二—十进制计数双显演示电路的设计与制作

1、明达职业技术学院 毕业设计(论文)20092010学年度信息工程系 系应用电子技术专业班级 07应电（1）班 学号 45073138 课题名称 二十进制计数双显演示电路的设计与制作学生姓名 温席 指导教师 陈慕铭 2009 年12月25日二十进制计数双显演示电路的设计与制作作者：温席 【摘要】本文主要设计二- 十进制转换电路，主要采用LED和数码管将二进制的计数过程和十进制的显示结果采用对照方式同时显示，人们能直观的看到十进制数在二进制中是怎么显示的，同时又可以看到二进制数中每一位数的“权”的含义。两种计数采用同一时钟频率同步计数，显示器相互对应，形象直观。【关键词】 12位二进制计数器（CD

2、4040） 二十进制计数器（CD4553）555第一章 概述计数器是数字系统中用得较多的基本逻辑器件。它不仅能记录输入时钟脉冲的个数，还可以实现分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。 计数器的种类很多。按时钟脉冲输入方式的不同，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器和非二进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加计数器、减计数器和可逆计计数器是一种应用十分广泛的时序电路，除用于计数、分频外，还广泛用于数字测量、运算和控制，从小型数字仪表，到大型数字电子计算机，几乎无所不在，是任何现代数字系统中

3、不可缺少的组成部分。计数器可利用触发器和门电路构成。但在实际工作中，主要是利用集成计数器来构成。在用集成计数器构成N进制计数器时，需要利用清零端或置数控制端，让电路跳过某些状态来获得N进制计数器。二进制计数器具有电路结构简单、运算方便等特点，电子式计数器也总是以二进制的方法进行计数的，但当二进制数的位数较多时，阅读非常困难。在十进制计数体制中，每位数都可能是0，1，2，9十个数码中的任意一个，且“逢十进一”。根据计数器的构成原理，必须由四个触发器的状态来表示一位十进制数的四位二进制编码。十进制计数能直观的的看到结果。本电路采用LED和数码管讲二进制的计数过程和十进制的显示结果采用对照的方式同时

4、显示，人们可以看到十进制数在二进制中式怎样显示计数的，同时又可以看到二进制数中每一位数的“权”的含义。本电路还有另一种实用价值，例如在某些控制电路的编程中，通过核计数器就能迅速找出某一十进制的二进制码，省去了用公式进行繁琐的计算过程。第二章 方案论证一设计要求：（1）该电路具有进制转功能（2）显示方式可采用数码管和LED（3）自制+9V稳压电源二. 方案论证方案一 采用TTL门电路集成块设计的演示电路 图1图2如上图1所示为采用RS7490 RS7447及七或八段数码管组成的十进制计数电路，和采用555定时器产生的计数脉冲，若要多位数码管显示可采用级联的办法。上图2是采用74LS238和74L

5、S161组成的八位二进制计数电路，同样也可采用级联的办法来计更多的数。把两个电路连接起来就组成了二十进制计数双显演示电路。方案二 采用CONMS门的集成电路它采用CD4533 CD4511 CD4040等COMS集成块构成的二-十进制双演示电路。CD4533 CD4511及数码管组成十进制计数电路，CD4040组成二进制计数电路，555定时器是计数脉冲，原理框图如图3所示：图3方案比较：方案二与方案一相比较，其电路简单 集成块较少 不需要级联就可以计较多的数。且COMS功耗低。CMOS集成电路是由P沟道型和N沟道型MOS场效应管构成的互补电路形式,与TTL数字电路相比,它具有工作电压范围宽,功

6、耗低和噪声容限大等优异特性，所以选用方案二作为本次设计方案。第三章 直流稳压电源的设计与分析一直流稳压电源的组成1. 小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图4所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ 图42. 工作波形图其工作过程如图5所示 u1 u2 u3 uI u0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 图5二 电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。为了满足要求，此处将采用15V变压器进行变换。

7、其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1 小型变压器的效率副边功率效率0.60.70.80.85 因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。三 整流电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为： 在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： 流过每只二极管的平均电流为： 其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常

8、数RC应满足：其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。图6是桥式整流电路原理图。有图可见，变压器的次级只有一组线圈。但用四只二极管互相接成桥式形式，整流桥后并联了滤波电容故称为桥式整流电路。图7所示是其简化法。图6图7整流过程中，四个二极管两两轮流导通，正负半周内都有电流流过RL。例如，当u2为正半周是（如图6中所示极性），二极管VD1和VD2因加正相电压而导通，VD3和VD4因加反向电压而截止。电流i（如图中实线所示）从变压器端出发流经二极管VD1、负载电阻RL和二极管VD2，最后流入变压器端，并在负载RL上产生电压降u0;反之，当u2为负半周时，二极管VD3、VD4因加正向电压导通

9、，而二极管VD1和VD2因加反向电压而截止，电流i(如图中虚线所示)流经VD3、RL和VD4，并同样在RL上产生电压降u0。由于i和i流过RL的电流方向是一致的，所示RL上的电压u0为两者之和，即u0= u0+ u0。桥式整流电路的波形如图3所示，因而其输出电压为：U0=0.9U2而二极管反向峰值电压是全波整流电路的一半，即：URM=1.414 U2单相桥式整流电路的波形图，滤波电路的原理图及波形： 图8四滤波电路 图9 图10无论哪种整流电路,它们的输出电压都含有较大的脉动成分。为了减少这种脉动成分，在整流后都加上滤波电路。所谓滤波就是滤掉输出电压中的脉动成分，而尽量保留其中的直流成分，使输

10、出接近理想的直流电压，其工作原理图如图9所示。上图10给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在 时刻，即达到u2为 90°峰值时，u2开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。先设达到90°后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着u2的下降，正弦波的下降速率越

11、来越快，uC 的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某一点，二极管开始承受反向电压，二极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，U2再次超过Uc，二极管重又导电。 五稳压电路由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点稳压二极管

12、在电路中常用“ZD”加数字表示，如：ZD5表示编号为5的稳压管。 稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。 故障特点：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。此电路在变压、整流、滤波的基础上加

13、上三端固定式集成稳压器及辅助稳压的电容方可达到目的，稳压器常见的有CW78 （LM78 ）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79 （LM79 ）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo 2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当Uo = 5 18V时，UI的最大值UImax= 35V；当Uo=18 24V时，UI的最大值UImax = 40V。这里采用了LM7809。六.电源电路原理图 11原理分析：220V的电压经过变压器次级降压，变为15V的交流电压，经过整流桥整流过后变为脉动直流，再经过滤波电容滤波和三端稳压器LM780

14、9的稳压后输出本设计所需的+9V的直流稳压源，电路原理图如图11所示。其中有关电解电容的选择要满足:其中T = 20ms是50Hz交流电压的周期，R=U2/I,又因为7809的静态电流为8毫安，输出电流为300毫安。所以 I=300毫安+8毫安=308毫安又因为 : U=1.2*15V=18V 可得：R约为45欧姆 。由此可得：C约为800多微法。所以选择1000UF恰到好处。 另外: 整流桥承受的最高反向电压U为1.414*15V,所以应选择耐压值25V及以上的电容。第四章 二十进制计数双显演示电路一电路工作原理分析 本电路由时钟脉冲发生器，二进制计数与显示电路，十进制与显示电路及电源电路组

15、成。时钟脉冲发生器是由555时基电路组成低频脉冲振荡器，输出的低频脉冲为两个计数器提供同步计数脉冲。LED13组成时钟脉冲输出指示器，当有脉冲输出时LED13闪光。R3是它的限流电阻。二进制计数与显示电路由12位二进制串行计数器CD4040，显示驱动三极管VT4-VT15和显示发光管LED1-LED12组成。CD4040为12位二进制计数器，它的最大容量为4096，它有12个二进制输出端，在每一位输出端接有一个驱动三极管，每当输出端输出高电平时，驱动三极管导通，它所驱动的发光管发光，指示输出1.输出端无输出时，三极管截止，发光管不发光，指示输出为0.十进制计数与显示电路采用3位二十进制计数电路

16、CD4553和7段译码器CD4511及LED数码显示器组成。二总电路图电路原理图 见附录一三电路PCB板 见附录二第五章 电路的安装与调试电路安装完毕，先不要接通电源进行初步检查。一连线是否正确检查电路连线是否正确，包括错线（连线一端正确，另一端错误）、少线（安装时完全漏掉的线）和多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）。查线步骤：1.按照电路图检查安装的线路这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序逐一检查安装好的线路，由此，可比较容易查出错线和少线。二元器件安装检查检查元、器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、集成器件和电解电容极性等是否连接有误。 电源供电与信号源连

17、线，检查电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。 电源端对地（）是否存在短路，在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地（）是否存在短路。 若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。三参数的测试其中电源各部分电压如表2所示：变压(U2)单相桥式整流(U0)电容滤波(U0)集成稳压(U0)15V13.5V17.9V11.8V表2心得体会2009年12月，我开始了我的毕业设计工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个过程难以用语言来表达。历经了1个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次

18、毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。 我不会忘记这难忘的1个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计电路图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多数电、集成块的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。致谢经过一个月的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声