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两位十进制显示器


五邑大学
数字电路课程设计报告
题 目:两位十进制计数显示器

院 专 学

系 业 号

信息工程学院 通信工程

学生姓名 指导教师 报告日期 2011 年 5 月

一、设计任务与要求
本设计主要采用芯片有 555 定时器、74162 计数器、7448 七段字形译码器, 以及七段 LED 数码管。能过以上元器件的组合,构成一个两位十进制计数显示 器,实现循环依序显示 0~99 的数字。

二、课题分析与方案
根据实验要求,首先使用 555 定时器构成多谐振荡器,选择合适的电容电阻 产生—方波脉冲作为时钟信号,将此信号输入到 74162 计数器中,编译成—4 位 十进制信号输出,经显示驱动芯片 7448 译码—7 位输出信号驱动七段 LED 显示 器,使其从 0~9 循环显示字形。

图 1 电路组成框图

三、电路设计
1.总电路原理
电路设计的原理图如图 2 所示[2]。 电路工作原理: (1)先把 555 定时器时钟的 2,6 脚相连并通过电容 C2 接地,并同时通 过 R16 接到 7 脚,7 脚通过 R15 接电源 Vcc,构成多谐振荡器。用以产生方波时 钟信号。电路中,R15、R16、C2 是定时元件。 (2)时钟信号分别输入到两个 74162 芯片的 2 脚,分别产生个位与十位 计数计数。个位 74162,使 CEP、CET(状态控制端) 、PE(置数端) 、SR(清 零端)接高电平,使之计数;而十位的 74162 与个位共用相同的时钟,PE、 SR 高电平,CET,CTP 接个位的进位信号 TC。当个位的 TC 进位信号来的时候, 使 CEP、CET 变高电平,CLK 到来的时候,可实现进位计数!没有进位的时候 保持,输出端接译码电路。 (3)译码电路构成,使用两块 7448 芯片对计数器的个位与十位输出进 行译码。个位和十位的 7448 的灯 LT(测试端) 、灭零端(RBI) 、BI/RBI(动 态输出端)均接高电平,实现正常译码。输出端接上接电阻,以增加共阴数 码管的亮度。

图 2、总电路原理图

2.各模块数字逻辑: (1)555 定时器
表 1NE555 功能表 脚号 1 2 3 4 脚名 GND Trigger Output Reset 功能 地 触发 输出 复位 脚号 5 6 7 8 脚名 Control Voltuage Threshold Discharge Vcc 功能 控制电压 阈值 放电端 电源

555 定时器是一种用途很广的集成电路,如表 3 所示,可以构成施密特

触发器、单稳态触发器和多谐振荡器,都是利用 R、C 元件构成的脉冲电路, 分析的关键就是电容的充放电, 关键的连线点事是与电容相连的元件输入端。 多谐振荡器的接法如上原理图: 1) 当复位端 RD 为低电平时,不管其它输入端的状态如何,输出 VO 为低电 平。因此在正常工作时,应将其接高电平。 2) 当输入 VI 1 大于 2/3VCC 时,VI 2 大于 1/3VCC 时,比较器 C1 输出 R 为 低电平, 比较器 C2 输出 S 为高电平, 基本 RS 触发器被置 0, 放电三极管 T 导通, 输出端 VO 为低电平; 3)当输入 VI 1 小于 2/3VCC 时,VI 2 小于 1/3VCC 时,比较器 C1 输出高电 平,C2 输出低电平,RS 触发器被置 1,放电三极管 T 截止,输出端 VO 为高电平; 4)当输入 VI 1 小于 2/3VCC 时,VI 2 大于 1/3VCC 时,基本 RS 触发器 R=1, S=1,触发器状态不变,电路亦保持原状态不变。

图 3 电压波形图

1 Vcc ? Vcc 3 参数计算;充电时间 T 1 = ( R16 + R15 )C 2 ln = ( R16 + R15 )C 2 ln 2 2 Vcc ? Vcc 3 =0.707s 2 0 ? Vcc 3 放电时间 T 2 = R16 C 2 ln = R16 * C 2 ln 2 1 0 ? Vcc 3 =0.353s 1 振荡周期:T=T1+T2=1.06s,振荡频率 f= =0.94Hz T

(2)74162 计数器;

图 4 计数器 表 2 74162 真值表

74162 是十进制同步计数器,功能表如表 2 所示。当清零端 SR 为低电平时, 在时钟上升沿作用下实现同步清零。当置数端 PE 为低电平时,在时钟上知沿作 用下实现同步置数。SR,PE 为高电平,CEP 或 CET 为低电平时,保持结果。当 CEP、CET,PE,SR 同时为高电平时,在时钟上升沿作用下 Q0—Q3 输出计数 结果。当计数器计到 9 时,进位输出端 TC 输出高电平。 (3)7448 是共阴数码管译码器: 功能表如表 3 所示,灯测试输入端(LT)输入电平时,输出端均为高电平; 动态灭零输入端(RBI)输入低电平且输入的码为 0000 时,本应显示的“0”不 显示,灭灯输入/灭零输出(BI/RBO)端,有输入功能又有输出功能,它输入低 电平时,无论其他端口是何种状态,显示器熄灭;当输出端时,若输入码 0000, 且 RBI 为低电平,则输出低电平。

表 3 7448 真值表

3.电路 PCB 图:

图 5 PCB

PCB 图使用 Altium Designer 软件来完成, 元件分布还算合理, 电路板的面积 不大,由于所使用的数码管尺寸较小,给布线造成比较大难度,到最后还是不得 不加上三条飞线,造成不太美观,布线能力有待加强。

4.仿真分析:

图 6 计数器仿真电路图

图 7 个位仿真结果

图 8 十位仿真结果

使用 Quartus II 软件进行仿真,把两个 74162 的各个输出端排好高位 和低位,群组成两项。图中 geiwei 表示个位输出,shiwei 表示十位输出, 图 6 可看出个位能由 0 到 9 循环变化,图 7 则可依看出个位能进位到十位, 并能实现 99 跳回 0, 由仿真结果可以看出, 计数器能实现循环依序输出 0~99 的数字。

四、焊接调试记录
原先把 5V 电源接入电路排针,便可观察到数码管个位,十位都显示 0,并 开始计数,由 0 到 99 再跳 0。在验收图中发现在上电的瞬间有出现乱码现象,

经过检查数码管的焊接、7448 和 74162 的检查,最终发现是 74162 出现问题, 在跟换 74162 之后,在上电检查再无上述的问题!

五、小结:
这次的数字电路课程设计做的是两位十进制计数显示器,涉及的内容包括: 如何使用 555 定时器构成多谐振荡器;使用 74162 构成十进制计数器;7448 与 共阳数码管的使用,PCB 制作等等。主要考查了是我们对 555 定时器,74162 等 数字电路逻辑设计基本元件的熟悉程度、对他们的组合使用以及动手能力。 这是我第一次使用 555 定时器和 74162,通过这次的课程设计,我熟悉了设 计任意进制的计数器,对如何进位问题一直疑惑,到 EDA 课上才受到启发,利用 TC 与 CEP,CET 相连来控制进位;对 555 定时器的使用也有了新的认识,以前总 以为 555 定时器最大作用是用来滤波,整形,延时,经过这次之后发现也可以当 时钟使用,这次因为用到的元件比较多,并且芯片的管脚很多,给 PCB 的布先制 造了很大麻烦,不过经过两天努力,还是完成了任务;在做电路板以及调试工程 中没有遇到很大问题,比较顺利的完成这次课程设计。经过这次数字电路课程设 计,我得到经验是,要想比较好的完成电子类的设计,必须是建立在充分理解电 路,掌握元件特性以及过硬的动手能力上!

六、参考文献:
[1]徐秀平. 《数字电路与逻辑设计》. 电子工业出版社. 2010 [2]吴勇. 《常用电子元器件简明手册》. 机械工业出版社 . 2010 [3]汤山俊夫. 《数字电路设计》. 科学出版社 . 2006 [4] 张义和 . 《AltiumDesigner 完全电路设计—电路图篇》. 机械工业出版社 . 2007 [5] 张义和 . 《AltiumDesigner 完全电路设计—电路板篇》. 机械工业出版社 . 2007



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