24进制计数器设计

湖南人文科技学院课程设计报告课程名称：电子技术基础课程设计设计题目：24进制数字电子钟时计器、译码显示电路系别：专业：班级：学生姓名:学号：起止日期:2009/06/01————2009/06/18指导教师:教研室主任：摘要24进制数字钟是一种用数字电路技术实现时计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性。

此次设计与制作24进制电子数字钟时计数、译码、显示电路需要了解组合逻辑电路和时序逻辑电路；了解集成电路的引脚安排；了解各种时计数、译码芯片的逻辑功能及使用方法；了解数字钟的原理。

本次设计是基于24进制电子数字钟的原理，实现具有24进制清零功能的电子钟，它主要由脉冲、10进制加法器74LS160、译码器74LS48、共阴极LED数码管等四个模块构成。

脉冲本利用555设计一个多谐振荡器，但由于制板受单面板限制，故撤销了555设计的多谐振荡器，而直接由实验室提供脉冲。

各功能模块在QuartusⅡ软件中先由VHDL语言描述出，然后将其打包成可调用的元件，再利用原理图输入法将各模块按功能连接起来就得到顶层文件的原理图。

这时，再进行时序仿真、引脚锁定和嵌入逻辑分析仪之后，就编译下载至硬件中，选择正确的模式和各种设置后即可实现这次设计所要求的功能。

关键词：加法器;译码器;显示数码管目录设计要求 (1)前言 (1)1.方案论证与对比 (2)1.1方案一 (2)1.2方案二 (2)1.3两种方案的对比 (3)2、各功能模块设计 (3)2.1计数器电路 (3)2.2译码驱动电路 (5)2.3共阴极七段数码管显示器 (6)3、调试与操作说明 (8)3.1电路仿真效果图 (8)3.2P ROTEL电路印刷板原理图及印刷板制版电路图 (9)3.3实际电路系统的制作及测试 (10)3.4电路板的测试情况、参数分析与实际效果 (10)4、心得与体会 (11)5、元器件及仪器设备明细 (12)6、参考文献 (13)7、致谢 (14)24进制电子数字钟时计数、译码器、显示电路设计要求时间以24秒为一个周期，具有自动清零功能。

前言24进制电子数字钟是实现具有24进制清零功能的电子钟，它主要由脉冲、10进制加法器74LS160、译码器74LS48、共阴极LED数码管等四个模块构成。

通过找课外书,上网查找有关该课题方面的知识,将课题提交给指导老师,同指导老师讨论后课题可行。

自学Multisim9和Protel软件的操作,并进行了防真实验,在11号到15到学习制作印刷板并把领来的元器件装上电路板,15号以后调试及写课程设计报告,在这过程中主要要掌握计数、译码和显示原理的学习及焊接技术。

1.方案论证与对比1.1 方案一一、如图1所示：首先由实验室提供震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS160采用同步清零法组成二十四进制时计数器，使用74LS48为驱动器，共阴极七段数码管作为显示器。

图1 方案一结构图1.2 方案二二、如图2所示：首先由实验室提供震荡周期为一秒的标准秒脉冲，由74LS160采用异步清零法组成二十四进制时计数器，使用74LS48为驱动器，共阴极七段数码管作为显示器。

图2 方案二结构图1.3 两种方案的对比相同点：两方案都正确，而且他们的基本的设计思想相同。

不同点：同步计数器中各个触发器都受同一个时钟脉冲控制，当输入计数脉冲到来时，要更新状态的触发器同时翻转。

异步计数器中各个触发器没有统一的时钟脉冲，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其他的触发器输出用作时钟脉冲，当输入计数脉冲到来时，要更新状态的触发器，有的先翻转，有的后翻转。

再者我们对异步清零电路更加了解。

综合以上考虑我们选择第二种方案。

2、各功能模块设计2.1 计数器电路集成计数器一般都设置有清零输入端和置数输入端，而且无论是清零还是置数都有同步和异步之分。

有的集成计数器采用同步方式，即当CP触发沿到来时才能完成清零或置数任务；有的集成计数器则采用异步方式，即通过触发器的异步输入端来直接实现清零或置数，与CP信号无关。

本设计采用具有2片十进制同步加法计数器74LS160（图2-1-1）、一片与非门74LS00（图2-1-2）和一片非门74LS04（图2-1-3）。

由外加送来的进位脉冲送入个位计数器，电路在进位脉冲的作用下按二进制自然序依次递增1，当计数到24，这显示器个位输出0011（也就是3），显示器十位输出0010（也就是2），显示器十位计数器只有QC 端有输出，显示器个位计数器只有QB端有输出，将QC、QB端接一个二输入与非门，与非门输出一路先送入十位计数器的清零端然后取反送入或非门的另一个输入端，输出接显示器个位计数器的清零端，其每10秒清零并向显示器十位计数器送进位脉冲，当十位输出为二，显示器个位输出为3时，将整个电路清零，完成24秒的显示。

其计数器的原理图（图2-1-4）。

图2-1-1 74LS160引脚图图2-1-2 74LS00引脚图图2-1-3 74LS04引脚图图2-1-4 24进制计数器原理图2.2 译码驱动电路译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

常用的7段译码驱动器属TTL 型的有74LS47、74LS48等，CMOS型的有CD4055液晶显示驱动器等。

74LS47为低电平有效，用于驱动共阳极的LED显示器，因为74LS47为集电极开路（OC）输出结构，工作时必须外接集电极电阻。

74LS48为高电平有效，用于驱动共阴极的LED显示器，其内部电路的输出级有集电极电阻，使用时可直接接显示器。

本设计选择74LS48（图2-2-1）作为译码驱动器。

图2-2-1 74LS48引脚图74LS48七段译码驱动器功能表如下（图2-2-2）：图2-2-2 74LS48功能表2.3 共阴极七段数码管显示器显示器件的种类很多,在数字电路中最常见的显示器是半导体显示器(又称为发光二极管显示器,LED)和液晶显示器(LCD),本设计采用7段LED数码显示器.7段LED数码显示器俗称数码管,其工作原理是将要显示的十进制数码分成7段,每段为一个发光二极管,利用不同发光段组合来显示不同的数字. LED的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。

74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管必须采用共阴极接法。

下图是共阴极式与共阳极式LED数码管的接线图（图2-3-1），使用时，公共阴极接地，7个阳极a到g由相应的BCD七段译码器来驱动图2-3-1 共阴极式与共阳极式LED数码管的接线图3、调试与操作说明3.1 电路仿真效果图U374LS161DQ A 14Q B 13Q C 12Q D11R C O15A 3B 4C 5D6E N P 7E N T10~L O A D 9~C L R1C L K2U474LS161DQ A 14Q B 13Q C 12Q D11R C O15A 3B 4C 5D6E N P 7E N T10~L O A D 9~C L R1C L K2U574LS48DA 7B 1C 2D 6O A 13O D 10O E 9O F 15O C 11O B 12O G14~L T 3~R B I 5~B I /R B O4U1A B C D E F GCKU2A B C D E F GCKU7A74LS00DU7B74LS00DVCC5VVCC5VU7C74LS00DGNDGND GNDVCC5VVCC5VV1500 Hz 5 VGNDU674LS48NA 7B 1C 2D6O A 13O D 10O E 9O F 15O C 11O B 12O G14~L T 3~R B I 5~B I /R B O4U8A74LS04DU8B74LS04DU8C74LS04D图3-1-1 24进制电子钟原理仿真图3.2 Protel 电路印刷板原理图及印刷板制版电路图图3-2-1电路印刷板原理图图3-2-2 印刷板制版电路图3.3 实际电路系统的制作及测试在Protel制版中，实验室条件不允许我们制作双面版，所以在制作单面版的时候由于芯块过多电脑无法完整布线，有许多线我们只能在焊接中飞线。

实际制作简述:画出上图的PCB图后，同过打印机打出铜膜走线图，打印图纸出来后,将图纸拿给老师看,经老师检查合格，老师发给我们布满铜膜的板和一张油纸,将油纸放入打印机重新打印出铜膜走线图,将打印好的图剪下来粘到板上,把它送到烧板机上通过加热把图纹印到板上,接下来就是把板放进氯化铁溶液进行对板的腐蚀,第一次腐蚀板时,因自动腐蚀机内温度未达到需要温度而使的对板的腐蚀失败,第二次我们注意了这个问题,待自动腐蚀机内温度达到50度后, 把板放进氯化铁溶液进行对板的腐蚀,大约50秒后,布满铜的板只剩下有图纹的地方有铜,其余的地方的铜均被腐蚀掉了,这时就可以将板取出到钻孔机上钻孔，待将所有的孔钻完后,此时一张 Protel印刷电路板就制作完成了,此时可以将元器件按照PCB板的布置装到印刷板上去了,后进行焊接和飞线，便可以完成电路板制造了。

在焊接中要注意的地方：掌握好焊接的温度和时间。

在焊接时，要有足够的热量和温度。

如温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固，形成虚焊；如温度过高，将使焊锡流淌，焊点不易存锡，焊剂分解速度加快，使金属表面加速氧化，并导致印制电路板上的焊盘脱落。

尤其在使用天然松香作助焊剂时，锡焊温度过高，很易氧化脱皮而产生炭化，造成虚焊。

将焊接好的电路进行调试。

将电路接到+5伏电源上，观察数码管显示是否正常。

如果显示正常，计数正确，是从00计数到23说明电路原理和安装焊接正确，设计、调试成功。

如果不是上面所说情况，说明电路存在问题，需要找出问题所在，仔细检查电路是否设计正确、是否存在虚焊、是否焊接错误等，找出错误继续调试，直到调试成功为止。

3.4 电路板的测试情况、参数分析与实际效果制作完成后，连接+5V电源和地线，加入频率为1Hz的脉冲，显示电路出现故障没有反应。

故障分析：一：在电路版腐蚀的过程中，部分线路被腐蚀掉造成线路断路；二：由于要飞的线过多，在焊接过程可能造成了虚焊；三：接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的故障。

4、心得与体会通过这次对数字钟的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念。

在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法.在连接二十四进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.通过这次对数字电子钟的设计作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作。