计数器设计

计数器设计

A22 组

宁波大学马丽丽

宁波大学潘奕颖

一．设计任务与要求

1.1 设计任务

设计并制作一个1位十进制计数器。

1.2 设计要求

1.计数器为1位十进制

2.计数显示：7段LED数码管

3.计数器具有复位功能

4.计数器能进行加减计数

5.计数器具有进位，借位指示

6.计数器具有预置功能，能预置0到9

7.具有手动计数脉冲输入按键

8．计数器具有外部计数脉冲输入端

9.设计一个f≈1HZ、幅度符合上述计数器要求、频率可调的矩形脉冲发生器

二．方案分析

2.1方案的系统结构图如下：

注：加法或减法脉冲无效时输出为高电平

CP1为手动脉冲 CP2为外部计数脉冲

2.2计数方案：

该方案主要利用计数器芯片74LS192(可预置BCD异步清除计数器)实现计数功能。通过3个按键来选择加减法计数，置数功能，脉冲CP1或CP2的选择。

2.3显示方案：

计数器的输出端给译码器74LS47，将译码器的输出A,B,C,D,E,F,G给LED数码管，实现显示。

2.4手动脉冲产生方案：

通过按键开关加上其它去抖电路来产生高低电平，从而输出脉冲。去抖电路主要是利用电容消减抖动，再通过两级施密特非门整形出脉冲。

2.5外部计数脉冲产生方案：

该脉冲的产生主要利用555定时器够成多谐振荡，再选取合适的电容和电阻，输出合适频率的脉冲信号。

三．系统硬件设计

3.1 系统的总体设计

图1 信号发生器框图

四、电路设计与计算

4.1 核心器件的选择（如下表4.1）

表4.1 设计电路所用核心器件

注：除这些核心器件外，还有按键，电阻，电容等元器件；

4.2 单元电路设计

4.2.1频率发生电路：

1）手动脉冲发生

电路电路图如下页：

图4.1手动脉冲发生电路图

图中两个施密特非门起波形整形作用，使输出为标准方波；按键S1为脉冲发生按键，不带锁按键按下产生低电平（下降沿），按键弹起非门的输入又变高电平（上升沿），所以按键按一下产生一个单元脉冲；电阻R1为限流电阻，防止S1按下时电源与地短路。

2）555多谐振荡器电路

电路原理图如下：

图4.2多谐振荡期电路图

555电路的计算：

R1=10K

R2=10K

R3MAX=1K(滑变电阻)

C=47UF

CF=10NF

T=0.693*(R1+2*R2)*C=0.693*(10000+704+20000)*47*10^-6≈1HZ

通过改变滑变电阻可以实现：

TMIN=0.693*(10000+20000)*47*10^-6≈0.977HZ

TMAX=0.693*(10000+704+20000)*47*10^-6≈1.01Hz

4.2.2 计数电路

流程图如下:

图4.3计数电路流程图

4.2.3 译码驱动电路

电路图如下：

图4.4 译码驱动显示单元电路图

采用74LS47芯片（BCD-7段高有效译码器）对计数器计数值进行译码，驱动共阳数码管显示。数码管与译码器之间接阻值为200欧姆的限流电阻，防止电流过大烧坏数码管五．系统测试

5.1 电路的测试方案：

1）手动脉冲：将脉冲的输出端接到示波器，观察是否有脉冲产生

2）计数芯片：输入手动的脉冲，观察进位和借位信号输出（发光二极管）

3）数码管测试：将信号发生器输出的5V电压正输出端加在数码管VCC引脚上，负端分别加在每一段的引脚上，观察数码管是否每一段都能正常发光

4）外部输入脉冲：在该模块上接5V的电源输入，将输出接到示波器观察。

5）加减选通开关：用示波器分别测加减选通开关的两个输出，观察是为一个为脉冲，另一个为高电平

5.2 测试仪器

5.3 测试结果及分析

结果1:按键1（选择加法），按键2（选择手动脉冲）；

每按一下按键数码管加1，当加到9，再按一下按键，进位信号灯闪烁一下。实现十进制加法循环计数。

结果2：按键1（选择减法），按键2（选择手动脉冲）；

每按一下按键数码管减1，当减到0，再按一下按键，借位信号灯闪烁一下。实现十进制减法循环计数。

结果3：按键1（选择加法），按键2（外部脉冲）；

数码管以大约1S的速度十进制加法循环计数。当数字从9跳到零的过程中，进位信号灯闪烁一下。

结果4：按键1（选择减法），按键2（外部脉冲）

数码管以大约1S的速度十进制减法循环计数。当数字从0跳到9的过程中，借位信号灯闪烁一下。

结果5：输入置数数据，选通置数按键，数码管上显示置的数字

结果6：选通清零按键，数码管上显示为0

4.4测试结果分析

测试结果1：满足实验要求中的加法计数，有进位指示；满足了设计要求1、2、4、5、7。测试结果2：满足实验要求中的减法计数，借位指示；满足了设计要求1、2、4、5、7。测试结果3和测试结果4：满足有外部计数脉冲输入，频率大约为1HZ,且频率可调；满足了设计要求1、 2、 4、 5 、 8 、9。

测试结果5：满足实验要求中预置功能，能预置0到9；满足了设计要求6。

测试结果6: 满足实验要求中清零功能；满足了设计要求3。