設(shè)計(jì)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器--數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)用74LS161設(shè)計(jì)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器學(xué)院：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：電氣工程學(xué)院電自1418劉科28用74LS161設(shè)計(jì)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器摘要計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來(lái)及脈沖數(shù)，還常用作數(shù)子系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能。目前，無(wú)論是TTL還是CMOS集成電路，都有品種較齊全的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器。使用者只要借助于器件手冊(cè)提供的功能和工作波形圖以及引出端的排列，就能正確運(yùn)用這些器件。計(jì)數(shù)器在現(xiàn)代社會(huì)中用途中十分廣泛，在工業(yè)生產(chǎn)、各種和記數(shù)有關(guān)電子產(chǎn)品。如定時(shí)器，報(bào)警器、時(shí)鐘電路中都有廣泛用途。在配合各種顯示器件的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，擴(kuò)展更多

2、功能。利用兩片74LS161分別作為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的高位和低位，分別與數(shù)碼管連接。把其中的一個(gè)通過(guò)一個(gè)與門(mén)器件構(gòu)成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，另一個(gè)芯片構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）和六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）均采用反饋清零法利用兩個(gè)74LS161構(gòu)成。當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)器從1001計(jì)數(shù)到0000時(shí)，十位計(jì)數(shù)器要計(jì)數(shù)一次，可通過(guò)兩芯片之間級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。使用200HZ時(shí)鐘信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。根據(jù)設(shè)計(jì)基理可知，計(jì)數(shù)器初值為00，按遞增方式計(jì)數(shù)，增到59時(shí)，再自動(dòng)返回到00。關(guān)鍵字：60進(jìn)制，計(jì)數(shù)器，74LS161，級(jí)聯(lián)目 錄第1章 概述11.1 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)目的11.2 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)組成1第2章 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

3、描述22.1 74LS161的功能22.2 方案框架3第3章 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與仿真43.1 基本電路分析設(shè)計(jì)43.2 計(jì)數(shù)器電路的仿真6第4章 總結(jié)8 第1章 概述計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來(lái)及脈沖數(shù)，還常用作數(shù)子系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能。計(jì)數(shù)器種類(lèi)很多。按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來(lái)分，有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。根據(jù)計(jì)數(shù)制的不同，分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。根據(jù)計(jì)數(shù)器的增減趨勢(shì)，又分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器。還有可預(yù)制數(shù)和可變程序功能計(jì)數(shù)器等等。目前，無(wú)論是TTL還是CMOS集成電路，都有品種較齊

4、全的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器。使用者只要借助于器件手冊(cè)提供的功能和工作波形圖以及引出端的排列，就能正確運(yùn)用這些器件。計(jì)數(shù)器在現(xiàn)代社會(huì)中用途中十分廣泛，在工業(yè)生產(chǎn)、各種和記數(shù)有關(guān)電子產(chǎn)品。如定時(shí)器，報(bào)警器、時(shí)鐘電路中都有廣泛用途。在配合各種顯示器件的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，擴(kuò)展更多功能。1.1 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)目的(1)每隔1s，計(jì)數(shù)器增1；能以數(shù)字形式顯示時(shí)間。(2)熟練掌握計(jì)數(shù)器的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。(3)計(jì)數(shù)器間的級(jí)聯(lián)。(4)不同芯片也可實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制。1.2 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)組成(1)用兩個(gè)74ls161芯片和門(mén)電路元件實(shí)現(xiàn)。(2)當(dāng)定時(shí)器遞增到59時(shí)，定時(shí)器會(huì)自動(dòng)返回到00顯示，然后繼續(xù)計(jì)時(shí)。(3)本設(shè)計(jì)主要設(shè)備是

5、兩個(gè)74LS161同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并且由200HZ、5V電源供電。(4)兩個(gè)芯片間的級(jí)聯(lián)。第2章 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)描述2.1 74LS161的功能74LS161為4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。圖2-1是它的管腳排列圖，其中是異步清零端，是預(yù)置數(shù)控制端，D3 D2 D1 D0是預(yù)置數(shù)輸入端，CTt和CTp是計(jì)數(shù)使能端，CO是進(jìn)位輸出端（CO=Q3 Q0）。 圖2-1 74LS161的管腳排列圖表2-1是74LS161的功能表，由表可知，74LS161具有以下功能：表2-1 74LS161的功能表輸入輸出CTt CTpCPD3 D2 D1 D0Q3 Q2 Ql Q0011110111 0 01

6、1 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0D3 D2 D1 D0保持保持計(jì)數(shù)（1）異步清零。當(dāng)0時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，不論有無(wú)時(shí)鐘脈沖CP，計(jì)數(shù)器輸出將被直接置零（Q3Q2QlQ00000），稱(chēng)為異步清零。（2）同步預(yù)置數(shù)。當(dāng)1、0時(shí)，且在輸入時(shí)鐘脈沖CP上升沿的作用下，輸入端的數(shù)據(jù)D3 D2 D1 D0被置入計(jì)數(shù)器的輸出端，即Q3Q2QlQ0D3 D2 D1 D0。由于這個(gè)操作要與CP上升沿同步，所以稱(chēng)為同步預(yù)置數(shù)。（3）保持。當(dāng)1，且CTtCTp0時(shí)，不論有無(wú)CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有的狀態(tài)不變。（4）計(jì)數(shù)。當(dāng)CTtCTp1時(shí)，在CP端輸入計(jì)數(shù)脈沖，74161處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，其

7、狀態(tài)表與表1 相同。2.2方案框架 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器個(gè)位和十位的實(shí)現(xiàn)：利用兩片74LS161分別作為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的高位和低位，分別與數(shù)碼管連接。把其中的一個(gè)通過(guò)一個(gè)與門(mén)器件構(gòu)成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，另一個(gè)芯片構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）和六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）均采用反饋清零法利用兩個(gè)74LS161構(gòu)成。在計(jì)數(shù)過(guò)程中，不管74LS161輸出處于哪一狀態(tài)，只要異步清零輸入端出現(xiàn)低電平，74LS161的輸入端立即返回到0000狀態(tài)。清零信號(hào)消失后，74LS161又從0000狀態(tài)開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。這種方法即為反饋清零法。 計(jì)數(shù)器十位的計(jì)數(shù)要求:當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)器從1001計(jì)數(shù)到0000時(shí)，十位計(jì)數(shù)器要計(jì)數(shù)一

8、次，可通過(guò)兩芯片之間級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。 使用200HZ時(shí)鐘信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。根據(jù)設(shè)計(jì)基理可知，計(jì)數(shù)器初值為00，按遞增方式計(jì)數(shù)，增到59時(shí)，再自動(dòng)返回到00。圖2-2為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的總體框圖。 圖2-2 系統(tǒng)總體框圖第3章 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與仿真3.1基本電路分析設(shè)計(jì)（1）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）電路：計(jì)數(shù)器應(yīng)從0000狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)谑畟€(gè)CP脈沖出現(xiàn)時(shí)，即1010狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)應(yīng)立即返回到0000狀態(tài)。需要說(shuō)明的是，電路是在進(jìn)入1010狀態(tài)后立即被置成0000狀態(tài)。如圖3-1所示電路，Q3、Ql作為反饋信號(hào)接到與非門(mén)的輸入端，與非門(mén)的輸出端與74LS161的清零端相連。 圖3-1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)

9、器（個(gè)位）（2）六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）電路：計(jì)數(shù)器應(yīng)從0000狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)CP脈沖出現(xiàn)時(shí)，即0110狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)應(yīng)立即返回到0000狀態(tài)。需要說(shuō)明的是，電路是在進(jìn)入0110狀態(tài)后立即被置成0000狀態(tài)。如圖3-2所示電路，Q3、Q2作為反饋信號(hào)接到與非門(mén)的輸入端，與非門(mén)的輸出端與74LS161的清零端相連。圖3-2 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）（3） 來(lái)自個(gè)位的進(jìn)位電路：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）的輸出端Q1、Q2接到與門(mén)的輸入端，與門(mén)的輸出端與六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）相連。當(dāng)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（個(gè)位）計(jì)數(shù)到1001狀態(tài)時(shí)，六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）ET端接收到1信號(hào)，此時(shí)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器（十位）處于保持狀態(tài)，當(dāng)下一個(gè)C

10、P脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器（個(gè)位）和計(jì)數(shù)器（十位）同時(shí)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，緊接著計(jì)數(shù)器十位ET端接收到0信號(hào)，繼而保持新的狀態(tài)。來(lái)自個(gè)位的進(jìn)位電路如圖3-3所示。圖3-3 來(lái)自個(gè)位的進(jìn)位電路（4）時(shí)鐘脈沖電路 圖3-4 時(shí)鐘脈沖電路（5）選定儀器列表表3-1 儀器列表儀器名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量用途同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161N2片級(jí)聯(lián)構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器與非門(mén)7400N2個(gè)輔助設(shè)計(jì)構(gòu)成其他計(jì)數(shù)器與門(mén)7408J1個(gè)輔助設(shè)計(jì)構(gòu)成個(gè)位進(jìn)位電路共陰極顯示器DCD-HEX2只顯示數(shù)字計(jì)數(shù)電壓源Vcc +5v1個(gè)提供電壓時(shí)鐘脈沖+5V 200Hz1個(gè)提供時(shí)鐘脈沖電壓（6）譯碼顯示電路圖3-5 譯碼顯示電路綜上所述，可設(shè)計(jì)

11、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路如圖3-6所示。圖3-6 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器3.2 計(jì)數(shù)器電路的仿真進(jìn)入Multisim12.0界面，選擇放置元件，按照電路圖進(jìn)行線路連接，同時(shí)標(biāo)明所需參數(shù)值，確認(rèn)電路無(wú)誤后，即可單擊仿真按鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的仿真工作。觀察結(jié)果看是否與理論分析的預(yù)測(cè)結(jié)果相同。如圖3-7所示為該六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的仿真圖。圖3-7 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路仿真圖第4章 總結(jié) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中我查閱了大量的資料，了解了許多關(guān)于計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題，進(jìn)一步理解了各種元器件的使用方法。這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多，不僅掌握了簡(jiǎn)單的電子電路的設(shè)計(jì)與制作，也掌握了畢業(yè)設(shè)計(jì)寫(xiě)作的方法和格式。在制作電路時(shí)，我深深體會(huì)到連接電路時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)，每一步驟都要認(rèn)真分析。本次課程設(shè)計(jì)也反映出很多問(wèn)題，比如競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象是很常見(jiàn)的，并且消除此現(xiàn)象并不是很容易，尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電路而言，往往消除了一處競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，又產(chǎn)生了另一處，此問(wèn)題需要我以后多加注意。 本設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，較為容易仿真成功。從本次課程設(shè)計(jì)中使我獲益匪淺，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要用心面對(duì)每一個(gè)問(wèn)題，通過(guò)不斷的努力去解決這些問(wèn)題.在解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的同時(shí)自己也在其中有所收獲。首先使我對(duì)數(shù)電這門(mén)課程有了更深的體會(huì)，通過(guò)對(duì)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)使我將