計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

摘要：在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，數(shù)字電路以其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可靠、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)步入到了我們?nèi)粘Ｉ钪?。文章所設(shè)計(jì)電路由NE555多諧振蕩器提供振蕩源，74192進(jìn)行計(jì)數(shù)和進(jìn)位，CD4511將74192提供的BCD碼譯碼成七段碼并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，實(shí)現(xiàn)從0～99計(jì)數(shù)的數(shù)字電路。由NE555集成電路組成的多諧振蕩器具有頻率穩(wěn)定，電路簡(jiǎn)單，時(shí)鐘脈沖信號(hào)比較準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；NE555；74292；CD4511

中圖分類(lèi)號(hào)：TH724 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—8937（2012）23—0018—02

1 計(jì)數(shù)器工作原理

本電路由NE555多諧振蕩器產(chǎn)生方波，頻率為1Hz，形成振蕩源提供74192進(jìn)行計(jì)數(shù)和進(jìn)位、CD4511將74192提供的BCD碼譯碼成七段碼并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，兩級(jí)累加實(shí)現(xiàn)從0～99計(jì)數(shù)的數(shù)字電路，電路原理如圖1所示。

2 計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)

本計(jì)數(shù)器由555定時(shí)器組成時(shí)鐘脈沖振蕩器頻率穩(wěn)定，從而使計(jì)數(shù)比較準(zhǔn)確，能實(shí)現(xiàn)正計(jì)數(shù)或倒計(jì)數(shù)，電路簡(jiǎn)單可靠性高，操作簡(jiǎn)便。

3 覆銅板圖及實(shí)物圖

使用PROTEL99 SE軟件，制作覆銅板圖，打印到熱轉(zhuǎn)印紙成圖，并熱轉(zhuǎn)印到覆銅板，將覆銅板放置三氯化鐵溶液內(nèi)腐蝕后，打孔焊接。電路安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，示波器測(cè)試555震蕩電路周期正常，安裝加、減計(jì)數(shù)器和譯碼器集成塊，通電試車(chē)，如圖2、圖3所示。

4 功能電路分析

4.1 NE555構(gòu)成時(shí)鐘脈沖震蕩器

①秒脈沖震蕩電路工作原理。如圖4所示，當(dāng)接通電源時(shí)，由于電容兩端的電壓不能突變，低電平觸發(fā)端2腳為低電平，輸出端3腳為低電平。電源通過(guò)電阻R1和電阻R2對(duì)電容C充電電容電壓充到電壓電源2/3時(shí)，高電平觸發(fā)端6腳為高電平，輸出端3端為低電平。同時(shí)放點(diǎn)（接7腳）導(dǎo)通，電容器經(jīng)過(guò)電阻R2放電。當(dāng)電容器電壓下降到電源電壓1/3時(shí)，輸出端3腳為高電平。電容器放電停止，電源通過(guò)電阻R1和R2再次對(duì)電容C充電，如此反復(fù)，形成震蕩，輸出連續(xù)矩形脈沖。

②555管腳功能。555管腳功能如表1所示。

經(jīng)計(jì)數(shù)得出：當(dāng)R1=15 kΩ，R2=68 kΩ，C=10 uF時(shí)T=1 s。

4.2 CD4511使用說(shuō)明

CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼——七段碼譯碼器，如圖5所示，特點(diǎn)如下：具有BCD轉(zhuǎn)化、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，輸出電流達(dá)25 mA，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器件。

管腳3為測(cè)試輸入端，為低電平時(shí)，譯碼輸出全為到電平，7個(gè)發(fā)光段全亮，正常譯碼時(shí)應(yīng)接高電平；管腳4為消隱輸入端，低電平時(shí)，譯碼輸出全為低電平，7個(gè)發(fā)光段全滅，正常時(shí)應(yīng)接高電平；管腳5為鎖存輸入端，為高電平時(shí)，譯碼器處于鎖定狀態(tài)，不能正常譯碼，正常譯碼時(shí)應(yīng)接低電平；CD4511的輸出電流達(dá)25 mA，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器件。

4.3 74192使用說(shuō)明（圖6）

74192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入功能、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)功能、異步并行置數(shù)功能、保持功能和異步清零功能。如圖6所示，其特點(diǎn)如下：電路可進(jìn)行反饋，而很容易的被級(jí)聯(lián)。即把借位輸出端和進(jìn)位輸出端分別反饋到后級(jí)計(jì)數(shù)器的減計(jì)數(shù)輸入端和加計(jì)數(shù)輸入端上即可。

異步清零：14腳為1時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)清零；預(yù)置數(shù)據(jù)：11腳為0 時(shí)，輸出端Q0～Q2隨輸入端P0～P3一起變化；同步計(jì)數(shù)：當(dāng)14腳為0，11腳為1 時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，CP脈沖上升沿有效；加法計(jì)數(shù)：CPU是加法脈沖計(jì)數(shù)輸入端，12腳為0時(shí)進(jìn)位輸出信號(hào)；減法計(jì)數(shù)：CPD時(shí)減法脈沖計(jì)數(shù)輸入端，13腳為0時(shí)借位輸出信號(hào)；Q0～Q3輸入，輸出電流為1 mA，20 mA；P0～P3輸入，輸出電流為20 uA，0.6mA。

4.4 數(shù)碼管使用說(shuō)明

數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極（COM）的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管。在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。

本例采用共陽(yáng)七段數(shù)碼管作為數(shù)據(jù)顯示，按數(shù)碼管技術(shù)參數(shù)規(guī)定，工作電流為靜態(tài)，總電流80 mA（每段10mA）；動(dòng)態(tài)，平均電流4～5 mA，峰值電流100 mA。設(shè)計(jì)中，各筆畫(huà)段及小數(shù)點(diǎn)段需考慮限流。

5 應(yīng)用的范圍

本文所設(shè)計(jì)電路可用于計(jì)時(shí)（計(jì)時(shí)時(shí)間=震蕩頻率×數(shù)碼管顯示的數(shù)值）。若對(duì)電路的振蕩器部分稍微改造，可用于產(chǎn)品的計(jì)數(shù)。

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