计数器设计报告

摘要：计数器是通过对脉冲进行技数得出脉冲通过的个数，又经过译码器将得到的数值通过数码管显现，从而实现了计数器的功能。本文主要介绍计数器、BCD译码器、七段数码管以及相应的操作键。主要部分分为三个部分，即计数器、BCD译码器和显示部分这么三个主要部分电路。计数器部分主要采用了74LS160可预置BCD异步清除计数器。BCD译码器选用了74LS47的BCD-7段高有效译码/驱动器。至于显示部分就用了七段共阳数码管来显示相应的数字。整个电路操作简单、容易理解、有助于更好地理解电子计数设备，锻炼独立学习和自学的能力。关键字：计数器译码器七段数码管第一章总体方案设计1.1整体方案论证整个课程设计要求我们设计三个部分：计数器、BCD译码器、七段数码管，系统原理方框图如图1所示。根据设计任务指出的要求，我们照旧设计出相应的3个基本原理图：①计数部分原理图；②译码部分原理图；③显示部分电路图。整个系统通过计算脉冲进入的个数，在计数器电路中进行计数，将得出的信息传递给下一级电路译码电路，对所得的二进制数据转变为一个十进制的数字并驱动显示部分电路工作，即对七段数码管接通相应的管脚电流。如此一来，整个电路简洁明了，对操作者的技术要求单一，成功率高，同时，项目具有可实施性、普遍性。1.2单个部分电路的论证1.2.1计数器原理图：2方案一：运用74LS160可预置BCD异步清除计数器，通过脉冲输入端不断地输入脉冲以及其他辅助电路的相应配合实现对脉冲进行计数，达到计数器的标志。整个电路设计简明，可操作性强，适合整个项目来完成。方案二：运用另一个任务中给予的计数器——74LS161。对于74LS161整个原理与方案一中的74LS160大致相同，几乎两个电路是通用的。然而74LS161是一个十六进制的计数器，对于本次项目的十进制计数器还是要有一定的改变和增加相应的电路，相比74LS160来说要复杂的多。方案三：运用项目中最后一个计数器74LS192，对于现在的加法计数器来说，74LS192这个可逆计数器来说，多少有点浪费了，它的可逆计数器在这里发挥不了什么，而且还会影响到电路的设计和焊接，使得整个电路的完成带来不便。通过三个方案的比较，最终还是选择方案一。1.2.2译码器电路的论证：方案一：运用74LS47这种BCD-7段高有效译码/驱动器，将上面的计数器的计数结果传递给该译码器，使得将二进制转化为要求中的十进制计数器。整个电路设计简明方便，容易理解，是一个很好的选择方案。方案二：运用其他译码/驱动器进行转化。由于项目给定了核心器件表如表1，在整个核心器件表中就只有一个74LS47BCD-7段高有效译码/驱动器。因此，其他器件根本不用考虑。74LS161可预置四位二进制异步清除计数器74LS322输入端四或门74LS74双上升沿D触发器74LS082输入端四与门74LS47BCD-7段高有效译码/驱动器74LS204输入端双与非门74LS002输入端四与非门74LS160可预置BCD异步清除计数器74LS022输入端四或非门NE555555电路74LS04六反相器74LS192可预置BCD双时钟可逆计数器74LS14六反相施密特触发器其他1N4148、1N4007、按键开关、拨码开关、电阻、电容、电位器、通用版、导线等表1通过论证，只能选择方案一。1.2.3显示电路方案一：选用液晶显示，通过单片机驱动控制显示计数器的计数结果，整个显示电路复杂，线路较多，焊接繁杂，工作量较大。又由于核心器件表1中并没有给予我们液晶显示这个器件。方案二：选择74LS47BCD-7段高有效译码/驱动器来显示整个结果。采用共阳极的接法，实现对0-9的显示。这样一来符合任务要求，电路也变得简单明了。通过选择比较，方案二适合这个项目。1.3方案的综合通过三个部分的电路方案选择，最终选定了各自的方案，由此三个部分相互配合形成了整个计数器。从计数器到译码器再到显示器，完成了最后的项目。3第二章单元模块设计2.1各个单元基本电路设计及其电路分析计算整个项目大致要我们实现自动计数功能，同时又具有手动技术脉冲输入按键。计数器具有预置功能，能预置0-9十个数，又能复位清零功能，同时也有进位指示功能。2.1.1计数器的设计与分析：计数器设计电路如图2所示，计数器首先满足了预置功能，通过控制P0-P3实现了此项功能。具体是通过拨码开关S3，当开关处于打开状态则P口处于高电平，即P口被置于二进制1。当开关处于关闭状态，P口直接接地，则P口置于低电平，即被置于二进制0。由P3、P2、P1、P0这么四位二进制来表示出一位十进制数字，实现了预置功能。图2计数器按键开关S4控制着74LS160的1号管脚是否接地，当按键开关按下时，1号脚被置于低电平，则整个电路复位，实现电路的要求达到复位清零功能。4图3按键功能按键S2通过一个或非门74LS02共同作用来满足按键控制计数的要求，每按一次，对应的计数器计数一次，完成整个计数过程。当计数器到达9时，计数器溢出，开始进位，这时溢出的电路开始工作如图4所示。由一个发光二极管作指示灯，由一个与非门74LS00控制完成。图4溢出2.1.2译码器的电路设计与分析：由前面的计数器传过4位二进制进入译码器进行转换成十进制驱动后面的显示设备，具体电路如图5所示。图5译码器53、4、5管脚都被置于高电平，具体功能见下文具体元件的参数。2.1.3显示电路设计及分析：通过7个排阻串联一个7段数码管，采用共阳接入如图6所示。图6七段数码管具体工作情况是当译码器相应管脚被置于低电平时，数码管被通电，经过330Ω的电阻进行限流，防止数码管工作发热烧坏。3.2主要元件的介绍计数器(74LS160)是一个结构简单，操作方便的元件，74LS160十进制同步计数器（异步清除）简要说明：160为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160和54/74LS160两种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：型号FMAXPDCT54160/CT7416032MHz305mWCT54LS160/CT74LS16032MHz93mW160的清除端是异步的。当清除端/MR为低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功能。160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0－Q3与数据输入端P0－P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0－Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74160，只有当CP为高电平时，CEP、CET才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。6在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。对于54/74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。管脚图：引出端符号：TC进位输出端CEP计数控制端Q0－Q3输出端CET计数控制端CP时钟输入端（上升沿有效）/MR异步清除输入端（低电平有效）/PE同步并行置入控制端（低电平有效）功能表：说明：H－高电平L－低电平X－任意极限值电源电压------------------------------------------------7V输入电压54/74160-----------------------------------------5.5V54/74LS160---------------------------------------7VCEP与CET间电压54/74160-----------------------------------------5.5V7工作环境温度54×××------------------------------－55～125℃74×××------------------------------------0～70℃贮存温度--------------------------------------－65～150℃具体参数如表2所示：表274LS160译码器（74LS47）是BCD-7段译码器/驱动器是数字集成电路，用于将BCD码转化成数码块中的数字，然后我们就能看到从0-9的数字。译码器原理（74LS47）译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。表2输入输出显示数字符号LT(——)RBI(——-)A3A2A1A0BI(—)/RBO(———)a(—)b(—)c(—)d(—)e(—)f(—)g(—)1100001000000101X000111001111181X00101001001021X00111000011031X01001100110041X01011010010051X01101110000061X01111000111171X10001000000081X1001100011009XXXXXX01111111熄灭10000001111111熄灭0XXXXX100000008(1)LT(——)：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT(——)=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。(2)BI(—)：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。BI(—)=0时。不论LT(——)和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。(3)RBI(——-)：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI(——-)=0作用下，使译码器输出全为高电平。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。(4)RBO(———)：灭零输出，它和灭灯输入BI(—)共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。第三章系统调试3.1自动计数功能：3.1.1通过实验测得数据如表3所示：CPA3A2A1AO数码管数值000000100011200102300113401004501015601106701117810008910019表2实验数据表3.1.2实验按键功能测得结果如表4所示：按键（次）A3A2A1AO数码管数值00000091000112001023001134010045010156011067011178100089100193.1.3其他功能：通过按键进行清零，每当按键键入，数码管的值马上出现0，进行复位。当数码管显示为9时候，发光二极管发光进行指示表明计数器溢出了。四心得体会通过这次设计使我懂得了理论知识和实践相结合是很重要的，是有理论知识是远远不够的，只有吧理论知识和实践结合起来，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。在设计过程中遇到的问题，可以说是困难重重，同时在设计过程收红发现了自己很多的不足之处，对之前所学的理论知识掌握的不牢固。通过这次设计弥补了我之前的不足，对我自身是很有帮助的！参考文献【1】《实用电子电路手册（数字电路分册）》编写组编实用电子电路手册（数字电路分册）北京：人民教育出版社，1992【2】郁汉琪数字电子技术实验及课题设计北京：高等教育出版社1995【3】彭介华主编电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社1997