電子課程設計自動循環(huán)計數(shù)器

1、河南科技學院新科學院電子課程設計自動循環(huán)計數(shù)器電路學生姓名： 耿 彥學 號： 2013040229班 級： 電子132指導老師： 李余錢時 間： 2015.5.18-5.31目 錄1、設計目的12、內容及要求13、設計思想14、單元電路的設計、參數(shù)計算、器件選擇及介紹2 4.1、譯碼驅動顯示部分2 4.2、 單脈沖產(chǎn)生部分4 4.3、 電源部分6 4.4、控制部分及循環(huán)加減計數(shù)部分75、總體電路設計圖、工作原理及元器件清單106、仿真電路仿真、調試測試結果，出現(xiàn)的問題、原因及解決方 法137、 總結設計電路的特點和方案的優(yōu)缺點14參考文獻15設計題目：自動循環(huán)計數(shù)器1、設計目的：1.熟練掌握計

2、數(shù)器的應用。2.加深對加減循環(huán)計數(shù)和顯示電路的理解。2、內容及要求：1. 用集成計數(shù)器實行39自動循環(huán)計數(shù)。2. 電路能實現(xiàn)39加法和39減法循環(huán)計數(shù)。3方案的總體思路根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為以下幾個部分，基本思想如下： 1、譯碼顯示電路部分：計數(shù)器輸出結果的數(shù)字顯示 2、單脈沖產(chǎn)生部分：功能是由它產(chǎn)生單個脈沖，為循環(huán)計數(shù)部分提供計數(shù)脈沖。 3、電源部分，由它向整個系統(tǒng)提供+5V電源。 4、加/減控制循環(huán)電路部分：實現(xiàn)加/減循環(huán)計數(shù)器功能由控制部分完成。完成3-9加或者減的可逆計數(shù)運算。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。 圖1 39加/減可逆自動循環(huán)計數(shù)器系統(tǒng)方框圖4、單

3、元電路的設計、參數(shù)計算、器件選擇及介紹 4.1、譯碼驅動顯示部分方案一：采用74LS47 TTL BCD7段高電平有效譯碼/驅動器，數(shù)碼管需選用共陽極數(shù)碼管。方案二：采用74LS48 TTL BCD7段譯碼器/內部上拉輸出驅動。確定方案：由于74LS48輸出是高有效且74LS48不需要外接電阻。，故采用74LS48，所以顯示數(shù)碼管選用LTS547R共陰極數(shù)碼管。元器件型號的選擇及參數(shù)計算：數(shù)碼管LTS547R，譯碼/驅動器74LS48；限流電阻的計算，數(shù)碼管壓降一般為1.82.2V，工作電流1020mA，經(jīng)查資料，靜態(tài)顯示時10 mA亮度相當可觀，所以限流電阻R1R7=(5V-2V)/10mA

4、=300,功率為0.012×300=0.03W,故電阻選用R1R7=300（1/16W）。圖2 74LS48引腳圖 燈測試輸入使能端。當0時，譯碼器各段輸出均為高電平，顯示器各段亮，因此，0可用來檢查74LS48和顯示器的好壞。 動態(tài)滅零輸入使能端。在LT1的前提下，當0且輸入BDCA000時，譯碼器各段輸出全為低電平，顯示器各段全滅，而當輸人數(shù)據(jù)為非零數(shù)碼時，譯碼器和顯示器正常譯碼和顯示。利用此功能可以實現(xiàn)對無意義位的零進行消隱。 靜態(tài)滅零輸入使能端。只要0，不論輸入BDCA為何種電平，譯碼器4段輸出全為低電平，顯示器滅燈(此時/BIRBO為輸入使能)。 動態(tài)滅零輸出端。在不使用功

5、能時，BIRBO為輸出使能。該端主要用于多個譯碼器級聯(lián)時，實現(xiàn)對無意義的零進行消隱。實現(xiàn)整數(shù)位的零消隱是將高位的RBO接到相鄰低位的RBI，實現(xiàn)小數(shù)位的零消隱是將低位的RBO接到相鄰高位的 RBI。74LS48引腳功能表七段譯碼驅動器功能表如表1表1 74LS48引腳功能表七段譯碼驅動器功能表十進數(shù)或功能輸入BI/RBO輸出LTRBID C B Aabcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0

6、H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H1110011xxx x x xL0000000HL0 0 0 0L0000000Lxx x x xH1111111 數(shù)碼管顯示原理見圖5。圖3 共陰/共陽極數(shù)碼管內部電路圖 圖4共陰極數(shù)碼管管腳圖圖5譯碼驅動顯示電路4.2、 單脈沖產(chǎn)生部分 (a) 555定時器產(chǎn)生單脈沖 （b）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121產(chǎn)生單脈沖(c)RS觸發(fā)器產(chǎn)生單脈沖 方案一：用集成555定時器產(chǎn)生單脈沖見圖。圖(a)方案二：用TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121。圖(b)方案三：用74LS00四2輸入與非門與

7、手動開關。圖(c)用74LS00中的兩個與非門構成基本RS觸發(fā)器，手動開關反復波動一次，則觸發(fā)器輸出端將產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖確定方案：方案三：用74LS00四2輸入與非門與手動開關。圖(c)數(shù)據(jù)參數(shù)：經(jīng)查閱資料電阻為1千歐。單脈沖產(chǎn)生電路PCB圖（如圖6）圖6 單脈沖產(chǎn)生電路PCB圖單脈沖產(chǎn)生電路PCB圖3D圖如圖7圖7單脈沖產(chǎn)生電路PCB圖3D圖 4.3、電源部分直流穩(wěn)壓電源主要由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。方案一：采用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓，主要優(yōu)點是簡單；缺點是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值離散性較大，限流電阻的阻值和功率計算比較繁瑣。方案二：采用三端集成穩(wěn)壓器，三端集成穩(wěn)壓器系列齊全，穩(wěn)壓效果好

8、，性能可靠，使用也非常方便。確定方案：比較方案一和方案二，考慮到數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性，決定采用方案二。整個系統(tǒng)IC均由74系列的相關芯片組成，故系統(tǒng)只需單一+5V電源。三端集成穩(wěn)壓器：選用L7805CV；變壓器：經(jīng)過全波整流后7805的輸入電壓約為U2×1.2；由于7805的輸入電壓范圍是7V-15V，采用220V/9V(3W)小型變壓器，則7805的輸入電壓范圍是9×1.211V，滿足7805輸入電壓的要求。整流橋：選擇2W10/2A橋， C1、C2、C3、C4為濾波電容，C1、C2 采用電解電容，C1= 1000F/16V，C2= 1000F/10V，C3、C4為高頻濾

9、波電容，C3=0.33F ，C4=0.1F。電源部分電路圖，見圖8。 圖8電源部分電路圖 圖9電源部分PCB圖 圖10電源部分PCB圖3D圖4.4、控制部分及循環(huán)加減計數(shù)部分方案一：74HC138作為數(shù)據(jù)分配器。方案二：74LS138作為數(shù)據(jù)分配器。確定方案：74LS138作為加減控制器。74LS138引腳如圖11圖11 74LS138引腳圖74LS138邏輯功能表如表2表2 74LS138邏輯功能表可逆計數(shù)器單元方案一：用兩塊74LS73，74LS04，兩塊74LS08組成異步二進制加減計數(shù)器方案二：74LS192 TTL 可預置BCD雙時鐘可逆計數(shù)器。方案三：74LS191TTL同步加/減

10、計數(shù)器確定方案：方案三 74LS1901TTL同步加/減計數(shù)器（1）集成十進制同步加減計數(shù)器CT74LS191，邏輯功能示意圖見圖12。圖12 邏輯功能示意圖 為異步置數(shù)控制端 為計數(shù)控制端 Do-D3為并行數(shù)據(jù)輸入端 Q0-Q3為輸出端為加/減計數(shù)方式控制端 /為進位輸出/借位輸出端 時鐘輸出端（2）74LS191功能表見表3表3 4LS191功能表（3）加減計數(shù)部分仿真電路如圖13圖13 加減計數(shù)部分仿真電路加減計數(shù)部分PCB圖如圖14圖14 加減計數(shù)部分PCB圖加減計數(shù)部分PCB圖3D圖如圖15圖15 加減計數(shù)部分PCB圖3D圖5、總體電路設計圖、工作原理及元器件清單 （1）總體仿真電路

11、圖如圖16圖16 總體仿真電路圖 （2）總體電路PCB圖圖17總體電路PCB圖（3）總體電路PCB圖3D圖如圖18圖18總體電路PCB圖3D圖（4）工作原理介紹： 由單脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的計數(shù)脈沖送至74LS191的CP端，做加法時，190的/端需接地，通過手動開關S1實現(xiàn)。加法計數(shù)當加過9時，在端將發(fā)出一個進位正脈沖，9再加1按照題目要求應該變成3；做減法時按照題目要求3減1應該變成9，在此利用開關S1將預置數(shù)據(jù)3（0011）或9（1001）選擇一個數(shù)據(jù)送給191的預置數(shù)據(jù)端DCBA，實現(xiàn)的方法是，將加9后產(chǎn)生的正脈沖反相后與減法時減到2由138譯碼得到的負脈沖進行或運算送至191的L端，從而

12、使191進入數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)從而實現(xiàn)3變9（5） 元器件清單表如表4表4 元器件清單表類別編號型號及參數(shù)功能及類別集成電路U674LS00四2輸入端與非門表4 元器件清單表（續(xù)表）U474LS04六反相器U574LS1383-8線譯碼器U274LS191BCD同步加/減計數(shù)器U374LS484線-7段譯碼器JP17805三端集成穩(wěn)壓器+5V電阻R1R7300(1/2W)碳膜電阻R8R91K/(1/16W)碳膜電阻C11000F/16V電解電容C21000F/10V電解電容C30.33F獨石電容C40.1F獨石電容整流橋BRIDGE12W10/2A變壓器T220V/10V( W)數(shù)碼管DS1LTS547R開關S1按鈕開關S2按鈕開關6、 仿真電路仿真、調試測試結果，出現(xiàn)的問題、原因及解決方法在安裝調試過程中，遇到了一定的問題，具體如下：第一次仿真軟件，一些小的使用技巧沒有掌握，經(jīng)常導致譯碼顯示器不亮。設計原理都清楚，一到仿真的時候就會出現(xiàn)問題。通電檢查，通電后做減法時，顯示數(shù)據(jù)不確，但是做加法實現(xiàn)不了到9變回3，一直從8變3。經(jīng)過請教老師和去圖書館查閱資料最后明白原來是選擇的芯片不對，把74LS190換為74LS191后問題得到解決。7、總結設計電路的特點和方案的優(yōu)缺點本方案設計電路的特點是，除了滿足題目要求的指標外，還應做適當?shù)耐卣埂?yōu)點：電路設計比較簡明，易于實現(xiàn)，有