計數器的設計

摘要：在科學技術迅猛發展的今天，數字電路以其實現簡單、系統可靠、集成度高、抗干擾能力強等優點，已經步入到了我們日常生活中。文章所設計電路由NE555多諧振蕩器提供振蕩源，74192進行計數和進位，CD4511將74192提供的BCD碼譯碼成七段碼并驅動數碼管顯示，實現從0～99計數的數字電路。由NE555集成電路組成的多諧振蕩器具有頻率穩定，電路簡單，時鐘脈沖信號比較準確等優點。

關鍵詞：數字電路；NE555；74292；CD4511

中圖分類號：TH724 文獻標識碼：A 文章編號：1006—8937（2012）23—0018—02

1 計數器工作原理

本電路由NE555多諧振蕩器產生方波，頻率為1Hz，形成振蕩源提供74192進行計數和進位、CD4511將74192提供的BCD碼譯碼成七段碼并驅動數碼管顯示，兩級累加實現從0～99計數的數字電路，電路原理如圖1所示。

2 計數器的特點

本計數器由555定時器組成時鐘脈沖振蕩器頻率穩定，從而使計數比較準確，能實現正計數或倒計數，電路簡單可靠性高，操作簡便。

3 覆銅板圖及實物圖

使用PROTEL99 SE軟件，制作覆銅板圖，打印到熱轉印紙成圖，并熱轉印到覆銅板，將覆銅板放置三氯化鐵溶液內腐蝕后，打孔焊接。電路安裝調試簡單，示波器測試555震蕩電路周期正常，安裝加、減計數器和譯碼器集成塊，通電試車，如圖2、圖3所示。

4 功能電路分析

4.1 NE555構成時鐘脈沖震蕩器

①秒脈沖震蕩電路工作原理。如圖4所示，當接通電源時，由于電容兩端的電壓不能突變，低電平觸發端2腳為低電平，輸出端3腳為低電平。電源通過電阻R1和電阻R2對電容C充電電容電壓充到電壓電源2/3時，高電平觸發端6腳為高電平，輸出端3端為低電平。同時放點（接7腳）導通，電容器經過電阻R2放電。當電容器電壓下降到電源電壓1/3時，輸出端3腳為高電平。電容器放電停止，電源通過電阻R1和R2再次對電容C充電，如此反復，形成震蕩，輸出連續矩形脈沖。

②555管腳功能。555管腳功能如表1所示。

經計數得出：當R1=15 kΩ，R2=68 kΩ，C=10 uF時T=1 s。

4.2 CD4511使用說明

CD4511是一個用于驅動共陰極LED（數碼管）顯示器的BCD碼——七段碼譯碼器，如圖5所示，特點如下：具有BCD轉化、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，輸出電流達25 mA，可直接驅動LED顯示器件。

管腳3為測試輸入端，為低電平時，譯碼輸出全為到電平，7個發光段全亮，正常譯碼時應接高電平；管腳4為消隱輸入端，低電平時，譯碼輸出全為低電平，7個發光段全滅，正常時應接高電平；管腳5為鎖存輸入端，為高電平時，譯碼器處于鎖定狀態，不能正常譯碼，正常譯碼時應接低電平；CD4511的輸出電流達25 mA，可直接驅動LED顯示器件。

4.3 74192使用說明（圖6）

74192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入功能、十進制可逆計數功能、異步并行置數功能、保持功能和異步清零功能。如圖6所示，其特點如下：電路可進行反饋，而很容易的被級聯。即把借位輸出端和進位輸出端分別反饋到后級計數器的減計數輸入端和加計數輸入端上即可。

異步清零：14腳為1時，計數器計數清零；預置數據：11腳為0 時，輸出端Q0～Q2隨輸入端P0～P3一起變化；同步計數：當14腳為0，11腳為1 時進行計數，CP脈沖上升沿有效；加法計數：CPU是加法脈沖計數輸入端，12腳為0時進位輸出信號；減法計數：CPD時減法脈沖計數輸入端，13腳為0時借位輸出信號；Q0～Q3輸入，輸出電流為1 mA，20 mA；P0～P3輸入，輸出電流為20 uA，0.6mA。

4.4 數碼管使用說明

數碼管是一種半導體發光器件，其基本單元是發光二極管。led數碼管（LED Segment Displays）是由多個發光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。按發光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數碼管，共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數碼管。在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。

本例采用共陽七段數碼管作為數據顯示，按數碼管技術參數規定，工作電流為靜態，總電流80 mA（每段10mA）；動態，平均電流4～5 mA，峰值電流100 mA。設計中，各筆畫段及小數點段需考慮限流。

5 應用的范圍

本文所設計電路可用于計時（計時時間=震蕩頻率×數碼管顯示的數值）。若對電路的振蕩器部分稍微改造，可用于產品的計數。

參考文獻：

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