設計一個計數裝置

㈠ 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

㈡ 計數器電路怎麼設計

計數器電路設計：

該計數器可實現按鍵計數、增減控制、手/自動清零等功能。需要准備下列元件：共陰極7段數碼管、按鍵開關、4511（BCD鎖存/7段解碼/驅動器）、4516（可預置4位二進制加/減計數器）、40106(或7414，六反相施密特觸發器)、4001（或7400，四2輸入與非門）、4093（或74132，四與非施密特觸發器）以及麵包板、電阻、電容若干。另外還需要准備+5V穩壓電源一台，或自製電源模塊.

㈢ 如何用JK觸發器設計計數器

使用JK觸發器設計計數器步驟如下（下文以四進制計數器為例）：

1、列出真值表

(3)設計一個計數裝置擴展閱讀：

JK觸發器是數字電路觸發器中的一種基本電路單元。JK觸發器具有置0、置1、保持和翻轉功能。

工作原理：

由上面的電路可得到S=JQ,R=KQ。代入主從RS觸發器的特徵方程得到:

J=1，K=0時，Qn+1=1；

J=0，K=1時，Qn+1=0；

J=K=0時，Qn+1=Qn；

J=K=1時，Qn+1=~Qn；

㈣ 試用電渦流式感測器設計一在線檢測的鋼球計數裝置,請畫出檢測原理框圖和電路原框圖。

工作原理摘要：電渦流式感測器將光信號轉換成電信號從而檢測被測目標的版一種裝置。光權電感測器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高，反應快，非接觸等優點，而且可測參數多，感測器的結構簡單，形式靈活多樣，體積小。

它可用於檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫和氣體成分等；也可用來檢測能轉換成光量的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度和加速度，以及物體形狀、工作狀態等。

缺點是有些壓電材料需要防潮措施，輸出直流響應差。為了克服這一缺點，需要高輸入阻抗電路或電荷放大器。

(4)設計一個計數裝置擴展閱讀：

壓電式感測器的主要參數：

（1）壓電常數是衡量材料壓電效應強弱的參數，它直接影響壓電輸出的靈敏度。

（2）壓電材料的彈性常數、剛度決定了壓電器件的固有頻率和動態特性。

（3）對於一定形狀和尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數有關，固有電容影響壓電感測器的頻率下限。

（4）在壓電效應中，機械耦合系數等於轉換輸出能量（如電能）與輸入能量（如機械能）之比的平方根，是衡量機電能轉換效率的重要參數。壓電材料。

㈤ 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