自动循环计数器与灯光显示电路-数字电路课程设计报告

（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

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

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

      

图1    3~9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0~7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000~111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：

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，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（1/3～2/3）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 BCD—7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 BCD—7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1.8~2.2V，工作电流10~20mA，经试验，静态显示时10 mA亮度相当可观，所以限流电阻R1~R7=(5V-2V)/10mA=300Ω,功率为0.012×300=0.03W,故电阻选用R1~R7=300Ω（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，a—g为 7段译码输出端。

灯测试输入使能端。当LT＝0时，译码器各段输出均为高电平，显示器LT＝0可用来检查74LS48和显示器的好坏。

动态灭零输入使能端。在LT＝1的前提下，当/RBI＝0且输入BDCA＝000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BI＝0，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/BI／RBO为输入使能)。

动态灭零输出端。在不使用功能时，BI／RBO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接到相邻高位RBI。

（三）、控制部分及循环加减计数部分

1、方案论证

方案一：74LS191TTL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

  

⑶ 主要逻辑功能(四)、显示驱动电路

1、74LS138译码器

138为3线-8线译码器。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）’

U3=（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

50KΩ滑动变阻器1个

50KΩ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的方案，用的元器件最少，排线最优。当我整理着自己的设计成果时，回味这几天的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这次的设计不是最完美的，但是我们经历过后，总是会收获很多的珍贵的经验的，这对于我们以后的学习是很重要的。

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