单步连续可逆不循环一位十进制计数器.doc

丽 水 学 院 课程设计与制作报告 题 目 单步/连续可逆不循环一位十进制计数器 指导教师 院 系 计算机与信息工程学院 专 业 电子信息工程专业 班 级 电信092 本 学 号 姓 名 2011年6月30日一．设计课题： 单步/连续可逆不循环一位十进制计数器 二．课程设计目的： （1）巩固所学的相关理论知识； （2）实践所掌握的电子制作技能； （3）完成一个实际的电子产品；进一步提高分析问题、解决问题的能力。 三．设计要求 单步/连续可逆不循环一位十进制计数器，由一个加/减控制开关切换加法与减法计数方式，由一个按键控制单步/连续计数方式。 当一个人以正常节奏按动按键时，计数器以单步方式计数，当按住按键时间持续超过2S时，计数器自动进入连续计数方式，松开按键停止计数；计数器自动计数的速率应以人能够分辨出显示数字为限。 设计方案 设计方案框图如图3—1所示： 图3-1 设计方案框图 各部分功能实现： 1.单步/连续控制按键：短按时，选择单步计数方式；长按时，选择连续计数方式。 2.单脉冲发生器部分：由CD4013和相应的电阻、电容构成单稳态电路，产生单次脉冲。 3.连续时钟发生器部分：由555和相应的电阻、电容构成多谐振荡电路，产生连续计数脉冲。 4.可逆不循环一位BCD码计数器：由CD4510进行计数，与非门和或非门控制CD4510的 Cin 端，使加法计数到9自动停止，减法计数到0自动停止。 译码器：由CD4511实现译码功能。 显示：用一个七段数码管显示一位十进制。 加/减开关：用一个单刀双掷开关控制CD4510的端，切换加减功能。 五．电路原理和参数计算 由上述的设计方案得到以下的电路原理图3-2和图3-5： 通过得出的原理图进行详细的分析并对各参数进行运算，得到相应的标称值。 图3-2 单步/连续脉冲产生电路 电路分析： 图3-2为单步/连续计数脉冲产生电路。其中CD4013和、构成单稳态触发器，=1是稳态，=0是暂稳态。若=0时，=1 ，高电平经向充电，端电压上升，CMOS逻辑电路的阈值电压为，当电压上升到2.5V时，D触发器状态自动转换为=1。由于D触发器的D端接地，所以每次按下按键，D触发器复位，=0，经过定时时间后，=1，输出一个负脉冲，等待下次触发。这里规定定时时间应该小于一般人连续两次按下按键的时间间隔。通过上述的分析，我们可以画出这个过程的波形，图3-3是CD4013构成的单稳态电路的各点电压波形： 图3-3 单次脉冲产生电路的电压波形图 通过观察原理图3-2和波形图3-3，得到定时时间的公式： (3-1) 这里取=0.1S，=10uF，从而由式(3-1)计算出R5约为14.493KΩ,取标称值15KΩ 。由555定时器构成多谐振荡电路，产生连续计数脉冲。电容C1上的电压将在和之间往复振荡，和555定时器的输出端3脚电压波形如图3-4所示： 图3-4 连续脉冲产生电路的电压波形图 由原理图3-2和波形图3-4可以得到振荡周期的计算公式： (3-2) (3-3) (3-4) 振荡周期T的选择应以人能分辨出数码管显示数字为限，这里取T=0.3S，=10uF，由于555构成了多谐振荡电路，则与相等，从而由式（3-4）计算得出=14.493KΩ，取标称值15KΩ。 由、、、、和构成单步/连续计数自动转换电路。未按下时，与非门的一个输入端经和接地为低电平，关闭与非门，使连续计数时钟不能通过，同时输出高电平打开与非门，使单步计数脉冲通过。如果按下时间较短，与非门不打开，按下时间足够长，电容开始充电，当上电压超过阈值电压，则打开，单稳态电路进入稳态，使打开，连续计数脉冲输出。其中电容充电至上的电压到达阈值电压，所需的时间的计算公式为： (3-5) 这里规定应该大于一般人连续两次按下按键的时间间隔。本电路取=2S，从而由