三位十进制计数器,三位十进制计数器仿真

('长沙大学电子与通信工程系光电信息工程长沙学院数电课程设计说明书题目三位十进制计数器系(部)电子与通信工程系专业(班级)光电信息工程专业一班姓名学号指导教师起止日期06.11-06.151长沙大学电子与通信工程系光电信息工程010级光电信息工程专业课程设计任务书（课题）系（部）：电子与通信工程系专业：光电信息工程学生姓名同组者指导教师课题名称三位十进制计数器的设计设计要求及设计参数1、设计一个能计0—999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.设计工作量一周：1、查找资料，根据要求的格式并结合所查资料写出理论设计方案的全过程，实验操作的步骤、数据以及结论。2、学习使用MultiSim9软件，利用MultiSim9画出原理图并进行仿真。3、学习使用Protel软件，利用Protel结合原理图完成PCB板设计制作。进度安排起止日期工作内容备注第1天课题介绍，答疑，收集材料，设计方案论证第2天系统设计第3天系统设计及仿真2长沙大学电子与通信工程系光电信息工程第4天系统设计及仿真第5天系统验收，编写设计说明书主要参考资料1、康华光。电子技术基础数字部分（第五版）2、杨欣、王玉凤、刘湘黔。电路设计与仿真——基于Multisim9与protel993、标准集成电路数据手册TTL电路指导教师签名年月日系（部）主管领导意见答辩评委老师年月日3长沙大学电子与通信工程系光电信息工程教研室意见年月日长沙学院课程设计鉴定表姓名阳怡飞学号2010041127专业光电信息班级一设计题目三位十进制计数器指导教师龙英指导教师意见：评定等级：教师签名：日期：答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：4长沙大学电子与通信工程系光电信息工程教研室主任签名：日期：系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录一．课程设计的目的................................................................................6二．课程设计课题....................................................................................6三．课程设计内容....................................................................................7四、设计步骤：........................................................................................7五．设计要点：........................................................................................7六．设计原理：........................................................................................81.部分器件介绍：.................................................................................82.+5V直流电源工作原理：................................................................133.三位十进制计数器工作原理：.......................................................13七：电路仿真..........................................................................................141.MULTISIM仿真图...............................................................................142.PROTEL原理图：................................................................................163.PCB板：............................................................................................17八：心得体会..........................................................................................19九：参考文献..........................................................................................195长沙大学电子与通信工程系光电信息工程三位十进制计数器的设计摘要本次课程设计的课题是三位十进制计数器，就设计所选用的器材而言，主要用到了3个74LS192，3个CD4511，3个七段数码管，1个555芯片以及一些电阻和电容。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器，这使得设计本身简单了许多。设计中采用555芯片制成一脉冲发生器，为电路提供连续脉冲。CD4511是7段数码管译码器，将74LS192的输出信号译码成数码管可识别的信号。然后Multisim仿真软件测试和分析电路性能，并用protel软件绘制原理图，设计pcb板，本次设计的计数器是三位十进制加计数器，由上升沿触发，通过CO输出与其他的芯片级联。达到进位输出！另外，本设计要求自己设计一个直流+5v电源，故用到了LM7805，以及变压器和整流桥堆！关键词：三位十进制计数器，74LS192芯片，555芯片，脉冲发生器，加计数器，上升沿触发，+5v直流电源，Multisim仿真，Protel原理图，PCB板。一．课程设计的目的1.激发学生的学习热情，最大限度的发挥学生的潜能。2.对所学过的知识进行强化加深，了解设计一般数电产品的基本程序，方法及过程。3.掌握相关元器件的应用。4.培养学生自主创新能力，独立自主能力，以及和同学之间的学术交流能力！二．课程设计课题三位十进制计数器6长沙大学电子与通信工程系光电信息工程三．课程设计内容1.设计一个能计0—999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。3.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.或者增加清O功能和校准功能。4.内容要求：目录、摘要、关键词、设计方案、性能测试与分析、Multisim仿真、Protel绘制原理图、PCB版图、心得体会（设计方案、参数计算、相关软件的使用、电路仿真遇到的问题及解决办法）；参考文献：主要参考资料、书籍、相关网站等；四、设计步骤：1、理论设计：网络、图书馆查找资料软件应用：学习MultiSim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原理图的绘制以及PCB版图设计（选做）；五．设计要点：1.对设计器件的了解及选取，2.连续脉冲信号源的设计3.+5v直流电源设计4.计数器原理的了解六．设计原理：7长沙大学电子与通信工程系光电信息工程1.部分器件介绍：74LS19274LS192同步可逆递增/递减BCD计数器6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸74LS193同步可逆递增/递减四位二进制计数器6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸特点：电路可进行反馈，而很容易的被级联。即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端上即可。6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸·芯片内部有级联电路6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸·同步操作6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸·每触发器有单独的预置端6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸·完全独立的清零输入端6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸真值表（表（1））：6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸图（1）MRPLCPUCPDMODE工作模式HXXXReset(Asyn.)清除8长沙大学电子与通信工程系光电信息工程LLXXPreset(Asyn.)预置LHHHNoChange保持LH↑HCountUp加计数图（2）LHH↑CountDowN减计数6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸H=高电平L=低电平X=不定（高或低电平）↑=由“低”→“高”电平的跃变6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸引脚功能表：6NJ838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸CPU计数芯片时钟脉冲输入CPD倒计时时钟脉冲输入MR异步主复位（清除）输入PL异步并行负载（低电平）输入Pn并行数据输入838电子Qn触发器输出（附注b）TCD终端倒计时（借）输出（注b）TCU终端数最多输出表（1）9长沙大学电子与通信工程系光电信息工程CD4511CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图2所示。其中abcd为BCD码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观图3是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。如图（3）,。图（3）555概述是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主要有4个：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。两个比较器C1和C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器10长沙大学电子与通信工程系光电信息工程的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。555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4.5V~16V工作，7555可在3~18V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定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.555属于cmos工艺制造.555引脚图介绍如下（如图（4））1地GND，2触发3输出，4复位，5控制电压，6门限(阈值），7放电，8电源电压Vcc图（4）LM7805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。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。11长沙大学电子与通信工程系光电信息工程当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。在lm78、lm79系列三端稳压器中最常应用的是TO-220和TO-202两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如附图所示。图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。这样标注便于记忆。引脚①为最高电位，③脚为最低电位，②脚居中。从图中可以看出，不论正压还是负压，②脚均为输出端。对于lm78正压系列，输入是最高电位，自然是①脚，地端为最低电位，即③脚，如附图所示。对与lm79负压系列，输入为最低电位，自然是③脚，而地端为最高电位，即①脚，如附图所示。2011年11月28日更正：7805引脚正确的顺序：1脚接输入，2脚接地，3脚接输出2.+5V直流电源工作原理：一、直流稳压电源的工作原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。图（7）图（5）四个环节的工作原理如下：(1)电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。(2)整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。(3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。(4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调12长沙大学电子与通信工程系光电信息工程最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如下图，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo＝1.25（1＋R2/R1）式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压3.三位十进制计数器工作原理：计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。它主要的指标在于计数器的位数，常见的有3位和4位的。很显然，3位数的计数器最大可以显示到999，4位数的最大可以显示到9999。通过前面对74LS192的介绍，我们已经知道74LS192本身就是一个十进制的计数器，而这次设计的三位十进制的计数器级联是通过进位端与另一74LS192是上升沿触发端（CPu）相连实现的,计数原理与数学中的数数没多大区别，各位从0到9，则进一位到10位，10位从0到9，则进一位到100位，当计数到999时，计数器重新归零。于是就实现了0到999的计数。七：电路仿真1.Multisim仿真图（1）三位十进制计数器仿真图：13长沙大学电子与通信工程系光电信息工程图（6）（2）.四位十进制计数器仿真图：图（7）（3）.+5V直流电源：14长沙大学电子与通信工程系光电信息工程图（8）（4）.数码管LED灯显示真值表：表（2）2.Protel原理图：15长沙大学电子与通信工程系光电信息工程（1）.三位十进制计数器原理图：图（9）（2）.+5V直流电源原理图：图（10）16长沙大学电子与通信工程系光电信息工程3.PCB板：（1）.三位十进制计数器PCB板：图（11）八：心得体会17长沙大学电子与通信工程系光电信息工程九：参考文献18',)