数字电子技术课程设计——自动循环计数器

数字电子技术课程设计
——自动循环计数器
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一、设计任务：
1. 用集成计数器实行3～9自动循环计数。

2. 电路能实现3～9加法和3～9减法循环计数。

3. 输出用数码显示。

二、总体设计思想：
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、电源部分，由它向整个系统提供+5V电源。

2、单脉冲产生部分：功能是由它产生单个脉冲，为循环计数部分提供计
数脉冲。

3、译码显示电路部分：计数器输出结果的数字显示。

4、加/减控制电路部分：实现加或减循环计数功能由控制部分完成。

5、可逆计数器部分：完成3~9的可逆加或减循环计数。

系统设计方框图如图1所示。

图1 3~9加/减可逆自动循环计数器系统设计方框图
三、各个单元逻辑电路及其工作原理
3.1、译码显示电路
方案论证
方案一：采用74LS47 TTL BCD—7段高电平有效译码/驱动器，数码管需选用共阳极数码管。

方案二：采用DCD-HEX——4段数码管，不需要译码器就能直接显示出结果。

确定方案：采用DCD-HEX——4段数码管。

3.2、加/减控制电路
1、方案论证
方案一：74LS192 TTL 可预置BCD双时钟可逆计数器。

方案二：74LS191 TT L 同步加/减计数器。

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
同步十进制可逆计数器CT74LS192，逻辑功能示意图见图2。

图2 逻辑功能示意图
3、74LS192功能表：
输入输出
逻辑功能
CLK LD A B C D QA QB QC QD
1 ** * * *0 0 0 0置0
0 0 1 0 1 0 1 0 1 0置数
0 1* * * * 1 0 1 0保持
表1 74LS192功能表
4、74LS192主要逻辑功能：
（1）异步置数：CR=0,LD=0, QA QB QC QD= A B C D
（2）加计数：CR=0,LD=1, CP u=CP, CP d=1, QA QB QC QD按加法计数
（3）减计数：CR=0,LD=1, CP u=1, CP d=CP, QA QB QC QD按减法计数
5、经过调试以后，发现用74LS191来实现更为简便，于是又重新设计，采用方案一，具体操作如下：
（1）集成十进制同步加／减计数器CT74LS191，逻辑功能示意图见图4。

图3 逻辑功能示意图
LD为异步置数控制端 CT为计数控制端 D0-D3位并行输入端
Q0-Q3为输出端 U/D为加/减计数方式控制端 RC为行波时钟输出端
CO/CB为进位输出/借位输出端
（2）74LS191功能表见表2
输入输出
说明
LD CT U/P CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0
0 ××× d3 d2 d1 d0d3 d2 d1 d0并行异步置数
1 0 0 ↑××××加计数CO/BI=Q3Q0
1 0 1 ↑××××减计数CO/BI= Q3 Q
2 Q1 Q0
1 1 ××××××保持
表2 74LS191功能表
⑶ 主要逻辑功能：
①异步置数功能。

当LD=0时，与CP无关，并行输入数据d3d0被置入。

Q3 Q2 Q1 Q0=d3d2 d1 d0。

②计数功能。

取CT=0、LD=1。

当U/P=0时，对应CP脉冲上升沿，十进制加法计数器。

当U/P=1时，对应CP脉冲上升沿，十进制减法计数器。

③保持功能。

当CT=LD=1时，计数器保持原来的状态不变。

方案确定：经过调试更加确定采用方案二,只需在与非门后加一个与门。

四、系统逻辑框图
图4 74LS192加法计数
说明：由于题目要求加法计数从3开始自动循环到9然后再返回到3，所以并行输入端DCBA=0011，当计数器的输出时1001时，由于与非门以及非门的作用使LD输入低电平有效，给计数器置数为0011，再次开始循环。

图5 74LS192减法计数
说明：由于题目要求减法计数从9开始自动循环到3然后再返回到3，所以并行输入端DCBA=1001，当计数器的输出0011时，由于与非门以及或非门的作用使LD输入低电平有效，给计数器置数为1001，再次开始循环。

五、总体电路设计图：
1、74LS191:
图6 总设计电路图
2、工作原理：
由单脉冲产生单元产生的计数脉冲送至74LS191的CP端，做加法时，191的D/U端需接地，通过手动开关J2就实现加减法运算。

当J2接上边的开关时实现加法计数，调节输入端置3，当加过9时，9再加1按照题目要求应该变成3，此时9通过输出端、四个非门以及与非门得到0,0与任何数与运算都是0，然后指数控制端输入有效低电平，控制输入端置数为3，同理做减法时，输入端置9，
当达到3时，置数端置9。

六、仿真电路、调试测试结果，出现的问题、原因及解决方法
在调试过程中，遇到了一定的问题，具体如下：
1.因为加减法运算刚开始置数不一样，所以我们经过考虑，用开关来
控制输入端的数据；
2.该电路运用不熟悉，导致花很长时间去寻找各种原件；
3.通电检查，通电后做加法时，数码管有反应，但显示数据不正确，
怀疑是电源或接地有误，经查果然如此，经重新调整，故障排除。

七、总结设计电路的特点和方案的优缺点
本方案设计电路的特点是：
优点：电路设计比较简明，大部分所用知识都是根据上课时的理解，所以易于实现。

缺点：由于我们的知识水平有限，此电路的实现与设计要求有一定差距，在以后的学习过程中，我们要学习更多的专业知识，以弥补我们的缺陷。

八、心得体会
通过此次课程设计，我们更深一步了解电子设计的技能；学会利用各种途径去查找资料，例如上网、去图书馆等等。

该设计过程中我们遇到很多麻烦，例如怎样让计数器从0到9循环计数，怎样让计数器加到9时自动回到3，减到3时自动返回9。

我们在这几个问题上花费了很长时间。

本来一开始我们用的是74LS190，但它是10进制的数字显示到9的一瞬间立刻转移，于是我们就考虑74LS191，通过调试该芯片可行。

然后我们在经过多次调试将电路中多余元件精简，最后保证电路的设计达到自己所能掌握的最高水平。

这次课程设计给我的感触深刻，无论做什么都要用心，多多去请教别人，与别人加强合作，这样才能共同进步，由于时间仓促，也许电路中还存在很多我们没有发现的问题，希望老师能予以指导。

九、参考文献
[1]《数字电子技术基础》北京：高等教育出版社，2006。