数字电路课程设计73686

1、物理与电气工程学院课程设计报告简单计数器的设计制作姓 名 学 号 专业 电气工程及其自动化指导教师 成 绩 日期 2011.11.3 第 8 页简单计数器的设计制作张纪瑞（安阳师范学院 物理与电气工程学院, 河南 安阳 455002）摘要：为了实现计数功能，本设计采用D触发器、译码器、与非门、异或门等芯片以及电阻、发光二极管、开关等元件依据数字电路基本原理制作了简单的四进制计数器。通过对主要芯片功能的探讨，电路原理的分析，元器件的选择，电路的调试，最终实现了计数功能，完成了设计任务。关键词：计数器；数字电路；芯片1 引言在数字系统中使用最多的时序电路要算是计数器了。计数器不仅能用于对时钟脉冲计

2、数，还可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算。计数器同样广泛应用于日常生活生产中。例如，香烟的装盒，方便面的装箱，都是采用计数器进行计数的。本设计就是运用基本的电路原理及元件制作的简易加/减四进制计数器。2 技术要求在外加+5V电源与触发信号作用下实现加/减计数，且能显示进位。3 方案论证3.1 方案一由于本设计是制作四进制计数器，因此可以用两个二进制计数器外加若干常用芯片。此方法原理最为简单，但其用到的芯片种类及数量较多，既不经济又会增加电路的风险。3.2 方案二利用单片机原理，采用编程的方法。这种方法可以简化电路结构，但考虑到自己尚未完全掌握编程技术，因此放弃此种方法。3

3、.3 方案三充分利用逻辑代数原理，采用D触发器和一些常用芯片。这种方法相对比较经济且对技术要求较低，因此本设计采用这种方法。4 设计原理及元件选择4.1 主要芯片功能分析本设计的中心器件是上升沿触发的集成4D触发器74LS74。其逻辑图像符号如图1所示，其特性表如表1所示。图 1 D触发器逻辑图像符号表 1 D触发器特性表DQQ*001010101111工作原理：当触发信号CLK上升沿到达时，Q=D，并且保持不变，直至下一个上升沿到达。为了显示计数效果，本设计利用2线4线译码器（74LS139）驱动发光二极管。2线4线译码器将输入两位二进制数翻译成四种不同的状态，用四根线输出。2线4线的译码器

4、框图见图2，其功能表见表2。2线4线译码器图 2 译码器框图表2 译码器功能表输入输出BAY3Y2Y1Y 00011100111011010111101114.2 逻辑电路原理图分析图3 电路结构原理图由上面电路图，可以得到：驱动方程： 状态方程：输出方程：Y=(AQ1 Q2)(A Q1Q2)=AQ1 Q2+A Q1Q2状态转换图如下：图4 电路状态转换图由状态转换图可知：当A=0时为加法计数，在时钟信号的连续作用下，Q2Q1的数值从00到11递增；当A=1时为减法计数, 在时钟信号的连续作用下，Q2Q1的数值从11到00递减。4.3 电路仿真分析为了观测加/减计数的变化结果，在设计时加入了与

5、非门，译码器，上拉电阻，发光二级管，限流电阻等若干元件。添加外围电路后的Multisim仿真图如下：图5 电路仿真图图中D触发器的两个悬空管脚通过1K的上拉电阻R1与电源连接，以防止外界干扰；它的复位端通过开关J2接地用于控制复位。译码器的输入端分别连接D触发器的两个输出端Q1，Q2，输出端驱动带有510R的限流电阻及非门的四个发光二极管。电阻R2与开关J1用来改变A的数值。输出端Y同样连接发光二级管，用于显示进位。仿真结果显示，当开关J1断开时，发光二级管由下到上逐个闪烁，且在LED1亮的同时，进位标志二极管（LED5）变亮；当J1闭合时，发光二级管由下到上逐个闪烁，且在LED4亮的同时，进

6、位标志二极管（LED5）变亮。符合设计要求。5 设计总结通过本次设计，巩固了对仿真软件Multisim的使用，学习并初步掌握了用Protel连接原理图，创建网络表，绘制PCB等常用操作。掌握了焊制电路板的基本流程。对数字电路也有了更深的理解。然而，在设计也遇到了各种各样的问题。通过查询资料，和同学探讨，我都一一解决，现举例如下：在进行电路仿真时，未能出现结果。究其原因，一是芯片的悬空端未合理处理，二是LED灯没有加限流电阻，且这个电阻的值也是需要估算的。封装问题。做PCB时，很多元件如，电阻，端子是需要自己填写封装的，必要时还要自己根据实际做封装。电路板调试时，发现个别焊点有虚焊，连焊现象。特别是74LS04的两个管脚相连，而其中一个是悬空管脚；这致使其中一只LED灯一直亮，断开后电路正常工作。尽管最终达到预期的效果，然而整个设计还是有很大的不足。主要有发光二级管封装不合理，PCB布线不均匀，元件放置位置不美观，焊点及跳线不够规范等。参考文献1 阎石.数字电子技术基础（第五版）M. 北京：高等教育出版社，2006. 2 吉雷.Protel 99从入门到精通M. 西安：西安电子科技大学出版社，2000.3 谢自美.电子线路设计实验测试（第三版）M. 武汉：华中科技大学出版社，2006.附录1 Pr