数字电路课程设计：自动循环计数器与灯光显示电路..

数字电子技术数字电子技术 课程设计报告课程设计报告 题 目 自动循环计数器与灯光显示电路 专 业 电气与电子工程学院自动化专业 班 级 110302 班 姓 名 杨东昆 20110899 2014 年 1 月 目 录 一 设计内容及具体要求 二 设计思想与系统方案 三 单元电路的设计 参数计算 器件选择及介绍 一 单脉冲产生部分 二 译码驱动显示部分 三 控制部分及循环加减计数部分 四 灯光显示电路 四 总体电路设计图 工作原理及元器件清单 五 硬件电路安装 调试测试结果 出现的问题 原因及解决方法 六 总结与体会 七 参考文献 设计题目 自动循环计数器与灯光显示电路设计题目 自动循环计数器与灯光显示电路 一 设计内容及具体要求 1 设计任务 1 电路能实现 3 9 加法和 3 9 减法循环计数 2 三个彩灯红 绿 黄循环显示 彩灯显示状态表如下表所示 CLKRGY 0000 1001 2010 3100 4111 5100 6 010 7001 二 设计思想与系统方案 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 自动循环计数器 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 加 减控制电路 单脉冲产生 译码显示电路 可逆计数器 电源 图 1 3 9 加 减可逆自动循环计数器系统设计方框图 说明 由于本次课设为两个题目叠加而成 为了实现电路的灯光显示功能本次 课设的实际作品中将只显示 0 7 自动循环计数 2 灯光显示电路 根据彩灯显示的状态表分析 该电路由信号发生 计数器 显示译码器模 块 显示驱动电路构成 信号产生的脉冲作用于计算器 计数器实现 000 111 状态的输出 显示译码模块将计数器的输出转换成彩灯显示状态 由发光二极 管显示输出 彩灯显示电路框图如图所示 计算器 显示译码器 显示驱动 三 单元电路的设计 参数计算 器件选择及介绍 三 单元电路的设计 参数计算 器件选择及介绍 一 一 脉冲产生部分脉冲产生部分 555 定时器多谐振荡器如图所示 由于接通电源瞬间 电容 C 来不及充电 电容器两端电压 Uc 为低电平 小于 1 3 Vcc 故高电平触发端与低电平触发端均为低电平 输出 Uo 为高电 平 放电管 VT 截止 这时 电源经 R1 R2 对电容 C 充电 使电压 Uc 按指数 规律上升 当 Uc 上升到 2 3 Vcc 时 输出 Uo 为低电平 放电管 VT 导通 把 Uc 从 1 3 Vcc 上升到 2 3 Vcc 这段时间内电路的状态称为第一暂稳态 其维持时间的长短与电容的充电时间有关 PH T 由于放电管 VT 导通 电容 C 通过电阻 R2 和放电管放电 电路进人第二 暂稳态 其维持时间的长短与电容的放电时间有关 随着 C 的放电 Uc 下 PL T 降 当 Uc 下降到 1 3 Vcc 时 输出 Uo 为高电平 放电管 VT 截止 Vcc 再 次对电容 C 充电 电路又翻转到第一暂稳态 所以 接通电源后 电路就在两 个暂稳态之间来回翻转 则输出可得矩形波 电路一旦起振后 uc 电压总是在 1 3 2 3 Vcc 之间变化 工作波形如下 振荡周期 T T1 T2 T1为电容充电时间 T2为电容放电时间 充电时间 T1 0 7 R1 R2 C 放电时间 T2 0 7R2C 频率 f 1 T 二 二 译码驱动显示部分 译码驱动显示部分 1 方案论证 方案一 采用 74LS47 TTL BCD 7 段高有效译码 驱动器 数码管需选用 共阳极数码管 方案二 74LS48 TTL BCD 7 段译码器 内部上拉输出驱动 采用 74LS48 不需要外接上拉电阻 确定方案 故采用 74LS48 由于 74LS48 输出是高有效 所以显示数码管 选用 LTS547R 共阴极数码管 2 元器件型号的选择及参数计算 数码管 LTS547R 译码 驱动器 74LS48 限流电阻的计算 数码管压降一 般为 1 8 2 2V 工作电流 10 20mA 经试验 静态显示时 10 mA 亮度相当可观 所以限流电阻 R1 R7 5V 2V 10mA 300 功率为 0 012 300 0 03W 故电阻 选用 R1 R7 300 1 16W 3 译码驱动 显示电路的设计 74LS48 的引脚见图 4 74LS48 的功能表如表 1 所示 其中 D C B A 为 8421BCD 码输入端 a g 为 7 段译码输出端 灯测试输入使能端 当 LT 0 时 译码器各段输出均为高电平 显示器LT LT 0 可用来检查 74LS48 和显示器的好坏 动态灭零输入使能端 在 LT 1 的前提下 当 RBI 0 且输入RBI BDCA 000 时 译码器各段输出全为低电平 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译码和显示 利用此功能可以实现对无意 义位的零进行消隐 静态灭零输入使能端 只要 BI 0 不论输入 BDCA 为何种电平 译码器BI 4 段输出全为低电平 显示器灭灯 此时 BI RBO 为输入使能 动态灭零输出端 在不使用功能时 BI RBO 为输出使能 该端主要RBOBI 用于多个译码器级联时 实现对无意义的零进行消隐 实现整数位的零消隐是 将高位的 RBO 接到相邻低位的 RBI 实现小数位的零消隐是将低位的 RBO 接 到相邻高位 RBI 7 4 L S 4 8 6 2 1 7 3 5 4 D C B A LT RBI BI RBO 14 15 9 10 11 12 13 16 8 g f e d c b a VCC GND 10 9 1 2 4 6 7 5 g f e d c b a dp R1 R7 300 3 8 5V 三 三 控制部分及循环加减计数部分 控制部分及循环加减计数部分 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 决定采用方案二 2 控制部分及循环加减计数部分的设计 集成十进制同步加 减计数器 CT74LS190 逻辑功能示意图见图 7 图 7 逻辑功能示意图见 2 190 功能表见表 2 表 2 74LS190 功能表 主要逻辑功能 四 显示驱动电路 1 74LS138 译码器 138 为 3 线 8 线译码器 译码器是将每个输入的二进制代码译成对应的输 出高 低电平信号或另外一个代码 以下是 74LS138 的逻辑图 当一个选通端 G1 为高电平 另两个选通端 G2A 和 G2B 为低电平 时 可将地址端 A B C 的二进制编码在一个对应的输出端以低电平 反码 译出 在本实验电路中 将计数器 74LS160 的输出端的信号作为译码器的输入信 号 G1 接入高电平 G1 G2 接入低电平 译码器处在工作状态 A B C地址输入端对 应着一个输出 Yi 译码器的输出信号将转化为驱动灯管发光的信号 译码器的输出每次只能 有一个状态 通过一个与非门可以达到输出的循环显示 U1 Y1Y4Y7 U2 Y2Y4Y6 U3 Y3Y4Y5 四 总体电路设计图 工作原理及元器件清单 1 总体电路图 2 器件清单 5V电源 1 个 50K 滑动变阻器 1 个 50K 电阻 1 个 0 01uF 电容 1 个 1uF 电容 1 个 555 定时器多谐振荡器 1 个 74LS190 计算器 1 个 74LS138 译码器 1 个 74LS10 与非门 4 个 74LS112 触发器 1 个 LED 红 黄 绿 各 1 个 导线若干 五 五 硬件电路安装 调试测试结果 出现的问题 原因及解决方法硬件电路安装 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 通电检查 通电后数码管又反应 无数据显示 怀疑是 190 焊接有误 经查果然如此 经重新调整 故障排除 2 仿真中 由于多谐振荡器设计不够合理 使得振荡频率过高 采用加大 电阻的解决办法 不过效果不够明显 3 我们使电平信号从最初 0000 到最终的 0111 一次循环下去 即三个 led 灯的三个亮灭情况按二进制变换情况而变化 仿真结果分析验证了我们组 设计电路的正确性 六 总结与体会 在这短暂的几天时间里 我们进行了数电课程设计 课程设计是我们专业 课程知识综合应用的实践练习 是我们将理论知识应用到实践的一次机会 通 过这次课程设计 加深我们对该课程的一些理论的理解和应用 是对课程的一 次综合性学习 由于刚刚结束了数电课程考试 对一些理论的知识印象都还很深刻 运用 起来也还很得心应手 我们这次的选题很接近生活 灯光在我们的日常生活中 已经是不可缺少的一部分了 如果没有灯光在夜晚的照明 我们的生活中将会 有很多的不方便的时候 课程设计真的很磨练我们的意志 刚开始的时候 拿着仿真软件却不会用 大家在一起讨论 慢慢地摸索出来了 在设计的过程中 我们参看教材和相关 书目 也在网上