进制计数器

《电子线路》课程设计报告

一、设计目的

本课程设计是脉冲数字电路的简单应用，在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、交通信号灯、红绿灯,还可以用来做为各种药丸,药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。

本设计主要能完成：显示30秒计时功能；系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动功能；在直接清零时，数码管显示器灭灯；计时器为30秒递加计时其计时间隔为1秒；计时器递加计时到零时，数码显示器不灭灯。

二、设计要求

1、具有显示30秒计时功能：

（1）系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动；

（2）在直接清零时，要求数码管显示器灭灯；

（3）计时器为30秒递加计时，其计时间隔为1秒；

（4）计时器递加计时到30时，数码显示器不能灭灯。

2、设计任务及目标：

（1）根据原理图分析各单元电路的功能；

（2）熟悉电路中所用到的各集成块的管脚及其功能；

（3）进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；

（4）写出完整、详细的课程设计报告。

三、原理框图

（1）总体参考方案：

30秒计时器的总体参考方案框图如图2-1所示。它包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个模块组成。其中计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成30秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、译码显示电路的显示等功能。

图 1 30秒计时器系统设计框图

秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，但本设计对此信号要求并不太高，故电路可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谐振荡器构成。

译码显示电路由CD4026和共阴极七段LED显示器组成。

（2）设计方案

分析设计任务，计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、译码显示电路的显示。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。在操作直接清零开关时，要求计数器清零，数码显示器灭灯。

当启动开关闭合时，计数实现计数功能；当启动开关断开时，计数器不工作。系统设计框图如图1所示。

如果根据实验所提供的参考器件，还可在秒脉冲发生模块上做些变化，前者产生的脉冲周期直接是1秒；如果让其产生的秒脉冲频率为10Hz，触发脉冲输出的方波周期为0.1秒，再将该脉冲信号送到由74LS161构成的十分频器，由74LS161输出的脉冲周期为1秒，再将该信号送到计数器74LS161。如此就可得到两个方案，由于两方案原理相同，故本设计只采用方案一所述，即直接由555多谐振荡器产生脉冲周期为1秒的脉冲。其电路如图2所示。

图2 30秒计时器

（3）时钟模块

为了给计数器74LS161提供一个时序脉冲信号,使其进行加计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如图4所示.

其中555管脚图如下图 3 所示.由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为: T=0.7(R1+2R2)C 。

因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取15k欧姆,R2取68k欧姆,电容取C为10uF、C1为0.1uF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期为1秒.

图 3 555管脚图

图 4 555多谐振荡电路图

（4）实物模块图

图5

图 6

译码显示模块

CD4026是一款同时兼备十进制计数和七段译码两大功能的芯片，通常在CP脉冲的作用下为共阴极七段LED数码管显示提供输入信号。在一些无需预置数的电子产品中得到了广泛的应用，节约了开发成本。由于CD4026输出端信号具有规律可循，经合理反馈后获得进位脉冲信号和本位清零信号，即可实现数字钟计时功能。

CD4026同时具有显示译码功能，可将计数器的十进制计数转换为驱动数码管显示的七位显示码，省去了专门的显示译码器。CD4026的输出abcdefg直接与LED数码管连接。?

CD4026的CR为异步清零端，CR=1时立即使计数器清零。

图 8 CD4511管脚图

2.共阴极七段LED显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是：

1.看清楚自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，最好在焊之前用万电用表测一下它的极性，其管脚图如下图 9 所示，如果为共阴极的，其管脚COM端接地；如果为共阳极的，起管脚COM段要接高电平。

2.还要注意在数码管电路上加上一保护电阻，起限电流的作用。

图 9 共阴极七段LED显示器管脚图

四、安装与测试

1、电路的安装

电路安装要注意几个原则：

（1）先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊的等；

（2）布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；

（3）最好分模块安装等等。

（4）此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高

温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留太久。

图 10 正焊接的电路板

图 11 电路板正面

图 12 已焊好的电路板

图 13 工作中的电路板

2、电路的调试

焊接完成后，不意味着我们的工作就完成了。因为这是我们还不知道焊接好后的电路板能否正常工作，因此接下来我们要做的最重要的事就是---调试我们所焊接的电路板。

调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。

3、实验过程中遇到的问题及解决方法

（1）接通电源后，发现电路板没有任何现象。

解决方法：再次更加仔细的检查电路，看看是否有断路或接触不良。经检查发现，是因为 CD4026芯片接触不良所致。

（2）两个LED显示器都亮，就是不能实现计数功能。

解决方法：查看CP 信号是否已接入电路。

（3）电路能实现计数功能，但是计数速度很快，与设计每秒计数一次的设定不一致。

解决方法：电容与电阻不符合设计所需，更换电容或是电阻。