数字电子技术课程设计.doc

目 录一、设计目的.二、内容及要求.三、设计思想.四、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍.（一）、 电源部分.（二）、 单脉冲产生部分.（三）、译码驱动显示部分（四）、控制部分及循环加减计数部分五、总体电路设计图、工作原理及元器件清单六、 硬件电路安装、调试测试结果，出现的问题、原因及解决方法七、 总结设计电路的特点和方案的优缺点八、 收获、体会九、参考文献.设计题目：自动循环计数器一、设计目的：1.熟练掌握计数器的应用。2.加深对加减循环计数和显示电路的理解。二、内容及要求：1. 用集成计数器实行39自动循环计数。2. 电路能实现39加法和39减法循环计数。3. 输出用数码显示。根据功能要求构建总体设计思想，比较和选定设计的系统方案，确定整个电路的组成以及各单元电路完成的功能，画出系统框图。三、设计思想： 根据功能要求构建总体设计思想，按照题目要求，系统可以划分为以下各单元部分；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、译码驱动显示部分：计数输出结果送至译码驱动显示部分。4、控制部分：实现加或减循环计数功能由控制部分完成。5、计数部分：完成BCD码39的可逆加或减循环计数。系统方框图如图1所示。图1 39加/减可逆自动循环计数器系统方框图四、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍： （一）、 电源部分直流稳压电源主要由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。1、方案论证方案一：采用稳压二极管稳压，主要优点是简单；缺点是稳压二极管的稳压值离散性较大，限流电阻的阻值和功率计算比较繁琐。方案二：采用三端集成稳压器，三端集成稳压器系列齐全，稳压效果好，性能可靠，使用也非常方便。确定方案：比较方案一和方案二，决定采用方案二。2、元器件型号的选择及参数计算：整个系统IC均由74系列的相关芯片组成，故系统只需单一+5V电源。三端集成稳压器：选用L7805CV；变压器：经过全波整流后7805的输入电压约为U21.2；由于7805的输入电压范围是7V-15V，采用220V/9V(3W)小型变压器，则7805的输入电压范围是91.211V，满足7805输入电压的要求。整流桥：选择2W10/2A桥； C1、C2、C3、C4为滤波电容，C1、C2 采用电解电容，C1= 1000F/16V，C2= 1000F/10V，C3、C4为高频滤波电容，C3=0.33F ，C4=0.1F。3、电源部分原理图，见图2。图2 电源部分原理图（二）、 单脉冲产生部分1、方案论证产生单脉冲的方法有很多，如用集成555定时器、TTL集成单稳态触发器74LS121。74121、74221、74LS221都是不可重复触发的单稳态触发器。属于可重复触发的触发器有74122、74LS122、74123、74LS123等。有些集成单稳态触发器上还设有复位端（例如74221、74122、74123等）。通过复位端加入低电平信号能立即终止暂稳态过程，使输出端返回低电平。方案一：用集成555定时器产生单脉冲，见图3(a)。 (a) （b）(c)图3 单脉冲产生电路方案二：用TTL集成单稳态触发器74LS121，见图3(b)。方案三：用74LS00四2输入与非门与手动开关，见图3(b)用74LS00中的两个与非门构成基本RS触发器，手动开关反复波动一次，则触发器输出端将产生一个计数脉冲。确定方案：由于系统中其它部分用到一个与非门，在74LS00中还剩下3个与非门没有使用，则刚好用其中的两个与非门构成基本RS触发器。如果采用方案一或方案二，还要另外增加器件。所以计数脉冲产生部分采用方案三。2、元器件型号的选择及参数计算：与非门74LS00，R1=R2=1K，手动开关S1选用微型按钮开关。（三）、译码驱动显示部分1、方案论证方案一：采用74LS47 TTL BCD7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 BCD7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1.82.2V，工作电流1020mA，经试验，静态显示时10 mA亮度相当可观，所以限流电阻R1R7=(5V-2V)/10mA=300,功率为0.012300=0.03W,故电阻选用R1R7=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，ag为 7段译码输出端。图4 74LS48引脚图表1 74LS48引脚功能表七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出LTRBID C B A abcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RBIHL0 0 0 0L0000000LTLxx x x xH1111111 灯测试输入使能端。当LT0时，译码器各段输出均为高电平，显示器各段亮，因此，LT0可用来检查74LS48和显示器的好坏。 动态灭零输入使能端。在LT1的前提下，当/RBI0且输入BDCA000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BI0，不论输入BDCA为何种电平，译码器4段输出全为低电平，显示器灭灯(此时/BIRBO为输入使能)。 动态灭零输出端。在不使用功能时，BIRBO为输出使能。该端主要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接到相邻高位的 RBI。数码管显示原理见图5。图5 数码管显示原理4、译码驱动、显示电路原理图见图6图6 译码驱动、显示原理图（四）、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。 74LS138 TTL 三8线译码器逻辑图见图8，外引线见图9，功能表见表3图8 逻辑图 图9 外引线图表3 138功能表控制部分及循环加减计数部分的电路原理图如图10所示。 图10 控制部分及循环加减计数部分的电路原理图状态图如图11所示。图11 加减法状态图五、 总体电路设计图、工作原理及元器件清单1、39可逆自动循环加或减计数器总体电路如图12所示。 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。3、元器件清单见表4表4 元器件清单表类别编号型号及参数功能及类别集成电路IC174LS00四2输入端与非门IC274LS04六反相器IC374LS1383-8线译码器IC474LS298四位2选一数据选择器IC574LS190BCD同步加/减计数器IC674LS484线-7段译码器IC77805三端集成稳压器+5V电阻R1R7300(1/2W)碳膜电阻R9R91K/(1/16W)碳膜电阻C11000F/16V电解电容C21000F/10V电解电容C30.33F独石电容C40.1F独石电容整流桥2W10/2A变压器220V/10V( W)数码管LTS547R开关S1按钮开关S2按钮开关S3排开关六、 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、电源部分焊接完毕后，用万用表测量输出电压只有3.9V，工作不正常，仔细检查发现滤波电容C1、C2在焊接时由于疏漏，负极端忘记与7805的地端相连，怀疑可能由此引起，焊接后，电源工作正常了，输出电压5.02V，很理想。2、所有原件焊接完毕后，通电前测量+5V与地之间出现短路现象，此时焊点已经比较多了，查找起来比较困难了，但是由于是电源出现短路，因此决不能通电检查，所以一点一点，一个器件一个器件地反复排查，终于发现由于导线的毛刺引起的，用刀修剪处理后，故障排除。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，怀疑是段码焊接有误，经查果然如此，经重新调整，故障排除。七、 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：74LS298数据选择器可能由于不是常用器件，没有购到，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独立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，