自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)器(真正能實(shí)現(xiàn)自動(dòng))

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目: 自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)器 學(xué) 年： 20132014 學(xué) 期: 1 專 業(yè): 生物醫(yī)學(xué)工程 班 級(jí): 110314 姓 名: 趙亮 學(xué) 號(hào): 20111398 指導(dǎo)教師: 李 磊 日 期: 2014年 1月4日2014年1月10日 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院目 錄第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求31.1 設(shè)計(jì)任務(wù)31.2設(shè)計(jì)要求3第二章 設(shè)計(jì)思想3第三章 單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇及介紹43.1 單次脈沖產(chǎn)生部分43.2 譯碼驅(qū)動(dòng)、顯示電路部分53.3 控制部分及循環(huán)加減計(jì)數(shù)部分8 第四章 系統(tǒng)邏輯框圖.10第五章 系統(tǒng)電路總圖及原理115.1、電路總圖115.2、工

2、作原理11第六章 硬件電路安裝、調(diào)試測(cè)試結(jié)果，出現(xiàn)的問題、原因及解決方法12第七章 總結(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)12 第八章 收獲、體會(huì).13 附錄A 原理總圖14附錄B 元件清單14 設(shè)計(jì)題目：自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)器第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1. 用集成計(jì)數(shù)器實(shí)行39自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)。2. 電路能實(shí)現(xiàn)39加法和39減法循環(huán)計(jì)數(shù)。3. 輸出用數(shù)碼顯示。1.2設(shè)計(jì)要求1. 確定總體設(shè)計(jì)方案畫出總方框圖，劃分各單元電路的功能，并進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫出邏輯圖。2. 選擇元器件型號(hào)。3. 畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。 4. 進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。5. 寫出總結(jié)報(bào)告。第2

3、章 設(shè)計(jì)思想根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為以下幾個(gè)部分，基本思想如下：1、電源部分，由它向整個(gè)系統(tǒng)提供+5V電源。2、單脈沖產(chǎn)生部分：功能是由它產(chǎn)生單個(gè)脈沖，為循環(huán)計(jì)數(shù)部分提供計(jì)數(shù)脈沖。3、譯碼顯示電路部分：計(jì)數(shù)器輸出結(jié)果的數(shù)字顯示。4、加/減控制電路部分：實(shí)現(xiàn)加減循環(huán)計(jì)數(shù)功能由控制部分完成。5、可逆計(jì)數(shù)器部分：完成39的可逆加減循環(huán)計(jì)數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。 加/減控制電路單脈沖產(chǎn)生譯碼顯示電路可逆計(jì)數(shù)器電源 圖1 39加/減可逆自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖第三章 單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇及介紹3.1 單次脈沖產(chǎn)生部分3.1.1、方案論證產(chǎn)生單脈沖的方法有很多，如用集成555定

4、時(shí)器、TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121。74121、74221、74LS221都是不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。屬于可重復(fù)觸發(fā)的觸發(fā)器有74122、74LS122、74123、74LS123等。方案一：用集成555定時(shí)器產(chǎn)生單脈沖，見圖2(a)。 (a) （b） (c)圖2 單脈沖產(chǎn)生電路方案二：用TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121，見圖2(b)。方案三：用74LS00四2輸入與非門與手動(dòng)開關(guān)，見圖2(c)用74LS00中的兩個(gè)與非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，手動(dòng)開關(guān)反復(fù)撥動(dòng)一次，則觸發(fā)器輸出端將產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。確定方案：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，使用555定時(shí)器，能自動(dòng)產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，故采用方案一。3.2

5、 譯碼驅(qū)動(dòng)、顯示電路部分3.2.1、方案論證方案一：采用DCD-HEX4段數(shù)碼管，不需要譯碼器就能直接顯示出結(jié)果。方案二：74LS48 TTL BCD7段譯碼器/內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動(dòng)。采用74LS48不需要外接上拉電阻。確定方案：由于DCD-HEX的價(jià)格較高，且市場(chǎng)上不易購買，故采用74LS48。由于74LS48輸出是高有效，所以顯示數(shù)碼管選用LN05011AH共陰極數(shù)碼管。3.2.2、元器件型號(hào)的選擇及參數(shù)計(jì)算：數(shù)碼管LN05011AH，譯碼/驅(qū)動(dòng)器74LS48；限流電阻的計(jì)算，數(shù)碼管壓降一般為1.82.2V，工作電流1020mA，經(jīng)試驗(yàn)，靜態(tài)顯示時(shí)10 mA亮度相當(dāng)可觀，所以限流電阻R1R7=

6、(5V-2V)/10mA=300,功率為0.012×300=0.03W,故電阻選用R1R7=300（1/16W）。3.2.3、譯碼驅(qū)動(dòng)、顯示電路的設(shè)計(jì)74LS48的引腳見圖3，74LS48的功能表如表1所示，其中，D C B A為8421BCD碼輸入端，ag為 7段譯碼輸出端。 圖3 74LS48引腳圖表1 74LS48引腳功能表七段譯碼驅(qū)動(dòng)器功能表 燈測(cè)試輸入使能端。當(dāng)LT0時(shí)，譯碼器各段輸出均為高電平，顯示器各段亮，因此，LT0可用來檢查74LS48和顯示器的好壞。 動(dòng)態(tài)滅零輸入使能端。在LT1的前提下，當(dāng)/RBI0且輸入BDCA0000時(shí)，譯碼器各段輸出全為低電平，顯示器各段全

7、滅，而當(dāng)輸人數(shù)據(jù)為非零數(shù)碼時(shí)，譯碼器和顯示器正常譯碼和顯示。利用此功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無意義位的零進(jìn)行消隱。 靜態(tài)滅零輸入使能端。只要BI0，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(shí)/BIRBO為輸入使能)。共陰極數(shù)碼管管腳圖見圖4。 圖4 共陰極數(shù)碼管管腳圖3.2.4、譯碼驅(qū)動(dòng)、顯示電路原理圖譯碼驅(qū)動(dòng)、顯示電路原理圖見圖5圖5 譯碼驅(qū)動(dòng)、顯示原理圖3.3 控制部分及循環(huán)加減計(jì)數(shù)部分1、方案論證 方案一：74LS190為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器。 方案二：74LS191 可預(yù)置的4位2進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器。 確定方案：經(jīng)過比較，結(jié)合系統(tǒng)要求，決定采用方案一。2、控制

8、部分及循環(huán)加減計(jì)數(shù)部分的設(shè)計(jì) （1）邏輯功能示意圖 圖6 邏輯功能示意圖（2）190功能表見表2 表2 74LS190功能表（3） 主要邏輯功能。5、經(jīng)過調(diào)試以后，發(fā)現(xiàn)74LS190的輸出端接74LS138譯碼器以后，當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)時(shí)，不能正常的譯出數(shù)字9，而用74LS191則可以實(shí)現(xiàn)，于是又重新設(shè)計(jì)，采用方案二，具體操作如下：（1）集成十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器CT74LS191，邏輯功能示意圖見圖4。 圖7 邏輯功能示意圖LD為異步置數(shù)控制端 CT為計(jì)數(shù)控制端 D0-D3位并行輸入端Q0-Q3為輸出端 U/D為加/減計(jì)數(shù)方式控制端 RC為行波時(shí)鐘輸出端CO/CB為進(jìn)位輸出/借位輸出端 （2）

9、74LS191功能表見表3輸入輸出說明/P CP D3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q00 × × × d3 d2 d1 d0d3 d2 d1 d0并行異步置數(shù)1 0 0 × × × ×加計(jì)數(shù)CO/BI=Q3Q01 0 1 × × × ×減計(jì)數(shù)CO/BI= Q3 Q2 Q1 Q01 1 × × × × × ×保持表3 74LS191功能表 主要邏輯功能：異步置數(shù)功能。 當(dāng)=0時(shí)，與CP無關(guān)，并行輸入數(shù)據(jù)d3d0 被置入。

10、Q3 Q2 Q1 Q0=d3d2 d1 d0。計(jì)數(shù)功能。取=0、=1。 當(dāng)/P=0時(shí)，對(duì)應(yīng)CP脈沖上升沿，十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 當(dāng)/P=1時(shí)，對(duì)應(yīng)CP脈沖上升沿，十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。保持功能。當(dāng)=1時(shí)，計(jì)數(shù)器保持原來的狀態(tài)不變。6、加減自動(dòng)跳轉(zhuǎn)部分：利用與非門組成的SR鎖存器，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到2時(shí)，S=0，R=1，則Q=0，當(dāng)Q端的低電平到達(dá)LD端時(shí)，變?yōu)榧佑?jì)數(shù)，同時(shí)，置數(shù)端置入3。同理，當(dāng)計(jì)數(shù)器加到10時(shí)，S=1，R=0，則Q=1，變?yōu)闇p計(jì)數(shù)，同時(shí)，置數(shù)端置入9，這樣，就實(shí)現(xiàn)了加減的自動(dòng)跳轉(zhuǎn)。第4章 系統(tǒng)邏輯框圖圖8 74LS191加法計(jì)數(shù)說明：由于題目要求加法計(jì)數(shù)從3開始自動(dòng)循環(huán)到9然后再返回到3

11、，所以并行輸入端DCBA=0011，當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出時(shí)1010時(shí)，由于非門以及與非門的作用使LD輸入低電平有效，給計(jì)數(shù)器置數(shù)為0011，再次開始循環(huán)。圖9 74LS191減法計(jì)數(shù)說明：由于題目要求減法計(jì)數(shù)從9開始減到3然后再返回到9，所以并行輸入端DCBA=1001，當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸出0010時(shí)，由于非門以及與非門的作用使LD輸入低電平有效，給計(jì)數(shù)器置數(shù)為1001，再次開始循環(huán)。第5章 電路總圖及原理4.1、電路總圖39可逆自動(dòng)循環(huán)加減計(jì)數(shù)器總體電路見附錄A所示。4.2、工作原理由555定時(shí)器產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖送至74LS191的CP端，由于此時(shí)SR鎖存器的Q端還沒有電平，故D/端相當(dāng)于懸空狀態(tài)，即加計(jì)

12、數(shù)，同時(shí)，置數(shù)端的3置入計(jì)數(shù)器，當(dāng)加過9即加到10時(shí)，若不自動(dòng)跳為減法，則應(yīng)該變成3，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)加減法的自動(dòng)跳轉(zhuǎn)，此時(shí)DCBA=1010通過非門以及雙四輸入與非門以后得到1和0，兩者相與得到0即低電平，送置LD端以后，將計(jì)數(shù)器置數(shù)，而且，上述的高低兩個(gè)電平經(jīng)過SR鎖存器以后得到的高電平剛好能夠使輸入端的數(shù)為9，并且計(jì)數(shù)方式為減計(jì)數(shù)。同理，做減法減到2時(shí)，亦能使LD端得到低電平，同時(shí)使輸入端的數(shù)為3，并且計(jì)數(shù)方式為加計(jì)數(shù)。第六章 硬件電路安裝、調(diào)試測(cè)試結(jié)果，出現(xiàn)的問題、原因及解決方法在安裝調(diào)試過程中，遇到了一定的問題，具體如下：1. 因?yàn)榧訙p法運(yùn)算剛開始置數(shù)不一樣，所以我們經(jīng)過考慮

13、，最開始用開關(guān)來控制輸入端的數(shù)據(jù)以及加法或者減法計(jì)數(shù)；2. 該電路運(yùn)用不熟悉，導(dǎo)致花很長(zhǎng)時(shí)間去尋找各種元器件；3. 通電檢查，通電后做加法時(shí)，數(shù)碼管有反應(yīng)，但顯示數(shù)據(jù)不正確，懷疑是電源或接地有誤，經(jīng)查果然如此，經(jīng)重新調(diào)整，故障排除。第七章 總結(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)本方案設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)是：優(yōu)點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)明，大部分所用知識(shí)都是根據(jù)上課時(shí)的理解，所以易于實(shí)現(xiàn)，并且，在加減循環(huán)部分，沒有使用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的譯碼器，僅由邏輯門就實(shí)現(xiàn)了想要的功能，不僅節(jié)省了成本，還學(xué)會(huì)了創(chuàng)新。缺點(diǎn)：由于我們的知識(shí)水平有限，此電路的實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)要求有些許差距，在以后的學(xué)習(xí)過程中，我們要學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識(shí)，以彌補(bǔ)我

14、們的缺陷。 第八章 收獲、體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)，使我收獲很大；初步掌握電子電路的計(jì)算，掌握了一點(diǎn)數(shù)字電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的電路設(shè)計(jì)能力。同時(shí)學(xué)會(huì)了如何通過網(wǎng)絡(luò)資源、書刊、教材及相關(guān)的專用手冊(cè)等來查閱所需資料。熟悉了常用電子器件的類型和特性并初步學(xué)會(huì)了怎樣合理地選用。初步掌握了普通電子電路的安裝、布線、調(diào)試等基本技能。提高了綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)來獨(dú)立分析和解決問題的能力。進(jìn)一步熟悉了電子儀器的正確使用方法。學(xué)會(huì)了如何撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。培養(yǎng)自己嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和踏實(shí)細(xì)致的工作作風(fēng)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程從一開始不知所措到上網(wǎng)查找資料并結(jié)合已經(jīng)學(xué)到的理論知識(shí)設(shè)計(jì)電路，再到通過Multisim仿真軟件仿真，查找到設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不足，完善電路功能，以及在惡劣的嚴(yán)寒天氣中多次前往電子大樓購買元器件，最后焊接和安裝、調(diào)試，遇到了不少的困難，但是通過老師的精心指導(dǎo)和自己的刻苦努力，都一一克服了，雖然結(jié)果不是完全正確，但是通過這次課程設(shè)計(jì)，在過程中我學(xué)到了很多，理解了電子電路的普遍性與重要性，可謂是感觸頗深，受益匪淺。參考文獻(xiàn)1中國(guó)集成電路大全TTL集成電路 國(guó)防工業(yè)出版社，19852實(shí)用電子電路手冊(cè)北京：高等教育出版社，19913數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及課題設(shè)計(jì)北京：高等教育出版社，19954魏立君，韓華琦.COMS4000系列60種常用集成電路的應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，