数字电路课程设计：自动循环计数器与灯光显示电路

1、 数字电子技术 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一、设计内容及具体要求1、设计任务：(1) 电路能实现3

2、9加法和39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。CLKRGY000010012010 3100411151006 0107001二、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39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

3、显示电路可逆计数器电源图1 39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07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000111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： 显示驱动显示译码器 计算器三、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍：（一）、 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

4、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。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，

5、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（1/32/3）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）、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

6、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。 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L

7、T0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

8、位RBI。（三）、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

9、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）U

10、3=（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、 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

11、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，也在网上找了相应资料，综合各种方案，最终选择了一种最简洁