数字电子技术基础课程设计报告

I三位显示计数系统摘要本电路主要由四个模块构成：秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路和控制电路，主要采用555作为振荡电路,由74LS192、74LS48和七段共阴LED数码管构成计时显示电路,具有计时器直控制电路直接控制计数器启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示等功能。当按下控制电路的启动开关时，在数码管上显示数字000，每当一个秒脉冲信号输入到计数器时，数码管上的数字就会自动加1，当计时器递增到9分59秒时，重新回到0分00秒，如此循环。关键词：计数器；译码显示电路；控制电路；三位显示计数系统贺州学院课程设计报告11设计要求及方案选择1.1设计要求三位显示计数是一种用数字显示的计时装置。三位显示计数由以下几部分组成：秒脉冲发生器；十进制的秒十位计数器、六进制的秒个位计数器和十进制的分计数器；秒十位、秒个位、分的数码显示部分；连续脉冲电路等。用中小规模集成电路设计一台能显示时、分、秒的多功能数字钟，具体要求如下：1．计数系统可以计时，并且可以控制。2．要求精确到秒，有复位功能。3．最大计时为9分59秒。1.2设计总体思路1.2.1主电路用3个7段数码管显示时间，3块74LS192同步加减计数器实现计时功能，时钟脉冲用555定时电路产生秒脉冲，1块74LS76实现清零和启停功能。1.2.2控制电路按下清零按钮后，使74LS192的清零端为高电平，使其清零。按下暂停/继续按钮后，使74LS192的CP端为高电平，不再有上升沿输入，使其保持之前的数据不变，再次按下按钮后，74LS192的CP端为低电平，当下一个高电平输入时，将有上升沿，使74LS192计数，从而实现暂停/继续功能。1.3基本原理及框图1.3.1基本原理开机启动后，给第3块74LS192一个信号，当上升沿到来时，74LS192的输出端输出加1，直到输出为9时，产生进位信号，送到第2块74LS192的UP端，直到第2块贺州学院课程设计报告274LS192的输出为6时，使其置数为0，同时给第一块74LS192的UP端一个信号使其输出加1，循环进行。1.3.2设计整体框图图1-1三位数字显示的计时系统设计框图2理论分析与设计2.160进制计数器的分析及设计根据设计要求，本设计需要实现6进制递增和10进制递增功能，所以本设计采用十进制同步加法计数，因此使用74LS192来实现计数功能。十进制可逆计数器74LS192引脚排列及逻辑符号如图2-1（a）、（b）所示，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。（a）引脚排列(b)逻辑符号贺州学院课程设计报告3图2-174LS192的引脚排列及逻辑符号图中：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。其功能表如下所示：表一74LS192功能表输入输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××dcbadcba01↑1××××加计数011↓××××减计数在本次设计中，秒的个位是10进制递增所以不用重新设计，但是秒的十位是6进制递增的，所以最终设计如下图所示：图2-2计数器显示电路图2.2数码显示译码器的分析及设计因为在现实中我买不到仿真电路中的4个管脚的数码管，所以我使用74LS48译码器来驱动10个管脚的共阴极数码显示管。74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，。74LS48的功能表如表二所示。贺州学院课程设计报告4表二74LS48的功能表输入输出字形数字LTRBIDCBABI/RBOabcdefg012345678911111111111XXXXXXXXX0000000100100011010001010110011110001001111111111111111101100000110110111110010110011101101110111111110000111111111110110123456789消隐脉冲消隐灯测试X10X0XXXXX0000XXXX0010000000000000011111118所以仿真电路中的数码管显示电路部分改成如下:图2-3数码管显示电路七段数码显示管的引脚图如图2-4(a)所示，其中3脚和8脚相连为公共端，在电路中接地，6脚为小数点引脚，设计中不需要对其处理。由此可画出它的封装图。贺州学院课程设计报告5(a)引脚图(b)封装图图2-4七段数码显示管2.3秒脉冲电路的分析及设计555组成多谐振荡器输出秒脉冲，工作原理如下：接通电源Vcc后，Vcc经电阻R1和R2对电容C充电，其电压Uc由0按指数规律上升。当Uc≥2/3Vcc时，电压比较器C1和C2的输出分别为Uc1=0、Uc2=1，基本RS触发器被置0，Q=0，Q=1，输出U0跃到低电平U01.与此同时，放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。随着电容C放电，uc下降到Uc≤1/3Vcc时，则电压比较器C1和C2的输出为Uc1=1、Uc2=0，基本RS触发器被置1，Q=1，Q=0，输出u0由低电平U01跃到高电平U0h。同时，因Q=0，放电管V截止，电源Vcc又经过电阻R1和R2对电容充电。电路又返回前一个暂稳态。因此，电容C上的电压Uc将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输了矩形脉冲。多谐振荡器的振荡周期T为：T=0.7（R1+R2）C振荡频率f为：CRR)21(7.01=1/T=f用555组成多谐振荡器输出秒脉冲电路，其电路图如图2-5所示：贺州学院课程设计报告6图2-5秒脉冲电路图2.4控制开关电路的分析及设计电路图如图1-5所示，74LS76的Q(14端子)接计数器74LS192的清零端（MR端），按下清零按钮后，Q端由0Q变为1Q，从而使计数器的MR=1，使计数器清零。74LS76的Q端（11端子）接到与非门的一端，按下启动/停止键，Q端由Q=0变为Q=1，脉冲得以通过，即启动作用，再次按下启动/停止键，Q端由Q=1变为Q=0，此时脉冲不能通过，即起暂停的作用。图2-6控制电路图贺州学院课程设计报告73电路设计3.1仿真图图3-1电路仿真图贺州学院课程设计报告83.2原理图图3-2电路原理图图3-3电路PCB图5总结通过这次课程设计，我加深了对《数字电子技术基础》的了解。以前的学习只是停留在理论上，这次实践确实收获不少。首先是对芯片功能了解的加深。因为在网上到的只是要求相似的设计，关没有完全相同的，这就要求对计数芯片的熟悉和灵活应用才能做出完全符合要求的设计。为了这一目标我复习了《数字电子技术基础》来重新熟悉他们，通过反复仿真设计后获得了初步效果。也让我熟悉各种芯片的功能，特别是74LS192的功能和应用。其次是对Protelet和Proteus软件的熟练操作。在论证阶段为了得到预期的效果后，反复地对电路进行修改和仿真，这就让我能更熟练地操作Proteus仿真软件。而制作PCB过程中，好多元件在元件库中并没有，所以通过自己画封装和手工布线加强了对Protelet的掌握。再次是对硬件制作和检查故障能力的提高。虽然已经不是第一次制作电路板了，但是在制作过程中也要技巧，腐蚀完后最好能用万用表检查是否有短路或者断路，因为有些短路或者断路用肉眼是不容易看出来的。在设计的作品遇到故障后要善于和用课本的理论来分析才能更快地找出并解决问题。贺州学院课程设计报告9这次设计之后，我认识到自己只有在实践中才能真正的了解电路，了解自己的知识掌握程度，加深对知识的理解程度。6元件列表表四元件列表元件封装规格数量555DIP-8174LS00DIP-14274LS04DIP-14274LS76DIP-16274LS48DIP-16374LS192DIP-163数码管7DUAN3电阻AXIAL0.348K/10K1/1电容RAD0.10.1u/10u1/1按键开关KAIGUAN2参考文献[1]阎石．《数字电子技术基础（第五版）》[M]．北京：高等教育出版社，2005[2]王春兴．《电子技术实验教程》[M]．山东大学出版社，2005[3]夏路易、石宗义．《电路原理图与电路板设计教程protel99se》[M]．北京：北京希望电子出版社[4]徐爱钧．《单片机原理实用教程——基于Proteus虚拟仿真》[M]．电子工业出版社，2009[5]江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计[M].机械工业出版社，2007[6]童诗白．《模拟电子技术基础（第二版）》[M]．北京：高等教育出版社，1988物理