电子课程设计自动循环计数器样本.doc

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河南科技学院新科学院
电子课程设计

自动循环计数器电路

学生姓名: 耿 彦
学 号: 040229
班 级: 电子132
指导老师: 李余钱
时 间: .5.18-5.31

目 录
1、 设计目的……………………………………………………………1
2、 内容及要求…………………………………………………………1
3、 设计思想……………………………………………………………1
4、 单元电路的设计、 参数计算、 器件选择及介绍…………………2
4.1、 译码驱动显示部分…………………………………………………………2
4.2、 单脉冲产生部分…………………………………………………………4
4.3、 电源部分…………………………………………………………………6
4.4、 控制部分及循环加减计数部分……………………………………………7
5、 总体电路设计图、 工作原理及元器件清单………………………10
6、 仿真电路仿真、 调试测试结果, 出现的问题、 原因及解决方 法………………………………………………………………………13
7、 总结设计电路的特点和方案的优缺点……………………………14
参考文献……………………………………………………………15

设计题目: 自动循环计数器
1、 设计目的:
1.熟练掌握计数器的应用。
2.加深对加减循环计数和显示电路的理解。
2、 内容及要求:
1. 用集成计数器实行3～9自动循环计数。
2. 电路能实现3～9加法和3～9减法循环计数。
3．方案的总体思路
根据题目要求, 系统能够划分为以下几个部分, 基本思想如下:
 1、 译码显示电路部分: 计数器输出结果的数字显示
 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、 电源部分, 由它向整个系统提供+5V电源。
4、 加/减控制循环电路部分: 实现加/减循环计数器功能由控制部分完成。
完成3-9加或者减的可逆计数运算。系统方框图如图1所示。
图1 3—9加/减可逆自动循环计数器系统方框图

4、 单元电路的设计、 参数计算、 器件选择及介绍
4.1、 译码驱动显示部分
方案一: 采用74LS47 TTL BCD—7段高电平有效译码/驱动器, 数码管需选用共阳极数码管。
方案二: 采用74LS48 TTL BCD—7段译码器/内部上拉输出驱动。
确定方案: 由于74LS48输出是高有效且74LS48不需要外接电阻。, 故采用74LS48, 因此显示数码管选用LTS547R共阴极数码管。
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, 经查资料, 静态显示时10 mA亮度相当可观, 因此限流电阻R1~R7=(5V-2V)/10mA=300Ω,功率为0.012×300=0.03W,故电阻选用R1~R7=300Ω( 1/16W) 。
图2 74LS48引脚图
灯测试输入使能端。当＝0时, 译码器各段输出均为高电平, 显示器各段亮, 因此, ＝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＝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。利用此功能能够实现对无意义位的零进行消隐。
静态灭零输入使能端。只要＝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接到相邻高位的 RBI。

74LS48引脚功能表—七段译码驱动器功能表如表1
表1 74LS48引脚功能表—七段译码驱动器功能表
十进数或功能
输入
BI/RBO
输出
LT
RBI
D C B A
a
b
c
d
e
f
g
0
H
H
0 0 0 0
H
1
1
1
1
1
1
0
1
H
x
0 0 0 1
H
0
1
1
0
0
0
0
2
H
x
0 0 1 0
H
1
1
0
1
1
0
1
3
H
x
0 0 1 1
H
1
1
1
1
0
0
1
4
H
x
0 1 0 0
H
0
1
1
0
0
1
1
5
H
x
0 1 0 1
H
1
0
1
1
0
1
1
6
H
x
0 1 1 0
H
0
0
1
1
1
1
1
7
H
x
0 1 1 1
H
1
1
1
0
0
0
0
8
H
x
1 0 0 0
H
1
1
1
1
1
1
1
9
H
x
1 0 0 1
H
1
1
1
0
0
1
1

x
x
x x x x
L
0
0
0
0
0
0
0

H
L
0 0 0 0
L
0
0
0
0
0
0
0

L
x
x x x x
H
1
1
1
1
1
1
1

数码管显示原理见图5。

图3 共阴/共阳极数码管内部电路图 图4共阴极数码管管脚图

图5译码驱动显示电路
4.2、 单脉冲产生部分

(a) 555定时器产生单脉冲 ( b) 单稳态触发器74LS121产生单脉冲

(c)RS触发器产生单脉冲
方案一: 用集成555定时器产生单脉冲见图。图(a)
方案二: 用TTL集成单稳态触发器74LS121。图(b)
方案三: 用74LS00四—2输入与非门与手动开关。图(c)
用74LS00中的两个与非门构成基本RS触发器, 手动开关重复波动一次, 则触发器输出端将产生一个计数脉冲
确定方案: 方案三: 用74LS00四—2输入与非门与手动开关。图(c)
数据参数: 经查阅资料电阻为1千欧。
单脉冲产生电路PCB图( 如图6)

图6 单脉冲产生电路PCB图

单脉冲产生电路PCB图3D图如图7

图7单脉冲产生电路PCB图3D图
4.3、 电源部分
直流稳压电源主要由变压器、 整流电路、 滤波电路、 稳压电路组成。
方案一: 采用稳压二极管稳压, 主要优点是简单; 缺点是稳压二极管的稳压值离散性较大, 限流电阻的阻值和功率计算比较繁琐。
方案二: 采用三端集成稳压器, 三端集成稳压器系列齐全, 稳压效果好, 性能可靠, 使用也非常方便。
确定方案: 比较方案一和方案二, 考虑到数据的准确性和稳定性, 决定采用方案二。整个系统IC均由74系列的相关芯片组成, 故系统只需单一+5V电源。
三端集成稳压器: 选用L7805CV; 变压器: 经过全波整流后7805的输入电压约为U2×1.2; 由于7805的输入电压范围是7V-15V, 采用220V/9V(3W)小型变压器, 则7805的输入电压范围是9×1.2≈11V, 满足7805输入电压的要求。整流桥: 选择2W10/2A桥, C1、 C2、 C3、 C4为滤波电容, C1、 C2 采用电解电容, C1= 1000μF/16V, C2= 1000μF/10V, C3、 C4为高频滤波电容, C3=0.33μF , C4=0.1μF。

电源部分电路图, 见图8。
图8电源部分电路图

图9电源部分PCB图

图10电源部分PCB图3D图
4.4、 控制部分及循环加减计数部分
方案一: 74HC138作为数据分配器。
方案二: 74LS138作为数据分配器。
确定方案: 74LS138作为加减控制器。
74LS138引脚如图11

图11 74LS138引脚图
74LS138逻辑功能表如表2
表2 74LS138逻辑功能表

可逆计数器单元
方案一: 用两块74LS73, 74LS04, 两块74LS08组成异步二进制加减计数器
方案二: 74LS192 TTL 可预置BCD双时钟可逆计数器。
方案三: 74LS191TTL同步加/减计数器
确定方案: 方案三 74LS1901TTL同步加/减计数器
( 1) 集成十进制同步加／减计数器CT74LS191, 逻辑功能示意图见图12。

图12 逻辑功能示意图
为异步置数控制端 为计数控制端
Do-D3为并行数据输入端 Q0-Q3为输出端
为加/减计数方式控制端 /为进位输出/借位输出端
时钟输出端
( 2) 74LS191功能表见表3
表3 4LS191功能表

( 3) 加减计数部分仿真电路如图13

图13 加减计数部分仿真电路

加减计数部分PCB图如图14

图14 加减计数部分PCB图

加减计数部分PCB图3D图如图15

图15 加减计数部分PCB图3D图
5、 总体电路设计图、 工作原理及元器件清单
( 1) 总体仿真电路图如图16

图16 总体仿真电路图
( 2) 总体电路PCB图

图17总体电路PCB图
( 3) 总体电路PCB图3D图如图18

图18总体电路PCB图3D图

( 4) 工作原理介绍:
由单脉冲产生单元产生的计数脉冲送至74LS191的CP端, 做加法时, 190的/端需接地, 经过手动开关S1实现。加法计数当加过9时, 在端将发出一个进位正脉冲, 9再加1按照题目要求应该变成3; 做减法时按照题目要求3减1应该变成9, 在此利用开关S1将预置数据3( 0011) 或9( 1001) 选择一个数据送给191的预置数据端DCBA, 实现的方法是, 将加9后产生的正脉冲反相后与减法时减到2由138译码得到的负脉冲进行或运算送至191的L端, 从而使191进入数据传送状态从而实现3变9
（5） 元器件清单表如表4
表4 元器件清单表

类别
编号
型号及参数
功能及类别

集成电路
U6
74LS00
四2输入端与非门

表4 元器件清单表( 续表)

U4
74LS04
六反相器

U5
74LS138
3-8线译码器

U2
74LS191
BCD同步加/减计数器

U3
74LS48
4线-7段译码器

JP1
7805
三端集成稳压器+5V

电阻
R1~R7
300Ω(1/2W)
碳膜电阻

R8~R9
1KΩ/(1/16W)
碳膜电阻

C1
1000μF/16V
电解电容

C2
1000μF/10V
电解电容

C3
0.33μF
独石电容

C4
0.1μF
独石电容

整流桥
BRIDGE1
2W10/2A

变压器
T
220V/10V( W)

数码管
DS1
LTS547R

开关
S1
按钮开关

S2
按钮开关

6、 仿真电路仿真、 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:
第一次仿真软件, 一些小的使用技巧没有掌握, 经常导致译码显示器不亮。
设计原理都清楚, 一到仿真的时候就会出现问题。
通电检查, 通电后做减法时, 显示数据不确, 可是做加法实现不了到9变回3, 一直从8变3。经过请教老师和去图书馆查阅资料最后明白原来是选择的芯片不对, 把74LS190换为74LS191后问题得到解决。
7、 总结设计电路的特点和方案的优缺点
本方案设计电路的特点是, 除了满足题目要求的指标外, 还应做适当的拓展。
优点: 电路设计比较简明, 易于实现, 有些内容超过了题目要求, 例如, 单脉冲产生部分和电源部分。
缺点: 此电路的实现与设计要求有一定差距, 虽然仿真出来, 可是制作为真实电路存在一定差距, 以后再遇到设计问题, 会从多个角度去考虑。

参考文献
[1]《中国集成电路大全》TTL集成电路 国防工业出版社, 1998
[2]《实用电子电路手册》北京: 高等教育出版社, 1991
[3]《数字电子技术实验指导》河南科技学院,
[4]《电子技术基础 数字部分( 第五版) 》高等教育出版社, 康光华, 1999