 来国红, 郭黎. 基于Multisim8的多谐振荡器的仿真分析J. 高师理科学刊, 2009,(03)3 高娟,李峰. 基于Multisi

20、m的电子电路仿真研究J. 青岛职业技术学院学报, 2006,(02)4 雷媛媛. 论555集成定时器的逻辑功能及应用J. 科技广场, 2008,(08) .5 康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社6 杨庆基于Multisim8 的数字电路课程设计与仿真J平顶山工学院学报，2007，16（6）：77-787 刘宝琴等，数字电路与系统，第二版，清华大学出版社，20078 电子线路实验电子线路编写组，北京大学出版社，2008年 2月9 卢毅等著，VHDL与数字电路设计，科学出版社，2001杨今强等.全光波长转换技术m.红外与激光工程，199710 R.H.Katz & G.Borr

21、iello，Contemporary Logic Design，2nd Edition，Prentice Hall，电子工业出版社，英文影印版，200511 李健. 555定时器及其应用J. 经营管理者, 2009,(04) .12 高宁宁. 基于555多谐振荡器的测量研究J. 中央民族大学学报(自然科学版), 2009,(02)13 朱红永,陈勇,王博. 555定时器构成的报警电路设计J. 内燃机与动力装置, 2009,(S1) .14 数字逻辑电路王楚、沈伯弘 北京大学出版社 1999年15 卢毅等著，VHDL与数字电路设计，科学出版社，2001杨今强等.全光波长转换技术m.红外与激光工程，199716 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300 1%,0.12514电阻2k 1%,0.1251电阻10k 1%,0.1252电阻20k 1%,0.1252电阻50k 1%,0.1251多圈电位器3296，200k1电容0.022uF1电容0.1uF1电容1uF1芯片LM3241芯片74HC902芯片74HC45112按钮轻触4.5mm*4.5mm1稳压二极管4.7V1数码管共阴2DIP座子14脚3DIP座子16脚2PCB板1PCB光绘网架等松香焊锡丝