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1、 设计题目： 学生姓名： 学生班级： 学生学号： 指导教师： 目录一、设计目的 -1二、设计要求 - 1三、设计内容 - 2 四、电路选择 - 2 五、各器件功能介绍 - 21NE555模块 -2274LS160芯片 - 10374LS248芯片 - 12474LS20芯片 - 145七段数码管 -16六、设计电路图 - 18七、仿真电路 - 20八、焊接电路 - 21九、总结心得 - 24十、参考文献 - 25基于74LS160的60计数器一、设计目的：课程设计是针对某一理论课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，可以培养我们运用课程中所学的理论知识与时间紧密结合，独立地解决实际
2、问题的能力。在数字逻辑与数字系统学习之后能进一步对其有所认识，能增强我们的动手能力，通过自己设计电路，焊接电路，查找故障和测试调整，加深学生对理论知识的理解，提高学生的动手能力，独立分析、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。提高学生在数字电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过实物的焊接，对线路的布局进行合理的安排，并且详细了解器件的参数，以及注意事项。二、设计要求：(1)设计指标 设计一个基于74LS160芯片的60计数器，并通过74LS248芯片与共阴极七段数码管显示，同时用NE555模块设计一个1HZ脉冲电路，为数字显示电路提供脉冲
3、（2）设计要求a. 画出电路原理图（或仿真电路图）；b. 元器件及参数选择；c. 电路仿真与调试；（3）制作要求 自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。同老师与同学之间互相交流，取长补短。（4）编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体。三、设计内容： 用74LS160芯片，74LS248芯片,74LS20芯片与七段数码管设计出基于74LS160芯片的60计数器四、电路选择:五、各器件功能介绍1NE555模块集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三
4、个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC+5V+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3+18V。 a、555电路的工作原理 555电路的内部电路方框图如图3.10.1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只 5K的电阻器构成的分压器提
5、供。它们分别使高电平比较器A1 的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。 是复位端（4脚），当0，555输出低电平。平时 端开路或接VCC 。 (a) (b) 图3.10.1 555定时器内部框图及引脚排列 VC是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1 的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现
6、对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01f的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路b、555定时器的典型应用(1) 构成单稳态触发器图3.10.2(a)为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。触发电路由C1、R1、D构成，其中D为钳位二极管
7、，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端F输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端。并使2端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，电容C开始充电，VC 按指数规律增长。当VC充电到时，高电平比较器动作，比较器A1 翻转，输出V0 从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图如图3.10.2(b)所示。 暂稳态的持续时间tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小。 tw 1.1RC通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变
8、化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。此外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。(a) (b)图3.10.2 单稳态触发器 (2) 构成多谐振荡器（本实验所用） 如图3.10.3(a)，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端 Ct 放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电，其波形如图103 (b)所示。输出信号的时间参数是 Ttw1t
9、w2， tw10.7(R1R2)C， tw20.7R2C 555电路要求R1 与R2 均应大于或等于1K ，但R1R2应小于或等于3.3M。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。 (a) (b)图3.10.3 多谐振荡器(3)组成占空比可调的多谐振荡器电路如图3.10.4，它比图3.10.3所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。D1、D2 用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1 导通，D2截止；放电时D2导通，D1 截止）。占空比 P可见，若取RARB 电路即可
10、输出占空比为50的方波信号。(4) 组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器图3.10.4 占空比可调的多谐振荡器 图3.10.5 占空比与频率均可调的多谐振荡器 图3.10.6 施密特触发器路如图3.10.5所示。对C1充电时，充电电流通过R1、D1、RW2和RW1；放电时通过RW1、RW2、D2、R2。当R1R2、RW2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50，此时调节RW1 仅改变频率，占空比不变。如RW2调至偏离中心点，再调节RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。RW1不变，调节RW2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RW1使频率至规
11、定值，再调节RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1 的值。(5) 组成施密特触发器 电路如图3.10.6，只要将脚2、6连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。图107示出了vS，vi和vO的波形图。 设被整形变换的电压为正弦波vs，其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和6脚，得vi为半波整流波形。当 vi上升到 时，vO从高电平翻转为低电平；当vi下降到 时，vO又从低电平翻转为高电平。电路的电压传输特性曲线如图108所示。回差电压 V图3.10.7 波形变换图 图3.10.8 2.74LS160芯片74LS160为十进制同步计数器，具有计
12、数，预置，保持和清“0”功能。其引脚如图：，为并行输出端，C为进位输出，CP为计数脉冲，上升沿触发，D, C, B, A, 为并行数据输入。为异步清“0”端，低电平有效，低电平同步预置并行输入数据，EP，ET，为计数允许信号，高电平有效。74LS160的功能表：进位输出信号C=。计数器正常计数时状态的转换关系为：（） 0000000100100011100010010000。利用74LS160可实现十进制以下进制的加法计算器，且具有自启动功能，常用的方法有，清0法和置数法。现以七进制（N=7）为例：（1） 异步清0法 清零法适用于设置清零的计数器，利用此方法可以实现单片计数器范围内的任意N进制
13、计数器。其基本思想是：是计数器从出状态0开始计数，经历N个状态到达终止状态N+1时，利用外电路产生清零信号并反馈到计数器的异步清零输入端，使计数器立即复位到0状态，之后，重复以上过程。在这种连接方式中，N进制计数器的独立稳定状态包括N个状态，第N+1个状态只是在极短的瞬间出现，用于产生异步清零信号，称为过度态。（2） 同步置数法 置数法也称同步置数法，它适用于设置有同步置数功能的计数电路。利用此方法同样可以实现单片计数器范围内的任意N进制计数器。其基本思想是：计数器从某个预置状态M开始计数，依次经历N个状态到达最终状态。在终止状态时，利用外部电路产生置数信号并反馈到计数器的同步置数输入端，使计
14、数器在下一个计数脉冲到达时置入状态M，之后，重复产生以上计数过程。在这种连接中，N进制计数器的独立稳定状态包括N个状态，终止状态用来产生同步置数信号，且作为N进制计数器的独立状态之一，这和异步清零法不同。一片74LS160可实现N10的任意进制计时器；两片级联可实现N100的任意进制的计数器；三片，则N1000。3.74LS248芯片4 线七段译码器/驱动器（BCD 输入，有上拉电阻）简要说明：型号IOLVO(OFF)PD54248/742486.4mA5.5V265mW54LS2482mA5.5V125mW74LS248 6mA5.5V125mW输出端(ag)为低电平有效，可直接驱动指示灯或
15、共阴极 LED。 当要求输入 015 时，消隐输入(/BI)应为高电平或开路，对于输出 0 时还要求脉冲消隐输入(/RBI)为高电平或开路。 当 BI 为低电电平，不管其它输入端状态如何，ag 均为低电平。 当/RBI 和地址端(AD)均为低电平，并且灯测试(/LT)为高电平时，ag 均为低电平，脉冲消隐输出(/RBO)为低电平。 当 BI 为高电平开路时，/L T 的低电平可使 ag 为高电平。 248 与 48 的引出端排列，功能和电特性分别相同，差别仅在显示的字形 6 和 9，。引出段符号：A,B,C,D 译码地址输入端/BI，/RBO 消隐输入（低电平有效）脉冲消隐输出（低电平有效）/
16、LT 灯测试输入端（低电平有效）/RBI 脉冲消隐输入端（低电平有效）ag 段输出（低电平有效）外引线排列:4.74LS20芯片54/7420 双4输入与非门 简要说明 20 为两组 4 输入端与非门 （正逻辑） ， 共有 54/7420、 54/74H20、 54/74S20、 54/74LS20四种线路结构形式，其主要电特性的典型值如下： 型 号tPLHtPHLPD5420/742012ns8ns20mW 54H20/74H206ns7ns45mW 54S20/74S203ns3ns38mW 54LS20/74LS209ns10ns4mW 管脚图： 引出端符号 1A，2A 输入端 1B，2
17、B 输入端 1C，2C 输入端 1D，2D 输入端 1Y，2Y 输出端 逻辑图极限值 电源电压.7V 输入电压 54/7420、54/74H20、54/74S20.5.5V 54/74LS207V ABCD间电压 除 54/74LS20外5.5V 工作环境温度 54XXX .-55125 74XXX . 070 存储温度 -65150 功能表 Y=/ABCDINPUTSOUTPUTABCDYXXXLHXXLXHXLXXHLXXXHHHHHL4七段数码管1).数码管引脚图2).数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静
18、态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA3).数码管注意事项说明：（）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；（）焊接温度：度；焊接时间：（）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。4)数码管测试方法：同测试普通半导体二极管一样。注意!万用表应放在R10K档，因为R1K档测不出数码管的正反向电阻值。对于共阴极的数码管，红表笔接数码管的“-”，黑表笔分别接其他各脚。测共阳极的数码管时，黑表笔接数码管的vDD，红表笔接其他各脚。另一种测试法，用两节一号电池串联，对于共阴极的数码管，电池的负极接数码管的“-”，电池的正极分别接其他各脚。对于共阳极的数
19、码管，电池的正极接数码管的VDD，电池的负极分别接其他各脚，看各段是否点亮。对于不明型号不知管脚排列的数码管，用第一种方法找到共用点，用第二种方法测试出各笔段a-g、Dp、H等。 六设计电路图2、用两个74LS160级联构成60进制计数器。电路图如下：如上图所示U1处于计数状态，在个位的74LS160的CLK端逐个输入计数脉冲CP，个位的74LS160开始进行加法计数。在第10个CP脉冲上升沿到来后，个位的74LS160的状态为10010000，同时其进位输出RCO为01,此时十位的74LS160从0000开始计数，直到第60个CP脉冲作用后，计数器由1001 0101恢复为0000 0000
20、，完成一次计数循环。2用74LS248芯片和共阴极七段数码管组成译码显示电路七仿真电路八焊接1焊接基本知识。1）。焊接的形成及必要条件a.焊点的形成将加热融化成液态的金属（即锡铅锡料），借助于焊剂的作用，融入被焊接金属材料的缝隙之间，在焊接物表面处，形成金属合金焊点，使之得到牢固可靠的焊接。b焊点形成的必要条件（1）被焊接金属应具有良好的可焊性。（2）被焊接金属表面要清洁。（3）助焊剂的使用要得当。（4）焊料的成分与性能要适应焊接的要求。（5）焊接要具有一定的温度。（6）焊接的时间要适当。c.焊接的操作步骤焊铁头接触焊点焊铁接触焊点加焊锡移开焊锡丝，拿开烙铁，否则将由于焊盘温度过高，而影响焊点
21、的温度。注意： 焊铁头接触焊点，即为预热过程，烙铁头只需稍加接触焊点，即可达到焊接温度，此时加上焊料，焊料会立即融化与焊盘形成合金。在焊料融化，焊接点吃锡充分的情况下，要立即移开焊锡丝，拿开烙铁，否则将由于焊盘温度过高，而影响焊点质量。d对焊点的要求（1）焊点要具有良好的导电性（2）焊点应具有一定的强度（3）焊接点的焊料要适当（4）焊接点表面应有良好的光泽（5）焊接点不应有毛刺有空间（6）焊接点表面要清洁2焊接电路（实物图） 实物图 1 实物图 2九、心得体会：在课程设计中，我们学习到了很多的东西：首先，怎么样去查阅资料，收集与课设要用的有关的知识。其次，要完成一件工作，还得专心致志才行，细心
22、耐心。第三，遇到困难要冷静，要多想解决办法，多尝试。 通过这次实验，我们也进一步熟悉数字电路的设计与特点，同时也基本上掌握了使用NE555模块制作脉冲电路同时也对74LS160,74LS20以及74LS248这几类芯片的功能有了跟进一步深入的了解。通过这次课程设计让我们了解了电路设计的基本思路，增强了实践动手能力，理论结合实际的能力加强。除此以外，我们还深深地认识到严谨、认真的科学态度在科学实验中发挥的重要作用。计数器是本次课设中原理比较简单的一个，但是它的组成部分多，电路连接有些复杂，出现问题后分析起来比较困难，所以我们养成了完成一个部分就调试检验一个部分，确保正确才进行下一步工作，出现了问题只要在未检验的部分查寻就可以很快找出，效果很不错。十参考文献江小安等 数字电子技术 西安电子科技大学出版社
