數字計數裝置設計目的

① 如何設計一個帶數字電子鍾的定時器控制邏輯電路

一、設計目的
1. 熟悉集成電路的引腳安排。
2. 掌握各晶元的邏輯功能及使用方法。
3. 了解麵包板結構及其接線方法。
4. 了解數字鍾的組成及工作原理。
5. 熟悉數字鍾的設計與製作。

二、設計要求
1．設計指標時間以24小時為一個周期；顯示時、分、秒；有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標准時間；計時過程具有報時功能，當時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時；為了保證計時的穩定及准確須由晶體振盪器提供表針時間基準信號。
2．設計要求畫出電路原理圖（或模擬電路圖）；元器件及參數選擇；電路模擬與調試；PCB文件生成與列印輸出。
3．製作要求 自行裝配和調試，並能發現問題和解決問題。
4．編寫設計報告 寫出設計與製作的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。三、設計原理及其框圖1．數字鍾的構成數字鍾實際上是一個對標准頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由於計數的起始時間不可能與標准時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到准確穩定。通常使用石英晶體振盪器電路構成數字鍾。

圖 3-1所示為數字鍾的一般構成框圖。

圖3-1 數字鍾的組成框圖⑴晶體振盪器電路

晶體振盪器電路給數字鍾提供一個頻率穩定準確的32768Hz的方波信號，可保證數字鍾的走時准確及穩定。不管是指針式的電子鍾還是數字顯示的電子鍾都使用了晶體振盪器電路。
⑵分頻器電路 分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號經32768（）次分頻後得到1Hz的方波信號供秒計數器進行計數。分頻器實際上也就是計數器。
⑶時間計數器電路 時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為12進制計數器。
⑷解碼驅動電路
解碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態，並且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。

⑸數碼管 數碼管通常有發光二極體（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設計提供的為LED數碼管。

2．數字鍾的工作原理1）晶體振盪器電路晶體振盪器是構成數字式時鍾的核心，它保證了時鍾的走時准確及穩定。圖3-2所示電路通過CMOS非門構成的輸出為方波的數字式晶體振盪電路，這個電路中，CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構成晶體振盪器電路，U2實現整形功能，將振盪器輸出的近似於正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電 阻R1為非門提供偏置，使電路工作於放大區域，即非門的功能近似於一個高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構成一個諧振型網路，完成對振盪頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構成一個正反饋網路，實現了振盪器的功能。由於晶體具有較高的頻率穩定性及准確性，從而保證了輸出頻率的穩定和准確。晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數字鍾電路而設計，其頻率較低，有利於減少分頻器級數。從有關手冊中，可查得C1、C2均為30pF。當要求頻率准確度和穩定度更高時，還可接入校正電容並採取溫度補償措施。由於CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10MΩ。較高的反饋電阻有利於提高振盪頻率的穩定性。非門電路可選74HC00。

圖3-2 COMS晶體振盪器2）分頻器電路通常，數字鍾的晶體振盪器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號輸入，需要對振盪器的輸出信號進行分頻。通常實現分頻器的電路是計數器電路，一般採用多級2進制計數器來實現。例如，將32768Hz的振盪信號分頻為1HZ的分頻倍數為32768（215），即實現該分頻功能的計數器相當於15極2進制計數器。常用的2進制計數器有74HC393等。本實驗中採用CD4060來構成分頻電路。CD4060在數字集成電路中可實現的分頻次數最高，而且CD4060還包含振盪電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計數為14級2進制計數器，可以將32768HZ的信號分頻為2HZ，其內部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，CD4060的時鍾輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現振盪和分頻的功能。圖3-3 CD4046內部框圖3）時間計數單元時間計數單元有時計數、分計數和秒計數等幾個部分。時計數單元一般為12進制計數器計數器，其輸出為兩位8421BCD碼形式；分計數和秒計數單元為60進制計數器，其輸出也為8421BCD碼。一般採用10進制計數器74HC390來實現時間計數單元的計數功能。為減少器件使用數量，可選74HC390，其內部邏輯框圖如圖 2.3所示。該器件為雙2—5－10非同步計數器，並且每一計數器均提供一個非同步清零端（高電平有效）。圖3-4 74HC390(1/2)內部邏輯框圖秒個位計數單元為10進制計數器，無需進制轉換，只需將QA與CPB（下降沿有效）相連即可。CPA（下降沒效）與1HZ秒輸入信號相連，Q3可作為向上的進位信號與十位計數單元的CPA相連。秒十位計數單元為6進制計數器，需要進制轉換。將10進制計數器轉換為6進制計數器的電路連接方法如圖3-5所示，其中Q2可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的CPA相連。
圖3-5 10進制——6進制計數器轉換電路分個位和分十位計數單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數單元完全相同，只不過分個位計數單元的Q3作為向上的進位信號應與分十位計數單元的CPA相連，分十位計數單元的Q2作為向上的進位信號應與時個位計數單元的CPA相連。時個位計數單元電路結構仍與秒或個位計數單元相同，但是要求，整個時計數單元應為12進制計數器，不是10的整數倍，因此需將個位和十位計數單元合並為一個整體才能進行12進制轉換。利用1片74HC390實現12進制計數功能的電路如圖3-6所示。另外，圖3-6所示電路中，尚余－2進制計數單元，正好可作為分頻器2HZ輸出信號轉化為1HZ信號之用。圖3-6 12進制計數器電路4）解碼驅動及顯示單元計數器實現了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示解碼電路將計數器的輸出數碼轉換為數碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示解碼電路，選用LED數碼管作為顯示單元電路。5）校時電源電路當重新接通電源或走時出現誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數通路，然後再進行人工出觸發計數或將頻率較高的方波信號加到需要校正的計數單元的輸入端，校正好後，再轉入正常計時狀態即可。根據要求，數字鍾應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數通路，並採用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖3-7所示即為帶有基本RS觸發器的校時電路，圖3-7 帶有消抖動電路的校正電路6）整點報時電路一般時鍾都應具備整點報時電路功能，即在時間出現整點前數秒內，數字鍾會自動報時，以示提醒。其作用方式是發出連續的或有節奏的音頻聲波，較復雜的也可以是實時語音提示。根據要求，電路應在整點前10秒鍾內開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。報時電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。四、元器件1．實驗中所需的器材5V電源。麵包板1塊。示波器。萬用表。鑷子1把。剪刀1把。網路線2米/人。共陰八段數碼管6個。CD4511集成塊6塊。CD4060集成塊1塊。74HC390集成塊3塊。74HC51集成塊1塊。74HC00集成塊5塊。74HC30集成塊1塊。10MΩ電阻5個。500Ω電阻14個。30p電容2個。32.768k時鍾晶體1個。蜂鳴器。2．晶元內部結構圖及引腳圖
圖4-1 7400 四2輸入與非門 圖4-2 CD4511BCD七段解碼/驅動器圖4-3 CD4060BD 圖4-4 74HC390D圖4-5 74HC51D 圖4-6 74HC303．麵包板內部結構圖
麵包板右邊一列上五組豎的相通，下五組豎的相通，麵包板的左邊上下分四組，每組中X、Y列（0-15相通，16-40相通，41-55相通，ABCDE相通，FGHIJ相通，E和F之間不相通。
五、個功能塊電路圖1． 一個CD4511和一個LED數碼管連接成一個CD4511驅動電路，數碼管可從0---9顯示，以次來檢查數碼管的好壞，見附圖5-1。圖5-1 4511驅動電路2． 利用一個LED數碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00連接成一個十進制計數器，電路在晶振的作用下數碼管從0—9顯示，見附圖5-2。圖5-2 74390十進制計數器3． 利用一個LED數碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00和一個晶振連接成一個六進制計數器，數碼管從0—6顯示，見附圖5-3。圖5-3 74390六進制計數器4． 用一個六進制電路和一個十進制連接成一個六十進制電路，電路可從0—59顯示，見附圖5-4圖5-4 六十進制電路5． 利用兩個六十進制的電路合成一個雙六十進制電路，兩個六十進制之間有進位，見附圖5-5。

圖5-5 雙六十進制電路6． 利用CD4060、電阻及晶振連接成一個分頻——晶振電路，見附圖5-6。圖5-6 分頻—晶振電路7． 利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個校時電路，見附圖5-7。圖5-7 校時電路8． 利用74HC30和蜂鳴器連接成整點報時電路。見附圖5-圖5-8 整點報時電路9． 利用兩個六十進制和一個十二進制連接成一個時、分、秒都會進位的電路總圖，見附圖5-9。

② 計數器有哪些作用。

1.定時/計數 在計算機系統、工業控制領域、乃至日常生活中，都存在定時、計時和計數問題，尤其是計算機系統中的定時技術特別重要。①定時 ②計數 ③定時與計數的關系2.頻率-聲音-音樂 從定時、計數問題還可以引出或派生出一些其他的概念和術語。例如，如果把計數和定時聯系起來，就會引出頻率的概念。如上述，採集數據的次數，再加上時間，就會引出每秒鍾採集多少次，即采樣頻率。由頻率可以引出聲音，頻率高，聲音的音調高；頻率低，聲音的音調低。如果不僅考慮發聲頻率的高低，還考慮發聲所佔時間的長短，就會引出音樂的概念。把音調的高低和發聲的長短巧妙地結合起來，便產生了美妙動聽的音樂。 所以，定時/計數技術與頻率、聲音以及音樂之間有密切的聯系，本章將對8253在發聲系統中的應用作詳細介紹。3.微機系統中的定時4.定時方法 為獲得所需要的定時，要求有準確而穩定的時間基準，產生這種時間基準通常採用兩種方法—軟體定時和硬體定時。 ↑本章概述 ↓§6.2 可編程定時計數器的工作原理

③ 計數器原理

計數是一種最簡單基本的運算，計數器就是實現這種運算的邏輯電路，計數器在數字系統中主要是對脈沖的個數進行計數，以實現測量、計數和控制的功能，同時兼有分頻功能，計數器是由基本的計數單元和一些控制門所組成，計數單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發器構成，這些觸發器有RS觸發器、T觸發器、D觸發器及JK觸發器等。計數器在數字系統中應用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數，又如在數字儀器中對脈沖的計數等等。計數器可以用來顯示產品的工作狀態，一般來說主要是用來表示產品已經完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標在於計數器的位數，常見的有3位和4位的。很顯然，3位數的計數器最大可以顯示到999，4位數的最大可以顯示到9999。計數器在數字系統中主要是對脈沖的個數進行計數，以實現測量、計數和控制的功能，同時兼有分頻功能，計數器是由基本的計數單元和一些控制門所組成，計數單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發器構成，這些觸發器有RS觸發器、T觸發器、D觸發器及JK觸發器等。 計數器在數字系統中應用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數，又如在數字儀器中對脈沖的計數等等。 計數器可以用來顯示產品的工作狀態，一般來說主要是用來表示產品已經完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標在於計數器的位數，常見的有3位和4位的。很顯然，3位數的計數器最大計數是一種最簡單基本的運算，計數器就是實現這種運算的邏輯電路，計數器在數字系統中主要是對脈沖的個數進行計數，以實現測量、計數和控制的功能，同時兼有分頻功能，計數器是由基本的計數單元和一些控制門所組成，計數單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發器構成，這些觸發器有RS觸發器、T觸發器、D觸發器及JK觸發器等。計數器在數字系統中應用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數，又如在數字儀器中對脈沖的計數等等。計數器可以用來顯示產品的工作狀態，一般來說主要是用來表示產品已經完成了多少份的折頁配頁工作。

④ 數字鍾的設計報告怎麼寫

題目：多功能數碼種的設計

一、設計目的

數字鍾是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械式時鍾相比具有更高的准確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

數字鍾從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。

因此，我們此次設計數字鍾就是為了了解數字鍾的原理，從而學會製作數字鍾.而且通過數字鍾的製作進一步的了解各種在製作中用到的中小規模集成電路的作用及實用方法.且由於數字鍾包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法.

三、原理框圖

1．數字鍾的構成

數字鍾實際上是一個對標准頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由於計數的起始時間不可能與標准時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到准確穩定。通常使用石英晶體振盪器電路構成數字鍾。

（a） 數字鍾組成框圖

2．晶體振盪器電路

晶體振盪器電路給數字鍾提供一個頻率穩定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數字鍾的走時准確及穩定。不管是指針式的電子鍾還是數字顯示的電子鍾都使用了晶體振盪器電路。一般輸出為方波的數字式晶體振盪器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構成的電路，本次設計採用了後一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構成晶體振盪器電路，Ｕ２實現整形功能，將振盪器輸出的近似於正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作於放大區域，即非門的功能近似於一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構成一個諧振型網路，完成對振盪頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構成一個正反饋網路，實現了振盪器的功能。由於晶體具有較高的頻率穩定性及准確性，從而保證了輸出頻率的穩定和准確。

（b） CMOS 晶體振盪器（模擬電路）

3．時間記數電路

一般採用10進制計數器如74HC290、74HC390等來實現時間計數單元的計數功能。本次設計中選擇74HC390。由其內部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10非同步計數器，並每一計數器均有一個非同步清零端（高電平有效）。

秒個位計數單元為１０進制計數器，無需進制轉換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進位信號與十位計數單元的ＣＰＡ相連。

秒十位計數單元為６進制計數器，需要進制轉換。將１０進制計數器轉換為６進制計數器的電路連接方法如圖２.４所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的ＣＰＡ相連。

十進制-六進制轉換電路

分個位和分十位計數單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數單元完全相同，只不過分個位計數單元的Ｑ３作為向上的進位信號應與分十位計數單元的ＣＰＡ相連，分十位計數單元的Ｑ２作為向上的進位信號應與時個位計數單元的ＣＰＡ相連。

時個位計數單元電路結構仍與秒或個位計數單元相同，但是要求，整個時計數單元應為１２進制計數器，不是１０的整數倍，因此需將個位和十位計數單元合並為一個整體才能進行１２進制轉換。利用１片７４ＨＣ３９０實現１２進制計數功能的電路如圖（d）所示。

（d）十二進制電路

另外，圖（d）所示電路中，尚余－２進制計數單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號轉化為１ＨZ信號之用。

4．解碼驅動及顯示單元電路

選擇ＣＤ４５１１作為顯示解碼電路；選擇ＬＥＤ數碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數字，再由數碼管顯示出來。這里的LED數碼管是採用共陰的方法連接的。

計數器實現了對時間的累計並以8421BCD碼的形式輸送到CD4511晶元，再由4511晶元把BCD碼轉變為十進制數碼送到數碼管中顯示出來。

5．校時電路

數字鍾應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數通路，並採用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實現的時或分校時電路，In1端與低位的進位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處於正常計時狀態；當開關打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處於校時狀態。

實際使用時，因為電路開關存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發器構成開關消抖動電路，所以整個較時電路就如圖（f）。

（f）帶有消抖電路的校正電路

6．整點報時電路

電路應在整點前10秒鍾內開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。

當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數器十位的QＣ和QＡ 、個位的QＤ和QＡ及秒計數器十位的QＣ和QＡ相與，從而產生報時控制信號。

報時電路可選74HC30來構成。74HC30為8輸入與非門。

四、元器件

4．共陰八段數碼管6個

5．網路線2米/人

6．CD4511集成塊6塊

7．CD4060集成塊1塊

8．74HC390集成塊3塊

9．74HC51集成塊1塊

10．74HC00集成塊4塊

11．74HC30集成塊1塊

12．10MΩ電阻5個

13．500Ω電阻14個

14．30p電容2個

15．32.768k時鍾晶體1個

16．蜂鳴器10個

五、各功能塊電路圖

數字鍾從原理上講是一種典型的數字電路，可以由許多中小規模集成電路組成，所以可以分成許多獨立的電路。

（一） 六進制電路

由74HC390、7400、數碼管與4511組成，電路如圖一。

（二） 十進制電路

由74HC390、7400、數碼管與4511組成，電路如圖二。

（三） 六十進制電路

由兩個數碼管、兩4511、一個74HC390與一個7400晶元組成，電路如圖三。

（四） 雙六十進制電路

由2個六十進制連接而成，把分個位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產生進位，電路圖如圖四。

（五） 時間計數電路

由1個十二進制電路、2個六十進制電路組成，因上面已有一個雙六十電路，只要把它與十二進制電路相連即可，詳細電路見圖五。

（六） 校正電路

由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時校正兩部分，電路如圖六。

（七） 晶體振盪電路

由晶體與2個30pF電容、1個4060、一個10兆的電阻組成，晶元3腳輸出2Hz的方波信號，電路如圖七。

（八） 整點報時電路

由74HC30D和蜂鳴器組成，當時間在59:50到59:59時，蜂鳴報時，電路如圖八。

⑤ 計數器的工作原理

計數器的工作原理：我們以數字鍾分秒計數器為例介紹其原理，它主要是由石英晶體振盪器、分頻器、計數器、解碼器顯示器和校時電路組成。振盪器產生穩定的高頻脈沖信號,作為數字鍾的時間基準,然後經過分頻器輸出標准秒脈沖。

秒計數器滿60後向分計數器進位,分計數器滿60後向小時計數器進位,小時計數器按照「24翻1」規律計數。計數器的輸出分別經解碼器送顯示器顯示。計時出現誤差時,可以用校時電路校時、校分 。

計數器是一種能夠記錄脈沖數目的裝置，是數字電路中最常用的邏輯部件。計數器在數字系統中主要是對脈沖的個數進行計數，以實現測量、計數和控制的功能，同時兼有分頻功能。

計數器由基本的計數單元和一些控制門所組成，計數單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發器構成，這些觸發器有RS觸發器、T觸發器、D觸發器等。

計數器應用包括通話、簡訊、數據等類別的記錄，並支持用戶自主選擇清零日期，以及按照類別添加提醒數值，如用戶可以選擇每月任一一天，或者第一天、最後一天作為記錄循環清零日，同時添加通話時長、簡訊條數、數據流量數量的提醒節點。計數器的應用極為廣泛，不僅能用於計數，還可用於分頻、定時，以及組成各種檢測電路和控制電路。

⑥ 多功能8位十進制數字頻率計數器的設計

電子工程師經常需要測量頻率、時間間隔、相位和對事件計數，精確的測量離不開頻率計數器或它的同類產品，如電子計數器和時間間隔分析儀。這些儀器為研發提供高精度和分析能力，為大批量生產提供高效率並為維修提供低成本和便攜性。

最早的電子計數器是為了對諸如原子現象之類的事情進行計數而設計出來的。在發明計數器之前，頻率的測量都是用頻率計(一種精度很低的協調裝置)完成。頻率計數器是以數字方式對信號參數進行精密測量的首批儀器之一。
衡量頻率計數器主要指標是測量范圍、測量功能、精度和穩定性，這些也是決定價格高低的主要依據。隨著電子測試技術的發展，頻率計數器日趨成熟。目前，頻率計數器已經能輕松測量射頻、微波頻段信號。除頻率測量外，大多數頻率計數器還綜合了以下功能：頻率比、時間間隔、周期、上升/下降時間、相位、占空比、正/負脈沖寬度、總和、峰值電壓以及時間間隔平均等。頻率計功能延伸的最高境界就是綜合了調制域分析儀的功能。
本文從頻率計數器基本功能出發，對測量參數分別做出介紹，最後介紹頻率計數器的一些數學統計功能。

⑦ 數字電路的計數器設計

計數器是一種能夠記錄脈沖數目的裝置，是數字電路中最常用的邏輯部件。計數器在數字系統中主要是對脈沖的個數進行計數，以實現測量、計數和控制的功能，同時兼有分頻功能。計數器由基本的計數單元和一些控制門所組成，計數單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發器構成。計數器在數字系統中應用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數。

計數器按進位制不同，分為二進制計數器和十進制計數器;按運算功能不同，分為加法計數器、減法計數器和可逆計數器。下面我們以T觸發器構成二進制加法、減法計數器為例介紹計數器的原理。

2.計數器原理—加法計數器
用T觸發器構成二進制加法計數器，如下圖所示。

3位二進制加法器

如上圖所示，是由3個下降沿觸發的T觸發器組成的3位二進制非同步加法器，圖中各個觸發器的J、K輸入端的輸入信號均為1，主要由脈沖信號控制其輸出信號，計數器從Q2 Q1 Q0 =000狀態開始計數。

Q0、Q1、Q2的工作波形，如下圖所示，即在計數輸入脈沖CP的下降的觸發下，觸發器FF0的輸出Q0要翻轉。0變為1或1變為0。由於CP1取自Q0，所以在Q0的下降沿觸發下，FF1的輸出Q1要翻轉。同理，由於CP2=Q1，所以在Q1的下降沿觸發下，FF2的輸出Q2要翻轉。

若用上升沿觸發的T′觸發器同樣可以組成非同步二進制加法計數器，但每一級觸發器的進位脈沖應改為Qˉ端輸出。原因很簡單，當低位觸發器輸出端Q端由1變為0時，Qˉ端的上升沿正好可以作為高位的觸發脈沖。

3.計數器原理—減法計數器
如果將T′觸發器之間按二進制減法規則連接，就可以得到二進制減法計數器。根據二進制減法計數規則。若低位觸發器已經為0，則再輸入一個減法計數脈沖後應翻轉為1，同時向高位發出借位信號，使高位翻轉。

3位二進制減法器

上圖就是按上述規則接成的3位二進制減法計數器。圖中採用上升動作的D觸發器接成的T′觸發器，其中所有D觸發器的D= Qˉ即成為T′觸發器。它的時序圖如下圖所示

⑧ 設計六進制計數器

74LS161是一個同步的可預置的四位二進制計數器，並自帶有非同步功能。可以採用反饋歸零法進行6進制的計數器設計。

計數的對應輸出 Q2、Q1、Q0，是000--101共6個數，在計數到110時產生清零信號；利用反饋清零法即可。

由於需求是6位進制，6的二進製表示為0110，即輸出QB和QC需要為1，才能進位，因此將輸出QB和QC連接到與非門的輸出A和B埠中，將與非門的輸出Y連接入74LS161的CP端即可。

種類：

1、如果按照計數器中的觸發器是否同時翻轉分類，可將計數器分為同步計數器和非同步計數器兩種。

2、如果按照計數過程中數字增減分類，又可將計數器分為加法計數器、減法計數器和可逆計數器，隨時鍾信號不斷增加的為加法計數器，不斷減少的為減法計數器，可增可減的叫做可逆計數器。

另外還有很多種分類不一一列舉，但是最常用的是第一種分類，因為這種分類可以使人一目瞭然，知道這個計數器到底是什麼觸發方式，以便於設計者進行電路的設計。

以上內容參考：網路-計數器

⑨ 設計一個計數控制器，要求如下

eda設計 洗衣機控制器

1設計總體思路，基本原理和框圖 4
1.1 設計總體思路 4
1.2 基本原理 5
1.3 系統設計框圖 5
2單元電路設計 6
2.1 一百進制分計數器和六十秒計數器的設計 6
2.1.1 分、秒計數器的設計 6
2.1.2 分、秒計數器的電路圖 7
2.2 秒脈沖發生器 9
2.2.1 秒脈沖發生器原理 9
2.2.2 其原理圖如下所示 9
3循環控制電路 10
3.1 其基本原理簡述 10
3.2 其原理圖 11
4單穩態延時電路 12
4.1 其原理圖 12
5總控制電路 13
6故障分析與電路改進 16
7總結與調試體會 18
8附錄(元器件清單) 20
9參考文獻 20

1設計總體思路，基本原理和框圖
1.1 設計總體思路

從課程設計要求來看，要求實現電機的正傳、反轉、暫停，實際上沒又電機給我們接上，這回要用四哥LED燈的狀態來表示，當顯示時間前20秒正傳、暫停10秒、反轉20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，理所當然的分鍾計數器、秒計數器是一定要有的。接下來脈沖是一定的了，但是有分鍾計數器和秒鍾計數器還要考慮是不是要60分頻器，就我們所學過的來說實現循環有移位寄存器；還有個問題，當洗滌時間到了，報警還要一個報警電路，根據人性化、自動化、低成本的設計原則，報警的蜂鳴器不可以長時間的叫，要有個合理的時間，我們可以用一個單穩態電路來實現。看起來還不錯啊，如果這樣想那就嫌早了點，還有一個問題要解決：如何提取時間並使循環電路工作的信號?方案有兩種：一是直接從數值上進行提取信號來控制一個可以實現循環的74LS194來實現；另一種是製作一個二十進制到十進制的循環轉化來把這一分鍾走完，但是從電路的復雜程度和經濟性來說，顯然後者太過於復雜，也不利於接線和排故障，雖然難度會大一些、出成果的時間會比別人晚，但是要設計一個真正可以讓用戶用放心使用的產品，還得這樣做。尤其是最後的循環電路用兩個194一定可以很容易實現。現在大體上就這樣計劃，下面說說基本原理。

1.2 基本原理

首先，從秒脈沖出來的信號，經過一個控制電路後進入秒計數器進行秒計數，進行清零，這時用戶置入洗滌時間，並按開始按鈕，洗衣機開始工作。當秒計數器變為零的時候，去分鍾計數器上面借數；與此同時，從十秒位轉化出來的信號進入移位寄存器後，LED燈表示出電機運轉狀態；當用戶設定的洗滌時間結束後，電路報警並清零；同時電機指示燈熄滅。

1.3 系統設計框圖

1.3.1 系統設計框圖

2單元電路設計
2.1 一百進制分計數器和六十秒計數器的設計

2.1.1 分、秒計數器的設計
一百進制分計數器和六十秒計數器的原理是一樣的，不同的只是它們的輸入脈沖和進制不同而已，我們用四片74LS192來實現分計數和秒計數功能，我們要的只是減計數，所以我們把它的UP端接到高電平上去,DOWN端接到秒脈沖上；十分秒位上的輸入端B、C端接到高電平上，即從輸入端置入0110（十進制的6），秒十位的LD端和借位端BO聯在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN聯在一起。當秒脈沖從秒位的DOWN端輸入的時候秒計數的192開

始從9減到0；這時，它的借位端BO 會發出一個低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計數從6變到5，一直到變為0；當高低位全為零的時候，秒十位的BO發出一個低電平信號，DOWN為零時，置數端LD等於零，秒十位完成並行置數，下一個DOWN脈沖來到時，計數器進入下一個循環減計數工作中。

對於分計數來說，道理也是一樣的；只是要求，當秒計數完成了，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端BO端接到分計數的DOWN端作為分計數的輸入信號來實現秒從分計數上的借位。當然，這些計數器工作，其中的清零端CR要處於低電平，置數端不置數時要處於高電平。這是一個獨立工作的最高可以顯示101分鍾的計時器。把四個192的QA/QB/QC/QD都接到外部的顯示電路上就可以看到時間的顯示了。作為洗衣機控制器的一個模塊，它還得有一定的介面來和其他的模塊連接在一起協調工作，分計數的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以當要從外部把它們強制清零時，可以用一個三極體（NPN）或者兩個或門就可以實現該功能。還有我們可以利用分計數的UP端來進行外部置數，當把它們各接到一個低觸發（平時保持高電平，外部給一個力就輸入一個低電平）的脈沖上 就可以實現從0－9的數字輸入。

2.1.2 分、秒計數器的電路圖

2.1.1分、秒計數器的電路圖

2.2 秒脈沖發生器
2.2.1 秒脈沖發生器原理
我們搜需要的秒脈沖發生器可以由一個集成的555定時器構成，當電源接通後，VCC通過對R1、R2向電容充電。電容上得到電壓按指數規律上升，當電容上的電壓上身到2/3VCC時，輸電壓VO為零，電容放電。當電壓下降到1/3VCC時，輸出電平為高電平，電容放電結束。這樣周而復始便形成了振盪。我們要的周期是1秒，頻率是1赫茲。周期T可以由下面的公式可知：
T＝R1.R2lnC （2-2-1）

2.2.2 其原理圖如下所示

2.2.1 秒脈沖發生器原理圖

3循環控制電路
3.1 其基本原理簡述

還是採用我們方法，把秒十位上的數提出來作為循環控制系統的輸入信號，秒位上的都是相同的，可以不管。我們的目標是把秒十位上輸出的二進制數轉化成兩位三個數：

So S1 狀態
1 0 右移
1 1 閃爍
0 1 左移
5 0101 4 0100
3 0011 2 0010
1 0001 0 0000
3.1.1 狀態轉換表
現在我們把192的QA、QB接上一個異或門，QC接上一個反相器，然後把它們出來的信號接到一個與非門後再接到So端，把反相器出來的信號輸入到S1端；這樣就實現了上述要求。當我們開機時，計數器時被清零的，QA、QB、QC沒有輸出，這時輸出的是000，194的So、S1為11，移位寄存器置數為0010。當192輸出的是0101時，So、S1為10，移位寄存器右移動作，因為So、S1的兩端接一個與非門出1，再通過一個接在194QB端的與門，結果輸出來到發光二極體的還是高電平（如下圖所示）；從節點46輸出，經過反相器到達節點48的是低電平與門U28沒有輸出脈沖，所以194做右移直到下一個狀態的到來。顯然當192的輸出是0100是也是一樣的。當輸出是0011時，So、S1的狀態是11，194處於並行置數，其QB端輸出一個高電平1，與此同時，從So、S1輸出的兩個1進入與非門U27，但是在節點46是一個低電平0，所以節點44沒有高電平輸出。而節點46為高電平1，這時通過U28的脈沖信號可以輸出了，與U28的或門U22、U23、U24、U25、U26就可以輸出脈沖信號到發
光二極體實現閃爍；當192輸出的是0010時， So、S1狀態從11變為01，移位寄存器192做左移循環，在脈沖的輸入下。同右移一樣，從So、S1輸出到U27再出來的是一個高電平1，所以與門U26輸出高電平；當計數器192輸出的是0001時，還是和0010時一樣；最後當192輸出是0000時，其又和輸出0011時一樣，移位寄存器194處於置數狀態，放光二極體閃爍。到此，提取信號、循環電路完成。
3.2 其原理圖

3.2.1 循環電路原理圖

4單穩態延時電路
555時基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結合在同一矽片上的組合集成電路。它設計新穎，構思奇巧，用途廣泛，備受電子專業設計人員和電子愛好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小IC。1972年，美國西格尼蒂克斯公司(Signetics)研製出Tmer NE555雙極型時基電路，設計原意是用來取代體積大,定時精度差的熱延遲繼電器等機械式延遲器。但該器件投放市場後，人們發現這種電路的應用遠遠超出原設計的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應用的各個領域，需求量極大。美國各大公司相繼仿製這種電路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個雙極型555單元集成在一起，取名為NF556。1978年美國英特錫爾公司(Intelsil)研製成功CMOS型時基電路ICM555 1CM556,後來又推出將四個時基電路集成在一個晶元上的四時基電路558 由於採用CMOS型工藝和高度集成，使時基電路的應用從民用擴展到火箭、導彈,衛星,航天等高科技領域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競相仿製、生產。盡管世界各大半導體或器件公司、廠家都在生產各自型號的555／556時基電路，但其內部電路大同小異，且都具有相同的引出功能端
4.1 其原理圖

4.1.1單穩態延時電路

5總控制電路
現在各單元電路完成了，最後要把它們有效的結合起來聯合工作，實現目的功能。我們要求在給分鍾置數的同時秒要顯示為零；外部還要有強制停止並清零；還有暫停功能。
對於置數來說，我們可以在分鍾計數器的UP端到高電平之間各用一個開關接上，就當給它一個低電平時，計數器就往上增加1。但時，192要求在UP端工作的同時，其DOWN端要為高電平，且秒計數器要為零，我們可以讓秒計數器清零，同時把脈沖停止了。在高電平上接上一個開關，讓它接到一個JK觸發器上，同時把JK觸發器的JK端接1，讓它實現觸發功能。讓它的Q端輸出到秒計數器的清零端，這樣剛開機或者再按一下開機鍵就可以對秒計數器清零。把JK觸發器的Q反端和從分計數器借位端Bo反相出來的信號接到一個與非門上，從與非門出來的信號接到分計數器的DOWN端來保證置數的時候DOWN是高電平。但是如果僅是這樣的話，當置數完成再一次按開機鍵（如圖中的J3所示）時，沒有脈沖信號輸入到秒計數器的DOWN端，192並不可以工作。我們可以把脈沖和JK觸發器Q反端接到一個與門上，然後把它上輸出端接到秒計數器的DOWN端以控制計數。先歇息一下。現在的問題是，循環的發光二極體沒有受到控制鍵的控制，所以還得把受到控制的從與門U12出來的信號輸出到移位寄存器194的時鍾信號CLK上。

最後要解決一個大問題，當所置的洗衣時間完成後，要發出報警並自動清零。至於報警電路我們知道當計數器全為零的時候，從秒位會發出一個借位信號，一直接到十分位上去，十分位會發出一個借位信號，我們可以用這個信號來作為報警並清零的信號，平時192的借位端保持的是高電平，當有借位信號時，其變成0，我們在分十位借位端接一個非門，再把它和分位的CLR端一起接到一個與門，也需要把它接到一個JK觸發器（U10）上作為其時鍾信號，其後再接到單穩態電路的輸入端TRI，單穩態的輸出端接到蜂鳴器上。而該與門（U14）的另一輸入端接在控制開關J3上，與門出去仍然接在JK觸發器U9上，這樣當洗衣時間完成後，十分計數器的借位端Bo端發出的0信號就可以經過以上路徑而變成1到達與門U14，同時JK觸發器U10得到一個觸發信號而輸出到單穩態，從而發出報警聲，但一段時間後其自動停止。同時U14發出的1信號使U9發出1信號而使秒計數器清零；當然秒脈沖因為U9端的Q反端的0信號而使其沒有輸出，這樣原來閃爍的燈不再亮了。到此，一個電路總算還可以了吧，我們有時還需要讓它休息一下，我們改變一下洗衣量時，就還需要一個暫停鍵，這也可以的，只要把秒脈沖切斷就可以了。我們可以在控制脈沖輸出的與門U12和脈沖到達端之間接入一個由開關控制的JK觸發器來控制的與門，這樣就可以控制脈沖的輸出了。我們知道與門是其中一輸入為零時，無論另一端時怎樣的其輸出為零，但一端為1時，另一端輸入什麼與門就可以輸出什麼。現在控制端也連起來了，這樣，一個完整的洗衣機控制電路就完成了。

5.1.1 總電路圖

6故障分析與電路改進

要得到一個良好的設計，需要的總是肯定和否定，幾經修改一個電路才得以肯定、採納。就象循環電路一樣，剛開始設計了一種有三個介面的電路，這個介面要求從秒十位輸出的信號要化為一種狀態，只可以是高有效，到來時進入各自的介面，可以說實現正傳、反轉、暫停的電路相互獨立的，道理如下，當一個高電平來到時讓它接到194的So、S1上，其中在接到So的信號上接一個RS觸發器，當B端的置數輸出時，QB上有一個高電平，把它接到一個D觸發器上，D觸發器從Q反端輸出的信號接到剛才的RS觸發器的Q端使Q端為0，這樣在脈沖的控制下，其可以做左移動作，如圖中的開關1所連接的電路所示，同樣，在輸入到S1端的電路上接一個RS觸發器，從194QB端上反饋回來的信號接到D觸發器上，從D觸發器的Q反端出來的信號接到S1端，這樣就可以做右移動作，如圖開關2所示。循化要單獨設計，如圖所示，二極體是保證各個模塊間可以獨立工作而採用，這樣當高電平到達時，194被置數為0000，同時上一個狀態，不管時左移的還時右移的都被清零了，這時只要開關1或2接上就可以在脈沖作用下實現閃爍，單個模塊演示還時可以的。但是接到電路上就不行了。當開機後，在第一分鍾內，它可以右移，也可以閃爍，到了左移就不行了，發光二極體一片空白，但是在接下來的個分鍾內，其只有當閃爍時才可以看到。幾經試驗才知道，時開關3出了問題，不管它時1狀態還是0狀態，它都比194Q端出來的數優先，在3沒有工作時，在194Q端到LED之間的二極體兩端各接一個LED就知道，當194做右移或左移時兩個發光二極體的狀態時不通的，靠近循環LED的那各LED總不會亮，而接在QB端的LED可以定時發亮，從而有上述結論。

其圖如下所示：
7.1.1 電路圖
7總結與調試體會

1、通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我們通過這個方案包括設計了一套電路原理和PCB連接圖，和晶元上的選擇。這個方案總共使用了74LS192四個，74LS08，74LS32，74LS00,74LS76和NE555定時器各兩個，74LS194，74LS86各一個。

2、在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心裡想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。

3、我沉得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由於課本上的知識太多，平時課間的學習並不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，並且對於其在電路中的使用有了更多的認識。

平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解 了。而且還可以記住很多東西。比如一些晶元的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源於實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標准。所以這個期末測試之前的課程設計對我們的作用是非常大的。

4、
生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恆不變的話題。通過實習，我才真正領略到「艱苦奮斗」這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設計為我們的社會付出。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產生興奮； 正所謂「三百六十行，行行出狀元」。我們同樣可以為社會作出我們應該做的一切，這有什麼不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什麼，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什麼必要失落呢？於是我們決定沿著自己的路，執著的走下去。

同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神。某個人的離群都可能導致導致整項工作的失敗。實習中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協作是我們實習成功的一項非常重要的保證。而這次實習也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。

對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次實習必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！

通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。

這次課程設計終於順利完成了，在設計中遇到了很多專業知識問題，最後在老師的辛勤指導下，終於游逆而解。同時，在老師的身上我們學也到很多實用的知識，在次我們表示感謝！同時，對給過我幫助的所有同學和各位指導老師再次表示忠心的感謝！

5、此次課程設計，學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現差錯的隨機應變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今後的製作應該更輕松，自己也都能扛的起並高質量的完成項目。

6、在此，感謝於老師的細心指導，也同樣謝謝其他各組同學的無私幫助！

8附錄(元器件清單)

器件型號 用途介紹 數量
74LS192 計數器 4
74LS194 移位寄存器 1
74LS08 四2輸入與門 2
74LS04 六反向器 1
74LS32 四2輸入或門 2
74LS00 四2輸入與非門 2
74LS86 四2輸入異或門 1
74LS76 雙JK觸發器 2
NE555 555集成定時器 2
9參考文獻
《電子技術課程設計》 歷雅萍、易映萍編
《電子技術課程設計指導》 彭介華 主編 高等教育出版社
電子線路設計、實驗、測試》 謝自美主編 華中理工出版社。
《數字電子技術基礎》 閻 石 主編 高等教育出版社