电路课程设计3~9自动循环计数器

一、设计任务：

       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.  输出用数码显示。

二、总体设计思想： 

根据题目要求，系统可以划分为以下几个部分，基本思想如下：

1、电源部分，由它向整个系统提供+5V电源。

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、译码显示电路部分：计数器输出结果的数字显示。

4、加/减控制电路部分：实现加或减循环计数功能由控制部分完成。

5、可逆计数器部分：完成3~9的可逆加或减循环计数。

系统设计方框图如图1所示。

图1    3~9加/减可逆自动循环计数器系统设计方框图

三、各个单元逻辑电路及其工作原理

3.1、译码显示电路：

1、方案论证

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。采用74LS48不需要外接电阻。

确定方案：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，需要外接一个200欧姆的电阻。

2、译码显示电路的设计

74LS47的引脚见图2，74LS47的功能表如表1所示，其中，A0, A1, A2,A3为七段译码器的输入端，a—g为7段译码输出端。

图2  74LS47引脚图

表1      74LS47引脚功能表—七段译码驱动器功能表

（2）：灭灯输入端。  只要BI＝0，无论A0A1A2A3为何状态，输出均为1，七段全灭，无显示。

（3）：灭零输入端。在/LT＝1的前提下，当/RBI＝0且输入A0A1A2A3＝0000时，译码器各段输出全为高电平，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输出，显示“0”。利用此功能可以实现对无效零进行消隐。

数码管显示原理见图3。

图3   数码管显示原理

3.2、加/减控制电路

1、方案论证

方案一：74LS191 TTL为4位二进制同步加/减计数器。

方案二：74LS190 TTL BCD同步加/减计数器。

方案三：74LS192 TTL 可预置BCD双时钟可逆计数器。

方案四：74193 TTL 可预置四位二进制双时钟可逆计数器。

确定方案：经过比较，结合系统要求，决定采用方案三。

2、控制部分及循环加减计数部分的设计

同步十进制可逆计数器CT74LS192，逻辑功能示意图见图4。

逻辑功能示意图： 

拐角3,2,6,7：数据输入端                  拐角15,1,10,9：数据输出端

拐角12,13：悬空 拐角11：控制置数端

拐角14：清零端 拐角4,5：双时钟

图4     逻辑功能示意图  

 3、74LS192功能表：

表2功能表

  4、74LS192主要逻辑功能：

（1）异步置数：CR=0,/LD=0, QA  QB  QC  QD= A  B  C  D

（2）加计数：CR=0,/LD=1, CPu=CP, CPd=1, QA  QB  QC  QD按加法计数

（3）减计数：CR=0,/LD=1, CPu=1, CPd=CP, QA  QB  QC  QD按减法计数

5、课程设计答辩完后，发现用74LS190来实现更为简便，于是又重新设计，采用方案二，具体操作如下：

（1）集成十进制同步加／减计数器CT74LS190，逻辑功能示意图见图5。

图5     逻辑功能示意图

（2）74LS190功能表见表3

   表3功能表

⑶ 主要逻辑功能。

采用方案二，只需再加一个JK触发器控制74LS190加减计数翻转就可以了；

四、系统逻辑框图

3~9加法计数：

3~9减法计数：

五、 总体电路设计图：

1、74Ls190:

      2、工作原理：

由单脉冲产生单元产生的计数脉冲送至74LS190的CP端，做加法时，190的D/端需接地，通过手动开关S2实现。加法计数当加过9时，在CC/CR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74LS298双4位2选一数据选择器将预置数据3（0011）或9（1001）选择一个数据送给190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298的CLK端，CLK将预置的无论加或减的预置数0011或1001数据送至190的与之数据端，298的WS端为数据选则端，即WS=1选0011加法预置数，WS=0选1001减法预置数。

2、74Ls192：

五、 仿真电路安装、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：

1、由于仿真软件第一次使用，一些小的使用技巧没有掌握，经常导致译码显示器不亮。2、设计原理都清楚，一到仿真的时候就会出现问题。

3、通电检查，通电后做加法时，数码管又反应，但显示数据不正确，怀疑是电源或接地有误，经查果然如此，经重新调整，故障排除。

六、 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，还补充了电源设计。

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，以后再遇到设计问题，会从多个角度去考虑。

八、 收获、体会

通过这次课程设计，是我收获很大；初步掌握电子电路的计算，掌握了一点数字电路的一般设计方法，具备初步的电路设计能力。同时学会了如何通过网络资源、书刊、教材及相关的专用手册等来查阅所需资料。熟悉了常用电子器件的类型和特性并初步学会了怎样合理地选用。初步掌握了普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。提高了综合运用所学的理论知识来分析和解决问题的能力。进一步熟悉了电子仪器的正确使用方法。学会了如何撰写课程设计总结报告。培养自己严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。

    整个设计过程从一开始不知所云到现在能动手设计和安装、调试，遇到了不少的困难，但是通过老师的精心指导和自己的刻苦努力，都一一克服了，是我深深体会到，要想将来成为一名国家的合格建设者和栋梁，需要脚踏实地，刻苦学习、努力钻研、勇攀高峰，同时也从中体会到了成功的快乐，在这里，我要向辛苦耕耘的老师说一声：老师您辛苦了，非常感谢您-----敬爱的老师！

九、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，1985

[2]《实用电子电路手册》北京：高等教育出版社，1991

[3]《数字电子技术实验及课题设计》北京：高等教育出版社，1995

[4]魏立君，韩华琦.COMS4000系列60种常用集成电路的应用.北京：人民邮电出版社，1993