8位可逆循环计数器

一、概述

随着科技的日益进步,计数器得到了越来越广泛的应用，发展的也越快。在数字系统中使用的最多时序逻辑电路要算是计数器了。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。本次实验的思路主要是设计一个8位可逆循环计数器，该计数器加计数到最大值（11111111）时输出一个周期的高电平信号（表示计数器达到最大值）并自动变为减计数，减计数到最小值（00000000）是输出一个周期的高电平信号（表示计数器达到最小值）并自动变为加计数。如此循环往复。要求设计层次化。实验中用到的器件主要包括74LS191D、7段显示器、555组成的多谐振荡电路和多个门电路。

二、方案论证

为了实现本实验的主要内容，首先要利用555定时器制成一个多谐振荡电路作为时间脉冲为同步十六进制加/减计数器74LS191D提供时间信号，并且要将多谐振荡电路的频率设为HZ，即周期为秒。因为要实现计数器加到最大值（11111111）（或最小值（00000000））时输出一个周期的高电平信号，故需要加入多个门电路和灯泡，同时要求加数器数器自动变为减数器（或减数器自动变为加数器）故利用T触发器实现该功能，并能够实现循环往复的功能。其原理框图如图1所示。

图1 电路的原理框图脉冲信号

直流稳压电源滤波、整波

555时钟信号脉冲

电路

74LS191D十六

进制计数器

74LS191D十六

进制计数器

数码管显示

输出一个周期的

高电平信号

计数器自动的由加数器转换为减数器或相反

三、电路设计

1.直流稳压电源电路

直流稳压电源包括电源电容电阻；其组成电路如图2所示。

图2 直流稳压电源电路

2. 时钟信号脉冲电路

555定时器是一种多用途的数字—模拟混合电路，利用它能极方便的构成多谐振荡器，且成本低，只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡来产生时钟信号用来计时。

电容C2通过R3和R4开始充电，充到1/3Vcc时，输出上升为高电平，电容继续充电，直到2/3Vcc时，输出又降为低电平，电容向R3放电，放到1/3Vcc时，又开始充电，一直循环，就形成了脉冲。充电的时间T1=R1C ln2，放电时间T2=（R1+R2）C ln2，所以一个周期的时间为T=T1+T2=（R1+2R2）C ln2。令C2=C3=10uF,T=1s,所以f=1Hz。在此我们设置R1=44k,R2=50k即可达到输出频率为1s的脉冲信号。由此组成的555多谐振荡电路如图3所示。

图3 时钟信号脉冲电路

3.计数器电路

此电路是由两片74LS191D组成，当所需进制超过本身进制，则需要用芯片间的级联来实现其功能。如图4所示。

图4 计数器电路

4.数码管显示电路。

此部分是在以上部分基础上来实现的，主要有8个数码管组成。显示8位二进制数。其具体的电路图如下图5所示。

图5 数码管显示电路

5.输出与计数器自动转换电路

使用与门，当两计数器74LS191都输出1111（或0000）时输出一个周期的高电平信号，然后用非门、555和T触发器使计数器自动转换进行下一阶段的计数，并且不断循环、转换。如图6所示。

图6 输出与计数器自动转换电路

四、性能的测试

1.直流稳压电源的测试

对直流稳压电源进行测试，利用万能表对输出电压进行测量；其输出电压为5V，在允许的误差范围内，故此电路可行。其测量结果如图7所示。

图7 直流稳压电源测试值

2.时钟信号脉冲电路测试

用示波器对多谐振荡电路输出脉冲进行测量，其信号输出波形如图8所示。

3.电路整体性能测试

1）加数器加到最大值：电路正常工作，数码管显示最大值（11111111），输出一个周期的高电平信号。运行结果如图9所示。

图9 加数器加到最大值状态图

2) 减数器见到最小值时，电路正常工作。如图10所示。

图10 减数器减到最小值

五、结论

经过测试评定该电路能正常工作并能完成课设要求的基本功能。实现的基本功

能如下：

1）加数器能加到最大值，减数器能减到最大值；

2）当最大值（或最小值）时能够输出一个周期高电平信号。 3）电路能够自动装换并循环往复。

六、性价比

此电路的设计主要采用了常见的74LS191D 片子，且只用了两片，电路利用的是555构成的多谐振荡电路，控制电路则采用了多个门电路。总体来说这些元器件在我们数字电子技术领域内都是比较常见的，且价格低廉，利用这些元器件组成的8位循环可逆计数器电路可以说性价比非常高。且电路的设计理念也比较合理。

七、课设体会及合理化建议

本次课设历时两个多星期，通过本次课设我对数字电子技术基础有了更深的了解与体会，充分的体现出了这次课程设计的目的。在刚拿到课设题目时候自己慌了，

U1

74LS191D

A 15

B 1

C 10D

9~U/D 5QA 3QB 2QC 6QD

7

~CTEN 4~LOAD

11~RCO

13MAX/MIN 12

CLK

14

U2

74LS191D

A 15

B 1

C 10D

9~U/D 5QA 3QB 2QC 6QD

7

~CTEN 4~LOAD

11~RCO

13MAX/MIN 12

CLK

14

U3

LM555CM

GND 1

DIS 7

OUT

3

RST 4VCC

8THR 6CON

5

TRI 2U4

LM555CM

GND 1DIS 7OUT

3

RST 4VCC

8THR 6CON

5

TRI 2U5DCD_HEX

U6DCD_HEX U7DCD_HEX U8DCD_HEX U9DCD_HEX U10DCD_HEX U11DCD_HEX U12

DCD_HEX

U13A 74LS08D

U14

D_FF

D Q ~Q

RESET

CLK

SET

U15A

74LS05D

R11.0kΩR2510kΩ

C1100pF

C2100pF

VCC

5V

R310Ω

R41kΩ

C3330nF

R5

1.0kΩR6

510kΩC4100pF

C5100pF

XSC1

A

B

C

D

G T

X1

2.5 V