设计题目二：自动循环计数器
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。
译码显示电路 电源 可逆计数器 单脉冲产生 加/减控制电路
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： 1、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74LS48 TTL BCD—7段译码器/内部上拉输出驱动。采用74LS48不需要外接电阻。
确定方案：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，需要外接一个200欧姆的电阻。 2、译码显示电路的设计
74LS47的引脚见图2，74LS47的功能表如表1所示，其中，A0, A1, A2,A3为七段译码器的输入端，a—g为7段译码输出端。
+5VA1A2LTBIRBIA3A0GND12345678161514131211109+UCCabcdefgLTRBIBI abcCT74LS247来自计数器A3A2A1A0CT 74LS247defgBS204CT74LS247型译码器的外引线排列图510Ω×7七段译码器和数码管的连接图 图2 74LS47引脚图
表1 74LS47引脚功能表—七段译码驱动器功能表 十进数或功能 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 输入 LT 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 RBI 1 x x x x x x x x x A3A2A1 A0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 BI/RBO 输出 a 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 b 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 c 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 d 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 e 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 f 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 g 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 2
灭灯 灭零 试灯 x 1 0 x 0 x x x x x 0 0 0 0 X x x x 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 (1) LT：试灯输入端。 用来检验数码管的七段是否正常工作。当LT＝0时，无论A0A1A2A3为何状态，输出均为0，数码管全亮，显示“8”字。 （2）BI：灭灯输入端。 只要BI＝0，无论A0A1A2A3为何状态，输出均为1，七段全灭，无显示。
（3）RBI：灭零输入端。在/LT＝1的前提下，当/RBI＝0且输入A0A1A2A3＝0000时，译码器各段输出全为高电平，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输出，显示“0”。利用此功能可以实现对无效零进行消隐。
数码管显示原理见图3。
图3 数码管显示原理
3.2、加/减控制电路
1、方案论证
方案一：74LS191 TTL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，决定采用方案三。 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4。
3
逻辑功能示意图：
拐角3,2,6,7：数据输入端 拐角15,1,10,9：数据输出端 拐角12,13：悬空 拐角11：控制置数端 拐角14：清零端 拐角4,5：双时钟
QAQBQCQD~BO~CO1312326711~LOAD14CLR151109ABCD
54UPDOWNU1074LS192D
图4 逻辑功能示意图
3、74LS192功能表：
注：拐角14：CR 拐角11：/LD 输入 拐角14 拐角11 1 * 0 0 0 1 * * * * 1 0 1 0 * * * * 输出 A B C D QA QB QC QD 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 置0 置数 保持 逻辑功能 表2 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, CPu=CP, CPd=1, QA QB QC QD按加法计数 （3）减计数：CR=0,/LD=1, CPu=1, CPd=CP, QA QB QC QD按减法计数 5、课程设计答辩完后，发现用74LS190来实现更为简便，于是又重新设计，采用方案二，具体操作如下：
（1）集成十进制同步加／减计数器CT74LS190，逻辑功能示意图见图5。
图5 逻辑功能示意图
4
（2）74LS190功能表见表3 表3 74LS190功能表
⑶ 主要逻辑功能。
采用方案二，只需再加一个JK触发器控制74LS190加减计数翻转就可以了； 四、系统逻辑框图
3~9加法计数：
OAOBOCODOEOFOG1312111091514~LT~RBI~BI/RBOU374LS47DGND7126ABCDU6B74LS02DU8D74LS02D1920GND15161718~BO~COQAQBQCQD1312326735411~LOAD14CLRU7C15110974LS02D21GND054GNDABCDUPDOWNU974LS192D
5
3~9减法计数：
OAOBOCODOEOFOG1312111091514712622232425U5A354~LT~RBI~BI/RBOABCDU474LS47DGNDGNDU12B74LS00D2726U11A74LS00DQAQBQCQD~BO~CO131274LS02DU1074LS192D326711~LOAD14CLR151109ABCD54UPDOWNGND028 五、 总体电路设计图：
1、74Ls190:
X6U7E74LS04D12U6A74LS20DX5U7F 2.5 V74LS04DU7D74LS04D5910U6B74LS20D11U8A74LS08D67VCCX21312 2.5 V17U1DCD_HEX8X15V 2.5 V3267 2.5 V34~1PR1J1CLK1K~1Q~1CLR1QU5A5QAQBQCQD4~CTEN11~LOAD5~U/D~RCOMAX/MIN14CLKVCC5VU974LS190D16XFG1VCC126151109ABCDVCC0142VCC74LS112DVCC5V15VCC5VR113VCC0470ΩKey = C
2、工作原理：
6
由单脉冲产生单元产生的计数脉冲送至74LS190的CP端，做加法时，190的D/U端需接地，通过手动开关S2实现。加法计数当加过9时，在CC/CR端将发出一个进位正脉冲，9再加1按照题目要求应该变成3；做减法时按照题目要求3减1应该变成9，在此利用74LS298双4位2选一数据选择器将预置数据3（0011）或9（1001）选择一个数据送给190的预置数据端DCBA，实现的方法是，将加9后产生的正脉冲反相后与减法时减到2由138译码得到的负脉冲进行或运算送至298的CLK端，CLK将预置的无论加或减的预置数0011或1001数据送至190的与之数据端，298的WS端为数据选则端，即WS=1选0011加法预置数，WS=0选1001减法预置数。
2、74Ls192：
7
五、 仿真电路安装、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、由于仿真软件第一次使用，一些小的使用技巧没有掌握，经常导致译码显示器不亮。2、设计原理都清楚，一到仿真的时候就会出现问题。 3、通电检查，通电后做加法时，数码管又反应，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。 六、 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，除了满足题目要求的指标外，还补充了电源设计。 优点：电路设计比较简明，易于实现，有些内容超过了题目要求，例如，单脉冲产生部分和电源部分。
缺点：此电路的实现与设计要求有一定差距，以后再遇到设计问题，会从多个角度去考虑。 八、 收获、体会
通过这次课程设计，是我收获很大；初步掌握电子电路的计算，掌握了一点数字电路的一般设计方法，具备初步的电路设计能力。同时学会了如何通过网络资源、书刊、教材及相关的专用手册等来查阅所需资料。熟悉了常用电子器件的类型和特性并初步学会了怎样合理地选用。初步掌握了普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。提高了综合运用所学的理论知识来独立分析和解决问题的能力。进一步熟悉了电子仪器的正确使用方法。学会了如何撰写课程设计总结报告。培养自己严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。
整个设计过程从一开始不知所云到现在能动手设计和安装、调试，遇到了不少的困难，但是通过老师的精心指导和自己的刻苦努力，都一一克服了，是我深深体会到，要想将来成为一名国家的合格建设者和栋梁，需要脚踏实地，刻苦学习、努力钻研、勇攀高峰，同时也从中体会到了成功的快乐，在这里，我要向辛苦耕耘的老师说一声：老师您辛苦了，非常感谢您-----敬爱的老师！ 九、参考文献
[1]《中国集成电路大全》TTL集成电路 国防工业出版社，1985 [2]《实用电子电路手册》北京：高等教育出版社，1991
8
[3]《数字电子技术实验及课题设计》北京：高等教育出版社，1995
[4]魏立君，韩华琦.COMS4000系列60种常用集成电路的应用.北京：人民邮电出版社，1993
9
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容