1、1课题三 模 M 的十进制加/减可逆计数器 设计、仿真与实验学习目标： 熟悉常用 MSI 集成计数器的功能和应用，掌握利用集成计数器构成任意进制计数器的一般设计方法；学会利用 EDA 软件（Proteus ）对模 M 的可逆计数器电路进行仿真；掌握可逆计数器电路的安装及调试方法。一、 任务与要求设计具有手控和自动方式实现模 M 的十进制加/减可逆计数功能的电路，利用数码管显示计数器的值。掌握用“反馈清零法”和“反馈置数法”构成任意进制计数器的设计方法；用 Proteus 软件仿真；实验测试电路的逻辑功能。具体要求如下：（1）手控方式模 M 的十进制加/减可逆计数器。即控制端 E=1 时，进行模
2、 M 的加法计数；控制端 E=0 时，进行模 M 的减法计数；（2）自动方式模 M 的十进制加/减可逆计数器。即加法计数到最大值时，自动进行减法计数；减法计数到最小值时，自动进行加法计数。（3）M 可为 2 位数或 3 位数，集成计数器采用 74LS192。（4）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图。（5）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求。（6）安装并测试电路的逻辑功能。二、课题分析及设计思路（1）手控方式模 M 的十进制加/减可逆计数器的设计思路以 M=125 为例，即 125 进制加/减可逆计数器。分析以上设计任务与要求，设计思路如下：第一步：将三片 74LS192 进行级
3、联，用“反馈清零法”设计一个 125 进制加法计数器， 反馈清零信号取自计数器的输出端 Q0 Q3 ；第二步：将三片 74LS192 进行级联，用“反馈置数法”设计一个 125 进制减法计数器，反馈置数信号取自计数器最高位的借位端 TCD。第三步：将上述加、减计数器电路结合起来，即初步构成一个加/减 125 进制可逆计数器。 余下的问题就是在加 /减可逆计数条件下，如何切换计数器最低位的计数脉冲输入端 CPD、 CPU 的信号。经过分析，它们应实现如下功能：手控信号 E 计数方式 CPU CPD1 加法 CP 10 减法 1 CP这一功能通过一片数据选择器即可实现。整个可逆计数器电路（不包括数
4、字显示部分）的设计框图如下：2图 1 手控可逆计数器电路的设计框图（2）自动方式模 M 的十进制加/减可逆计数器的设计思路仍以 M=125 为例进行分析和设计。设计自动方式的一种加/减可逆计数顺序如下： 图 2 自动可逆计数顺序及范围从上述图中可以看出，当加计数到最大值 124 后自动进行减计数；当减计数到最小值 0 后自动进行加计数，如此不断循环。输出端 Q0借位端TCD反馈清零信号形成电路预置数据端 D74LS192（百位）74LS192（十位）74LS192（个位）反馈置数信号形成电路 加/减计数控制电路CPDCPUCP手控信号 E输出端 Q1输出端Q0Q201 2 1231241231
5、22 12加法减法3自动方式模 M 的十进制加/减可逆计数器可以在手控方式的电路基础上进行设计，需解决的关键问题是：电路如何自动产生加/减计数控制信号？通过分析和反复仿真，其中的一种设计思路如下：图 3 加/减计数控制信号自动产生电路框图加/减计数控制信号自动产生电路的原理图如下：图 4 加/减计数控制信号自动产生电路原理图对于电路的其它部分，也要相应作一些改动：取消输出端反馈清零信号（因为加计数到 124 后，下一计数状态不是 0）和借位端反馈置数信号（因为减计数到 0 后，下一计数状态不是 124） 。将自动方式的整个电路进行仿真时，发现一个容易被忽视的问题：加计数可以正常进行，但当减计数
6、到 0 时，接着下一状态为 999，再为 0、1、 。之所以出现不需要的计数状态 999，是由于减计数到 0 时加/减计数控制信号还没有切换到“加计数” ，因而又作了一次减计数到 0 的下一状态 999。通过增加借位端反馈清零信号，该问题顺利解决。三、集成电路及元件选择加/减计数控制电路CP CPU CPD加/减计数控制信号 加/减计数控制信号产生电路计数器减计数到0 自动产生的借位脉冲信号 TCD计数器加计数到 124产生的脉冲信号 ME4“加/减计数控制电路”部分采用一片数据选择器 74LS157，集成计数器采用74LS192 ， “显示译码电路 ”部分采用 74LS48 或 CD4511
7、， “加/ 减计数控制信号自动产生电路”部分采用集成 D 触发器 74LS74 和集成门电路 74LS11、74LS32、74LS04 等。此外，LED 数码管采用共阴极数码管。四、原理图绘制与电路仿真用 proteus 软件绘制出该电路的原理图，对所设计的电路进行仿真实验。在仿真实验过程中，发现问题及时修改，直至达到设计要求。五、电路安装与调试1 电路布局在多孔电路实验板上装配电路时，首先应熟悉其结构。明确哪些孔眼是连通的，并安排好电源正、负引出线在实验板上的位置。电路布局时应安排好各个集成块的位置，以方便连线为原则。电路与外接仪器的连接端、测试端要布置合理，便于操作。2安装与调试方法电路安
8、装前，要先检测所用集成电路及其它元器件的好坏。安装完成后，要用万用表检测电路接触是否可靠、电源电压大小、极性是否正确。一切正常后才能通电调试。调试过程中，最好分步或分块进行。首先调试手控方式模 M 的十进制加/减可逆计数器电路，在该电路的调试过程中，可能会出现下面两个问题：（1）借位 TCD 反馈置数不正常：显示的数比预置端的数始终少1。解决办法：将 TCD 信号通过两个反相器延时后送入计数器的置数端。 （2）输出端反馈清零不正常：计数到 123 后下一状态为 0（正常时应为 124） 。解决办法：将形成反馈清零信号的 4 输入与门更换为两个 4 输入与非门。然后将上述手控方式的可逆计数器电路
9、改为自动方式的可逆计数器电路。在该电路的调试过程中，第一步调试“加/减计数控制信号自动产生电路” ，使其工作正常；第二步进行整体调试。六、设计、仿真及实验问题研究1 分别说明集成计数器 74LS192 正常计数、置数和清零的条件？并举例说明同步清零（置数）与异步清零（置数）有什么不同？2 对于手控方式模 M 的十进制加/减可逆计数器电路，如果改变 M 的值，在电路中要作哪些改动？3 对于自动方式模 M 的十进制加/减可逆计数器电路，通电开始工作时，首先作加法计数还是减法计数？为什么？4 对于自动方式模 M 的十进制加/减可逆计数器电路，如果改变 M 的值，在电路中要作哪些改动？5 对于自动方式
10、模 M 的十进制加/减可逆计数器电路，怎样使计数从任意值开始？5七、设计与测试报告要求课题完成后应认真撰写设计与测试报告 （格式见附录） ，其主要内容如下：1 课题的任务及要求。2 课题分析与方案选择。对课题认真分析，正确理解，明确设计思路。通过各种可实现的电路原理、特点分析，方案类比，选择最佳实现电路。3 集成电路及元器件选择。对设计中选定的集成电路及元器件，给出它们的引脚图、功能表或真值表或主要参数值。4 原理图绘制及仿真。用 Proteus 软件绘出电原理图，详细标明各集成电路及元器件的型号，并给出有关原理图的适当注释。5 实验测试、问题分析与研究。实验设备清单（名称、型号、数量等） ；安装及调试过程简介；故障分析及解决办法；第六项中的问题解答。6 总结。总结所设计课题存在的问题，提出改进的设想；完成本课题后的收获、体会和建议。
