24进制计数器设计

1、湖南人文科技学院 课程设计报告 课程名称：课程名称：电子技术基础课程设计 设计题目设计题目：24 进制数字电子钟时计器、译码显示电 路 系系 别：别： 专专 业：业： 班班 级：级： 学生姓名学生姓名: 学学 号：号： 起止日期起止日期: 2009/06/012009/06/18 指导教师指导教师: 教研室主任：教研室主任： 指导教师评语指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 成绩成绩 项项 目目权重权重 1、设计过程中出勤、学习态度等方面 0.2 2、课程设计质量与答辩0.5 3、设计报告书写及图纸规范程度0.3 成成 绩绩 评评 定定 总 成 绩 教研室审核意见： 教研室主任签字： 年

2、 月 日 教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日 摘 要 24 进制数字钟是一种用数字电路技术实现时计时的装置，与机 械式时钟相比具有更高的准确性和直观性。此次设计与制作 24 进制 电子数字钟时计数、译码、显示电路需要了解组合逻辑电路和时序 逻辑电路；了解集成电路的引脚安排；了解各种时计数、译码芯片 的逻辑功能及使用方法；了解数字钟的原理。本次设计是基于 24 进 制电子数字钟的原理，实现具有 24 进制清零功能的电子钟，它主要 由脉冲、10 进制加法器 74LS160、译码器 74LS48、共阴极 LED 数码管等四个模块构成。脉冲本利用 555 设计一个多谐振荡器，但 由于制板受单面板

3、限制，故撤销了 555 设计的多谐振荡器，而直接 由实验室提供脉冲。各功能模块在 Quartus软件中先由 VHDL 语 言描述出，然后将其打包成可调用的元件，再利用原理图输入法将 各模块按功能连接起来就得到顶层文件的原理图。这时，再进行时 序仿真、引脚锁定和嵌入逻辑分析仪之后，就编译下载至硬件中， 选择正确的模式和各种设置后即可实现这次设计所要求的功能。 关键词：关键词：加法器加法器;译码器译码器;显示数码管显示数码管 目录目录 设计要求设计要求.1 前言.1 1.方案论证与对比方案论证与对比.2 1.1 方案一.2 1.2 方案二.2 1.3 两种方案的对比.3 2、各功能模块设计、各功能

4、模块设计.3 2.1 计数器电路.3 2.2 译码驱动电路.5 2.3 共阴极七段数码管显示器.6 3、调试与操作说明、调试与操作说明.8 3.1 电路仿真效果图.8 3.2 PROTEL电路印刷板原理图及印刷板制版电路图.9 3.3 实际电路系统的制作及测试.10 3.4 电路板的测试情况、参数分析与实际效果.10 4、心得与体会、心得与体会.11 5、元器件及仪器设备明细、元器件及仪器设备明细.12 6、参考文献、参考文献.12 7、致谢、致谢.13 24 进制电子数字钟时计数、译码器、显示电路 设计要设计要求求 时间以 24 秒为一个周期，具有自动清零功能。 前言前言 24 进制电子数字

5、钟是实现具有 24 进制清零功能的电子钟，它主要由脉冲、 10 进制加法器 74LS160、译码器 74LS48、共阴极 LED 数码管等四个模块构成。 通过找课外书,上网查找有关该课题方面的知识,将课题提交给指导老师,同指导 老师讨论后课题可行。自学 Multisim9 和 Protel 软件的操作,并进行了防真实验, 在 11 号到 15 到学习制作印刷板并把领来的元器件装上电路板,15 号以后调试及 写课程设计报告,在这过程中主要要掌握计数、译码和显示原理的学习及焊接技 术。 1.方案论证与对比方案论证与对比 1.1 方案一方案一 一、如图 1 所示：首先由实验室提供震荡周期为一秒的标准

6、秒脉冲，由 74LS160 采用同步清零法组成二十四进制时计数器，使用 74LS48 为驱动器，共 阴极七段数码管作为显示器。 译码驱动电路 路 数码管 时钟脉冲 同步清零计数电路 图 1 方案一结构图 1.2 方案二方案二 二、如图 2 所示：首先由实验室提供震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由 74LS160 采用异步清零法组成二十四进制时计数器，使用 74LS48 为驱动器， 共阴极七段数码管作为显示器。 译码驱动电路 路 数码管 时钟脉冲 异步清零计数电路 图 2 方案二结构图 1.3 两种方案的对比两种方案的对比 相同点：两方案都正确，而且他们的基本的设计思想相同。 不同点：同步计数器中各

7、个触发器都受同一个时钟脉冲控制，当输入计数 脉冲到来时，要更新状态的触发器同时翻转。异步计数器中各个触发器没有统 一的时钟脉冲，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其他 的触发器输出用作时钟脉冲，当输入计数脉冲到来时，要更新状态的触发器， 有的先翻转，有的后翻转。再者我们对异步清零电路更加了解。综合以上考虑 我们选择第二种方案。 2、各功能模块设计、各功能模块设计 2.1 计数器电路计数器电路 集成计数器一般都设置有清零输入端和置数输入端，而且无论是清零还是 置数都有同步和异步之分。有的集成计数器采用同步方式，即当 CP 触发沿到来 时才能完成清零或置数任务；有的集成计数器则采用

8、异步方式，即通过触发器 的异步输入端来直接实现清零或置数，与 CP 信号无关。本设计采用具有 2 片十 进制同步加法计数器 74LS160（图 2-1-1） 、一片与非门 74LS00（图 2-1-2）和 一片非门 74LS04（图 2-1-3）。由外加送来的进位脉冲送入个位计数器，电路 在进位脉冲的作用下按二进制自然序依次递增 1，当计数到 24，这显示器个位 输出 0011（也就是 3），显示器十位输出 0010（也就是 2），显示器十位计数 器只有 QC 端有输出，显示器个位计数器只有 QB 端有输出，将 QC、QB 端接一个 二输入与非门，与非门输出一路先送入十位计数器的清零端然后取反

9、送入或非 门的另一个输入端，输出接显示器个位计数器的清零端，其每 10 秒清零并向显 示器十位计数器送进位脉冲，当十位输出为二，显示器个位输出为 3 时，将整 个电路清零，完成 24 秒的显示。其计数器的原理图（图 2-1-4）。 图 2-1-1 74LS160 引脚图 图 2-1-2 74LS00 引脚图 图 2-1-3 74LS04 引脚图 图 2-1-4 24 进制计数器原理图 2.2 译码驱动电路译码驱动电路 译码驱动电路将计数器输出的 8421BCD 码转换为数码管需要的逻辑状态,并 且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。常用的 7 段译码驱动器属 TTL 型的有 74LS47、

10、74LS48 等，CMOS 型的有 CD4055 液晶显示驱动器等。 74LS47 为低电平有效，用于驱动共阳极的 LED 显示器，因为 74LS47 为集电极 开路（OC）输出结构，工作时必须外接集电极电阻。74LS48 为高电平有效， 用于驱动共阴极的 LED 显示器，其内部电路的输出级有集电极电阻，使用时可 直接接显示器。本设计选择 74LS48（图 2-2-1）作为译码驱动器。 图 2-2-1 74LS48 引脚图 74LS48 七段译码驱动器功能表如下（图 2-2-2）： 图 2-2-2 74LS48 功能表 2.3 共阴极七段数码管显示器共阴极七段数码管显示器 显示器件的种类很多,

11、在数字电路中最常见的显示器是半导体显示器(又称 为发光二极管显示器,LED)和液晶显示器(LCD),本设计采用 7 段 LED 数码显示器.7 段 LED 数码显示器俗称数码管,其工作原理是将要显示的十进制数码分成 7 段, 每段为一个发光二极管,利用不同发光段组合来显示不同的数字. LED 的死区电 压较高，工作电压大约 1.53V，驱动电流为几十毫安。74LS48 译码驱动器输出 是高电平有效，所以，配接的数码管必须采用共阴极接法。下图是共阴极式与 共阳极式 LED 数码管的接线图（图 2-3-1），使用时，公共阴极接地，7 个阳极 a 到 g 由相应的 BCD 七段译码器来驱动 图 2-

12、3-1 共阴极式与共阳极式 LED 数码管的接线图 3、调试与操作说明、调试与操作说明 3.1 电路仿真效果电路仿真效果图图 U3 74LS161D QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U4 74LS161D QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U5 74LS48D A 7 B 1 C 2 D 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11

13、 OB 12 OG 14 LT 3 RBI 5 BI/RBO 4 U1 A B C D E F G CK U2 A B C D E F G CK U7A 74LS00D U7B 74LS00D VCC 5V VCC 5V U7C 74LS00D GND GNDGNDVCC 5V VCC 5V V1 500 Hz 5 V GND U6 74LS48N A 7 B 1 C 2 D 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11 OB 12 OG 14 LT 3 RBI 5 BI/RBO 4 U8A 74LS04D U8B 74LS04D U8C 74LS04D 图 3-1-1 24

14、进制电子钟原理仿真图 3.2 Protel 电路印刷板原理图及印刷板制版电路图电路印刷板原理图及印刷板制版电路图 图 3-2-1 电路印刷板原理图 图 3-2-2 印刷板制版电路图 3.3 实际电路系统的制作及测试实际电路系统的制作及测试 在 Protel 制版中，实验室条件不允许我们制作双面版，所以在制作单面版 的时候由于芯块过多电脑无法完整布线，有许多线我们只能在焊接中飞线。 实际制作简述:画出上图的 PCB 图后，同过打印机打出铜膜走线图，打印图 纸出来后,将图纸拿给老师看,经老师检查合格，老师发给我们布满铜膜的板和 一张油纸,将油纸放入打印机重新打印出铜膜走线图,将打印好的图剪下来粘到

15、 板上,把它送到烧板机上通过加热把图纹印到板上,接下来就是把板放进氯化铁 溶液进行对板的腐蚀,第一次腐蚀板时,因自动腐蚀机内温度未达到需要温度而 使的对板的腐蚀失败,第二次我们注意了这个问题,待自动腐蚀机内温度达到 50 度后, 把板放进氯化铁溶液进行对板的腐蚀,大约 50 秒后,布满铜的板只剩下有 图纹的地方有铜,其余的地方的铜均被腐蚀掉了,这时就可以将板取出到钻孔机 上钻孔，待将所有的孔钻完后,此时一张 Protel 印刷电路板就制作完成了,此 时可以将元器件按照 PCB 板的布置装到印刷板上去了,后进行焊接和飞线，便可 以完成电路板制造了。 在焊接中要注意的地方：掌握好焊接的温度和时间。

16、在焊接时，要有足够 的热量和温度。如温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固，形成虚焊；如温度 过高，将使焊锡流淌，焊点不易存锡，焊剂分解速度加快，使金属表面加速氧 化，并导致印制电路板上的焊盘脱落。尤其在使用天然松香作助焊剂时，锡焊 温度过高，很易氧化脱皮而产生炭化，造成虚焊。 将焊接好的电路进行调试。将电路接到+5 伏电源上，观察数码管显示是否 正常。如果显示正常，计数正确，是从 00 计数到 23 说明电路原理和安装焊接 正确，设计、调试成功。如果不是上面所说情况，说明电路存在问题，需要找 出问题所在，仔细检查电路是否设计正确、是否存在虚焊、是否焊接错误等， 找出错误继续调试，直到调试成功为止

17、。 3.4 电路板的测试情况、参数分析与实际效果电路板的测试情况、参数分析与实际效果 制作完成后，连接+5V 电源和地线，加入频率为 1Hz 的脉冲，显示电路出 现故障没有反应。 故障分析： 一：在电路版腐蚀的过程中，部分线路被腐蚀掉造成线路断路； 二：由于要飞的线过多，在焊接过程可能造成了虚焊； 三：接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的故障。 4、心得与体会、心得与体会 通过这次对数字钟的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让 我了解了关于数字钟的原理与设计理念。在此次的数字钟设计过程中,更进一步 地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法. 在连接二十四进制的

18、接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么 在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了. 通过这次对数字电子钟的设计作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让 我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真 再进行实际的电路制作。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为， 再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接 法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的 差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我们对各种电路都有了 大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手操 作才会有深刻理会，才会有收获。 对我们电子信息专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实 际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次 预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的 差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的 知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。 课程设计促进了我系人才培养计划的完善和课程设置的调整。