三位十进制计数器.doc

数电课程设计说明书题目三位十进制计数器的设计系(部)电子与通信工程系专业(班级)光电信息工程姓名学号指导教师起止日期6月11日至6月15日 目 录摘要6关键词6一、设计内容61、设计要求及设计参数：62、内容要求：6二、设计任务：7三、设计原理7、芯片介绍7（1）74ls192芯片7（2）555芯片8（3）三段稳压器（LM7805）92、三位十进制计数器的工作原理93、5V直流电源的工作原理9四、仿真图101、MultiSim仿真图10（1）三位十进制减计数器10（2）四位十进制加计数器10（3）+5V直流电源112、Protel绘制原理图12（1）三位十进制计数器12（2）+5V直流电源12五、心得体会13参考文献13 三位十进制计数器设计摘要: 本次课程设计的题目是三位十进制计数器的设计。就设计三位十进制计数器方案而言，主要选取了3个74ls192芯片、1个555芯片及若干电容电阻。74ls192芯片是双时钟方式的十进制可逆计数器，这就使得设计电路复杂不起来。本设计采用555芯片意在实现一个脉冲发生器，为计数器提供一个脉冲。然后再对其设计方案进行Multisim仿真，测试和分析电路图性能，并采用Protel绘制原理图、设计PCB板。本次设计的计数器是三位的十进制加计数器，由上升沿触发，通过CO输出与其他芯片进行级联。由于设计补充要求设计一个+5V的直流电源，本设计中的直流电源主要是运用了模电知识来设计的，其中采用了变压器、三段稳压器、220V的交流输入电源等器材。设计最后补充完成了计数器的真值表和扩展了计数器的位数。关键词:三位十进制计数器、74ls192芯片、555芯片、+5V的直流电源、Multisim仿真、Protel绘制原理图，真值表。一、设计内容1、设计要求及设计参数：1）设计一个能计0999的三位十进制计数器。（2）要求用数码管显示。基本部分：设计制作一个能显示三位的十进制计数器，熟悉计数器的基本原理，电路的连线要求采用直线连接和总线连接两种方式，补充完成LED显示条对应的真值表，并完成直流电源5V的设计。发挥部分：举例说明所设计的三位十进制计数器适用于什么场合，设计增加一位（显示4位）的计数器.2、内容要求：2、 目录、摘要、关键词、设计方案、性能测试与分析、Multisim9 仿真、Protel绘制原理图、设计PCB板、心得体会（设计方案、参数计算、相关软件的使用、电路仿真及PCB设计调试过程中遇到的问题及解决办法）；二、设计任务：1、理论设计：网络、图书馆查找资料 软件应用：学习MultiSim9软件的操作并完成系统原理图的绘制并要求仿真通过；2、在MultiSim环境下，检测各课题的电路参数、波形；以备完成课程设计说明书；3、学习Protel软件的操作并完成SCH原理图的绘制及PCB板图的设计；三、设计原理、芯片介绍（1）74ls192芯片74ls192是双时钟方式的十进制可逆计数器。下面即为74ls192引脚图和功能表。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数输入端LD为预置输入控制端，异步预置CR为复位输入端，高电平有效，异步清零CO为进位输输出出，1001状态后负脉冲BO为借位输出，0000状态后负脉冲输出图1 74ls192引脚图 和 74ls192芯片 74ls192芯片真值表（2）555芯片 55 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555引脚图如下所示。555定时器由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V18V范围内使用。 555定时器工作时过程分析如下：5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平,基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。图2 555电路结构图3555引脚图（3）三段稳压器（LM7805） 三端稳压集成电路lm7805。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78 系列和负电压输出的lm79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。 用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。 图4 三段稳压器2、三位十进制计数器的工作原理 通过前面对74LS192的介绍，了解到74LS192芯片本身就是一个十进制计数器。这次设计的三位十进制计数器的级联则是通过进位（BO）端与另一74LS192芯片的上升沿触发端（CPD）连接实现的。计数原理与数学中的数数原理相同。个位每从9减至0，十位则减一位。同理，当十位从9减至0时，百位减一位。当计数到000时，计数器归零。这样就实现了999到000的计数。 计数器的计数需要有上下沿的触发，本设计中为计数器提供触发的是以555芯片为核心构成的多谐振荡器。多谐振荡器的振荡频率则是由其电路中的电容、电阻值的大小及分配情况决定的。 3、5V直流电源的工作原理 该电路输入家用220v交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5v直流电。 图5 5V直流电源工作流程 从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接两个电解电容。变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波，在电容C1两端大约会有24V多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。因为我们要输出5V的电压，所以选用7805，7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏，当然如果时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。三端稳压器后面接一个105的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。最后在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接。虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500mA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片。四、仿真图1、MultiSim仿真图（1）三位十进制减计数器图6 三位十进制计数器（2）四位十进制加计数器图7 四位十进制计数器（3）+5V直流电源图8 +5V直流电源2、Protel绘制原理图（1）三位十进制计数器图9 三位十进制计数器（2）+5V直流电源图10 +5V直流电源五、心得体会 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。、我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题等，都受益非浅，在此，感谢于老师的细心指导。