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赣南师院物理与电子信息学院集成电路课程设计报告书基于ni multisim计数器设计 姓名： 李永旺 班级： 09电子科学与技术 学号： 090803015 指导老师： 陈建萍 时间： 2012年5月28日 目 录 1.引 言32.设计原理32.1设计要求32.2 设计思路和原理32.3 设计步骤42.3 设计过程53.电路的工作原理73.1计数器计数原理 73.2 译码器的工作原理 83.3共阴数码管器工做原理103.4反馈清零法113.5反馈置数法114.原理图的仿真115.总 结13参考文献141.引言本课程设计是数字逻辑电路知识的简单应用，利用计数器、译码器和与门、或门、与非门等门电路制作一个可变模可逆计数器。通过外部的开关控制，可控制不同模值、不同计数方法的计数，本设计关键在于对计数器、门电路、译码器的运用和个人的逻辑思维。利用计数器计数，通过各种不同的门电路组合构成不同的反馈，从而形成不同的计数规则，最后通过译码器和数码管输出显示。 2.设计原理2.1设计要求：1) 计数模值不少于2种；2) 可实现加计数和减计数；3) 有清零、启动、摸值转换等控制功能；4）用两位数码管显示计数状态。2.2设计思路和原理2.2.1系统框图加减计数反馈 具体芯片的功能表中的预置ttl电源加减脉冲控制电路计数器译码器数码管2.2.2设计思路：1）关于变模的设计思路：变模可用开关控制，通过开关的置1置0，可通过门电路来控制进制模值的变换；2）关于可逆的设计思路：可逆也可用开关控制，通过门电路的组合可控制计数器加减法的脉冲输入，其次，本设计中在做加计数时用的是清零法，做减计数用的是置数法；2.2.3设计步骤：1）设计输入加减计数脉冲控制电路；2）设计十四进制的加减计数：3）设计二十四进制的加减计数；4）解决不同模值和不同计数规则（加计数或减计数）之间的兼容问题（即是使不同的计数过程互不干扰）；5）设计其他附加功能，如，启动、清零等。2.2.4设计过程：1、加减计数脉冲的控制电路设计：1）用单刀双置开关作为加减计数脉冲的控制开关，如图：。2）开n+/-端和信号脉冲输出端如图连接：（其中up/duwn表示加/减法计数时脉冲输入引脚）这样，当加减控制开关置1时，up端输入脉冲信号，而down端输入1，如此，计数器做加法运算；当加减控制开关置0时，up端输入1，down端输入为脉冲信号，这样数器做减法计数；2、十四进制的加减计数设计：1）在做加计数时，先接入加法信号，再将个位计数器的q2端和十位计数器的q0端接到一与门的输入端，再将与门的输出端接到清零端，这样，当记到01000001时便做反馈清零；2）在做减计数时，先置数（将个位计数器的d2和十位计数器的d0都连到14进制的控制开关，其他的预置端全部置零，此时预置数为：0100 0001），再接入减计数脉冲，再将个位计数器的借位端bo和十位计数器的q0接到二输入或门的输入端，再将其输出端接到一个二输入与门的输入端（该与门另一端与14进制的控制开关相接），最后将该与门的输出端接到十位计数器的ld端即可（此时不必再将置数反馈接到个位计数器的ld端，因为当反馈有效时个位刚好减到0），这样，计到00000000时便置初值继续计数。3、二十四进制的加减计数设计：1）在做加计数时，先接入加法信号，再将个位计数器的q2端和十位计数器的q1端接到一与门的输入端，再将与门的输出端接到清零端；2）在做减计数时，先置数（将个位计数器的d2和十位计数器的d1都连到24进制的控制开关，其他的预置端全部置零，此时预置数为：0100 0010），再接入减计数脉冲，再将个位计数器的借位端bo和十位计数器的q0或上q1的输出端接到二输入或门的输入端，再将其输出端十位计数器的ld端即可（此时不必再将置数反馈接到个位计数器的ld端，因为当反馈有效时个位刚好减到0）。4、兼容问题的解决：1）将十位计数器q0或上q1的输出信号与上二十四进制开关的控制信号的输出和十位计数器的q0与上十四进制开关的控制信号的输出相或，再将这个相或之后的信号a与个位计数器的借位端bo相或，其输出信号接个位和十位的置数端ld，这样就解决了减计数时变模问题：2）将上述的a信号和个位计数器的q2相与的输出与上加减控制信号n+/-，最后将此输出端接到两计数器的复位端cr，这样就解决了加减之间的兼容问题（也包含解决了加计数的变模问题）。5、附加功能的设计：1）计数启动暂停的设计，只需将信号源接到单刀单置开关的一端，另一段接到前面提到的clkout端即可控制计数的启动暂停；2）置数功能的设计，只需将电路的加计数反馈信号与置数开关控制信号相或，再将其输出信号接到cr便可。以上便是整个电路设计的具体过程。3.电路的工作原理3.1计数器74ls192的工作原理计数器对输入的时钟脉冲进行技术，来一个cp脉冲计数器状态改变一次。根据计数器循环长度m ,称为模m计数器（m进制计数器）。通常，计数器状态按二进制计数的递增加或递减规律来编码，对应成为加法计数器或减法计数器。一个计数型触发器就是一位二进制计数器。n个计数型触发器就可以构成同步或者异步n位二进制加法计数器或减法计数器。当然，计数器状态编码并非必须按二进制计数的规律编码，可以给m进制计数器任意的编排m个二进制编码。在数字集成产品中，通用的计数器是二进制和十进制计数器，按计数长度、有效时钟控制信号、置位和复位信号的不同有不同的型号。74ls192是同步十进制可逆计数器，其管脚分布为：1d1 2-q1 3-q0 4-cpd 5-cpu 6-q2 7-q3 8-gnd9-d3 10-d2 11-ld 12-co 13-bo 14-cr 15-d0 16-vcc输入输出crldcpucpdd3d2d1d0q3q2q1q01000000dcbadcba011加计数011减计数引脚介绍：cr-复位引脚；ld-预置引脚，低电平有效；bo-借位输出信号脚；co-进位输出信号脚；cpu-加法计数时脉冲输入引脚；cpd-减法计数时脉冲输入引脚；d0d1d2d3-预置法计数时的初值设置引脚，满足8421编码关系；q0q1q2q3-数据输出引脚，满足8421编码关系。计数器74ls192管脚分布图如图（1）图（1） 在设计时序逻辑电路时有两种方法，一种为反馈清零法，另一种为反馈置数法。在本设计中，加法电路应用反馈清零法，减法电路应用反馈置数法。3.2译码器74ls448工作原理 48 为有内部上拉电阻的 bcd七段译码器/驱动器，74ls48 两种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：型号iolvo(off)pd(典型)74ls48 6ma 5.5v 125mw 输出端（ya-yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴vled。当要求输出015时，消隐输入（bi）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输 入(rbi)为高电平或开路。当bi为低电平时，不管其他输入端状态如何，yayg均为低电平。当rbi和地址端（a0-a3）均为低电平，并且灯测试输入端（lt）为高电平时，ya-yg为低电平，脉冲消隐输出（rbo）也变为低电平。当bi为高电平或开路时，lt为低电平可使ya-yg均为高电平。其功能表如下：decimalorfunctionltrbidcbabi/rboabcdefgnote0hhllllhhhhhhhl11hlllhhlhhllll12hllhlhhhlhhlh3hllhhhhhhhllh4hlhllhlhhllhh5hlhlhhhlhhlhh6hlhhlhllhhhhh7hlhhhhhhhllll8hhlllhhhhhhhh9hhllhhhhhllhh10hhlhlhlllhhlh11hhlhhhllhhllh12hhhllhlhlllhh13hhhlhhhllhlhh14h hhhlhlllhhhh15hhhhhhlllllllbillllllll2rbihlllllllllllll3ltlhhhhhhhh4译码器74ls448的管脚分布图如图（2）图（2）3.3 共阴数码管的工作原理原理图如图（4）和图（5） 图（4） 图（5） 共阴数码管的工作原理是：只要给对应的一个管脚高电平，该发光二极管就会亮，如要显示“0”这个字符，则应该对a,b,c,d,e,f这5个管脚输入高电平，则数码管就会显示“0”这个字符，同理也可以点亮其他管脚从而实现不同的字符。把数码管和7448译码器输出端对应的连接后，在地址端输入二进制数字，则会相应的显示出一位十进制数3.4 反馈清零法计数器从零开始计数，每来一个外部脉冲，计数器的输出值加一，计数到预定值后复位（复位端clr）到零，复位法只能做加法计数，需外接芯片形成反馈信号。3.5反馈置数法端口是异步或同步（是不是受时钟控制）来确定，受时钟控制为同步预置；不受时钟控制为异步预置4 原理图的仿真本设计用multisim仿真元件仿真，仿真总图如下：（j1是置零控制开关，j2是加减控制开关，j3是14进制控制开关，j4是24控制开关。）调试仪器：需要用到调试的仪器有：信号源（注意接ttl输出），直流电源（接5v）调试方法和过程1）芯片先不要插上芯片槽，将板子接上电源，用万用表测芯片的管脚，看其电压是否合适芯片工作；2）将芯片正确地插上板子；3）接上信号源。测试结果： 开关sret置高计数器置零；开关n+/-置高做加计数，置低做减置数；开关m14、m24置高分别做14和24进制计数5. 总 结通过本次课程设计，我熟悉的了一个电路设计作品的整个制作过程，现在针对这个制作过程的每一个步骤做如下总结：1） 在电路图设计时要考虑到元器件的使用个数，参考市场价格做出既便宜又能实现设计要求的设计；2） 在画pcb时要注意体现出自己的设计思路和方便腐蚀和焊接；3） 在焊接完检查线路时，可拿出自己的原理图，用原理图对照板子顺着自己的设计思路检查，这样可以保证板子的焊接无误；4） 调试的时候不要急躁，出现问题要分析现象再估计错误，接着验证解决。如，要是电路板不计数，那可能是由于芯片不能正常工作，这时就要对每个芯片进行测量，看其是否都工作在工作电压下；如果是只计数，没有达到原设计的进制计数，那可能是电路的反馈没有起作用，此时则需一步步检查自己的反馈电路除此之外，我认识到了细心的重要和耐心的可贵。本人设计的电路板也是到最后才调试出来，没完就不要放弃，这可以说是成功的关键。参考文献1.绳广基. 数字逻辑电路设计与实验. 上海交通大学出版社 2.黄继昌等. 数字集成电路应用300例. 人民邮电出版社3.李国丽、朱维勇.电子技术实验指导书. 中国科技大学出版社4.阎石. 数字电子技术基础. 高教出版5.吕承启、林其斌电子技术基础实验. 中国科技大学出版社 6. 中国集成电路大全编写委员会.中国集成电路大全ttl集成电路.北京国防工业出版社.19857.周巍,黄雄华 数字逻辑电路实验设计仿真 电子科大出版社赣南师范学院20112012学年第一学期课程设计行政班级