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教室人数自动计数装置
基​于​单​片​机
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录一、设计目的……………………………………………………………..
二、内容及要求………………………………………………………….
三、设计思想…………………………………………………………….
四、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍………………….
（一）、 电源部分………………………………………………………………….
（二）、 单脉冲产生部分………………………………………………………….
（三）、译码驱动显示部分…………………………………………………………
（四）、控制部分及循环加减计数部分……………………………………………
五、总体电路设计图、工作原理及元器件清单………………………
六、 硬件电路安装、调试测试结果，出现的问题、原因及解决方法
七、 总结设计电路的特点和方案的优缺点……………………………
八、 收获、体会…………………………………………………………
九、参考文献……………………………………………………………..
设计题目：自动循环计数器一、设计目的：
1.熟练掌握计数器的应用。
2.加深对加减循环计数和显示电路的理解。
二、内容及要求：
1.& 用集成计数器实行3～9自动循环计数。
2.& 电路能实现3～9加法和3～9减法循环计数。
输出用数码显示。
&根据功能要求构建总体设计思想，比较和选定设计的系统方案，确定整个电路的组成以及各单元电路完成的功能，画出系统框图。
三、设计思想：
&根据功能要求构建总体设计思想，按照题目要求，系统可以划分为以下各单元部分；基本思想如下：
&1、电源部分，由它向整个系统提供+5V电源。
&2、单脉冲产生部分：功能是由它产生单个脉冲，为循环计数部分提供计数脉冲。
&3、译码驱动显示部分：计数输出结果送至译码驱动显示部分。
&4、控制部分：实现加或减循环计数功能由控制部分完成。
&5、计数部分：完成BCD码3~9的可逆加或减循环计数。
&系统方框图如图1所示。
3~9加/减可逆自动循环计数器系统方框图
四、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍：
&& （一）、 电源部分
&直流稳压电源主要由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成。
&1、方案论证
&方案一：采用稳压二极管稳压，主要优点是简单；缺点是稳压二极管的稳压值离散性较大，限流电阻的阻值和功率计算比较繁琐。
&方案二：采用三端集成稳压器，三端集成稳压器系列齐全，稳压效果好，性能可靠，使用也非常方便。
&确定方案：比较方案一和方案二，决定采用方案二。
&2、元器件型号的选择及参数计算：
&整个系统IC均由74系列的相关芯片组成，故系统只需单一+5V电源。
&三端集成稳压器：选用L7805CV；变压器：经过全波整流后7805的输入电压约为U2&1.2；由于7805的输入电压范围是7V-15V，采用220V/9V(3W)小型变压器，则7805的输入电压范围是9&1.2≈11V，满足7805输入电压的要求。整流桥：选择2W10/2A桥；
C1、C2、C3、C4为滤波电容，C1、C2 采用电解电容，C1= 1000μF/16V，C2=
1000μF/10V，C3、C4为高频滤波电容，C3=0.33μF ，C4=0.1μF。
&3、电源部分原理图，见图2。
电源部分原理图
（二）、 单脉冲产生部分
&1、方案论证
&产生单脉冲的方法有很多，如用集成555定时器、TTL集成单稳态触发器74LS121。
7、74LS221都是不可重复触发的单稳态触发器。属于可重复触发的触发器有72、73等。
&有些集成单稳态触发器上还设有复位端（例如7、74123等）。通过复位端加入低电平信号能立即终止暂稳态过程，使输出端返回低电平。
&方案一：用集成555定时器产生单脉冲，见图3—(a)。
&&&&&&&&&&&&&&&&
(a)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
单脉冲产生电路
&方案二：用TTL集成单稳态触发器74LS121，，见图3—(b)。
&方案三：用74LS00四—2输入与非门与手动开关，见图3—(b)
&用74LS00中的两个与非门构成基本RS触发器，手动开关反复波动一次，则触发器输出端将产生一个计数脉冲。
&确定方案：由于系统中其它部分用到一个与非门，在74LS00中还剩下3个与非门没有使用，则刚好用其中的两个与非门构成基本RS触发器。如果采用方案一或方案二，还要另外增加器件。所以计数脉冲产生部分采用方案三。
&2、元器件型号的选择及参数计算：
&与非门74LS00，R1=R2=1K，手动开关S1选用微型按钮开关。
&（三）、译码驱动显示部分
&1、方案论证
&方案一：采用74LS47 TTL
BCD—7段高有效译码/驱动器，数码管需选用共阳极数码管。
&方案二：74LS48 TTL
BCD—7段译码器/内部上拉输出驱动。采用74LS48不需要外接上拉电阻。
&确定方案：故采用74LS48。由于74LS48输出是高有效，所以显示数码管选用LTS547R共阴极数码管。
&2、元器件型号的选择及参数计算：
&数码管LTS547R，译码/驱动器74LS48；限流电阻的计算，数码管压降一般为1.8~2.2V，工作电流10~20mA，经试验，静态显示时10
mA亮度相当可观，所以限流电阻R1~R7=(5V-2V)/10mA=300Ω,功率为0.012&300=0.03W,故电阻选用R1~R7=300Ω（1/16W）。
&3、译码驱动、显示电路的设计
&74LS48的引脚见图4，74LS48的功能表如表1所示，其中，D C B
A为8421BCD码输入端，a—g为 7段译码输出端。
图4&& 74LS48引脚图
74LS48引脚功能表—七段译码驱动器功能表
十进数或功能&输入&BI/RBO&输出&
&LT&RBI&D C B A
&&a&b&c&d&e&f&g&
0&H&H&0 0 0
0&H&1&1&1&1&1&1&0&
1&H&x&0 0 0
1&H&0&1&1&0&0&0&0&
2&H&x&0 0 1
0&H&1&1&0&1&1&0&1&
3&H&x&0 0 1
1&H&1&1&1&1&0&0&1&
4&H&x&0 1 0
0&H&0&1&1&0&0&1&1&
5&H&x&0 1 0
1&H&1&0&1&1&0&1&1&
6&H&x&0 1 1
0&H&0&0&1&1&1&1&1&
7&H&x&0 1 1
1&H&1&1&1&0&0&0&0&
8&H&x&1 0 0
0&H&1&1&1&1&1&1&1&
9&H&x&1 0 0
1&H&1&1&1&0&0&1&1&
10&H&x&1 0 1
0&H&0&0&0&1&1&0&1&
11&H&x&1 0 1
1&H&0&0&1&1&0&0&1&
12&H&x&1 1 0
0&H&0&1&0&0&0&1&1&
13&H&x&1 1 0
1&H&1&0&0&1&0&1&1&
14&H&x&1 1 1
0&H&0&0&0&1&1&1&1&
15&H&x&1 1 1
1&H&0&0&0&0&0&0&0&
BI&x&x&x x x
x&L&0&0&0&0&0&0&0&
RBI&H&L&0 0 0
0&L&0&0&0&0&0&0&0&
LT&L&x&x x x
x&H&1&1&1&1&1&1&1&
灯测试输入使能端。当LT＝0时，译码器各段输出均为高电平，显示器各段亮，因此，LT＝0可用来检查74LS48和显示器的好坏。
&动态灭零输入使能端。在LT＝1的前提下，当/RBI＝0且输入BDCA＝000时，译码器各段输出全为低电平，显示器各段全灭，而当输人数据为非零数码时，译码器和显示器正常译码和显示。利用此功能可以实现对无意义位的零进行消隐。
静态灭零输入使能端。只要BI＝0，不论输入BDCA为何种电平，译码器4段输出全为低电平，显示器灭灯(此时/BI／RBO为输入使能)。
&动态灭零输出端。在不使用功能时，BI／RBO为输出使能。该端主要用于多个译码器级联时，实现对无意义的零进行消隐。实现整数位的零消隐是将高位的RBO接到相邻低位的RBI，实现小数位的零消隐是将低位的RBO接到相邻高位的&&&&&&&
数码管显示原理见图5。
数码管显示原理
&4、译码驱动、显示电路原理图见图6
译码驱动、显示原理图
&（四）、控制部分及循环加减计数部分
&1、方案论证
&方案一：74LS191 TTL为4位二进制同步加/减计数器。
&方案二：74LS190 TTL BCD同步加/减计数器。
&方案三：74LS192 TTL 可预置BCD双时钟可逆计数器。
&方案四：74193 TTL 可预置四位二进制双时钟可逆计数器。
&确定方案：经过比较，结合系统要求，决定采用方案二。
&2、控制部分及循环加减计数部分的设计
集成十进制同步加／减计数器CT74LS190，逻辑功能示意图见图7。
逻辑功能示意图见
（2）190功能表见表2
74LS190功能表
⑶ 主要逻辑功能。
&&& 74LS138 TTL
三——8线译码器
&逻辑图见图8，外引线见图9，功能表见表3
图9&&& 外引线图
&表3&& 138功能表
&控制部分及循环加减计数部分的电路原理图如图10所示。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&
控制部分及循环加减计数部分的电路原理图
&状态图如图11所示。
加减法状态图
五、 总体电路设计图、工作原理及元器件清单
&1、3～9可逆自动循环加或减计数器总体电路如图12所示。
2、工作原理
&由单脉冲产生单元产生的计数脉冲送至74LS190的CP端，做加法时，190的D/端需接地，通过手动开关S2实现。加法计数当加过9时，在CC/CR端将发出一个进位正脉冲，9再加1按照题目要求应该变成3；做减法时按照题目要求3减1应该变成9，在此利用74LS298双4位2选一数据选择器将预置数据3（0011）或9（1001）选择一个数据送给190的预置数据端DCBA，实现的方法是，将加9后产生的正脉冲反相后与减法时减到2由138译码得到的负脉冲进行或运算送至298的CLK端，CLK将预置的无论加或减的预置数数据送至190的与之数据端，298的WS端为数据选则端，即WS=1选0011加法预置数，WS=0选1001减法预置数。
&3、元器件清单见表4
元器件清单表
类别&编号&型号及参数&功能及类别&&
集成电路&IC1&74LS00&四2输入端与非门&&
&IC2&74LS04&六反相器&&
&IC3&74LS138&3-8线译码器&&
&IC4&74LS298&四位2选一数据选择器&&
&IC5&74LS190&BCD同步加/减计数器&&
&IC6&74LS48&4线-7段译码器&&
&IC7&7805&三端集成稳压器+5V&&
电阻&R1~R7&300Ω(1/2W)&碳膜电阻&&
&R9~R9&1KΩ/(1/16W)&碳膜电阻&&
&C1&1000μF/16V&电解电容&&
&C2&1000μF/10V&电解电容&&
&C3&0.33μF&独石电容&&
&C4&0.1μF&独石电容&&
整流桥&&2W10/2A&&&
变压器&&220V/10V(&
数码管&&LTS547R&&&
开关&S1&按钮开关&&&
&S2&按钮开关&&&
&S3&排开关&&&
六、 硬件电路安装、调试测试结果，出现的问题、原因及解决方法
&在安装调试过程中，遇到了一定的问题，具体如下：
&1、电源部分焊接完毕后，用万用表测量输出电压只有3.9V，工作不正常，仔细检查发现滤波电容C1、C2在焊接时由于疏漏，负极端忘记与7805的地端相连，怀疑可能由此引起，焊接后，电源工作正常了，输出电压5.02V，很理想。
&2、所有原件焊接完毕后，通电前测量+5V与地之间出现短路现象，此时焊点已经比较多了，查找起来比较困难了，但是由于是电源出现短路，因此决不能通电检查，所以一点一点，一个器件一个器件地反复排查，终于发现由于导线的毛刺引起的，用刀修剪处理后，故障排除。
&3、通电检查，通电后做加法时，数码管又反应，但显示数据不正确，怀疑是段码焊接有误，经查果然如此，经重新调整，故障排除。
七、 总结设计电路的特点和方案的优缺点
&本方案设计电路的特点是，除了满足题目要求的指标外，还补充了电源设计。
&优点：电路设计比较简明，易于实现，有些内容超过了题目要求，例如，单脉冲产生部分和电源部分。
&缺点：74LS298数据选择器可能由于不是常用器件，没有购到，以后再遇到设计问题，会从多个角度去考虑。
八、 收获、体会
&通过这次课程设计，是我收获很大；初步掌握电子电路的计算，掌握了一点数字电路的一般设计方法，具备初步的电路设计能力。同时学会了如何通过网络资源、书刊、教材及相关的专用手册等来查阅所需资料。熟悉了常用电子器件的类型和特性并初步学会了怎样合理地选用。初步掌握了普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。提高了综合运用所学的理论知识来独立分析和解决问题的能力。进一步熟悉了电子仪器的正确使用方法。学会了如何撰写课程设计总结报告。培养自己严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。
整个设计过程从一开始不知所云到现在能动手设计和安装、调试，遇到了不少的困难，但是通过老师的精心指导和自己的刻苦努力，都一一克服了，是我深深体会到，要想将来成为一名国家的合格建设者和栋梁，需要脚踏实地，刻苦学习、努力钻研、勇攀高峰，同时也从中体会到了成功的快乐，在这里，我要向辛苦耕耘的老师说一声：老师您辛苦了，非常感谢您-----敬爱的老师！
九、参考文献
[1]《中国集成电路大全》TTL集成电路 国防工业出版社，1985
[2]《实用电子电路手册》北京：高等教育出版社，1991
&[3]《数字电子技术实验及课题设计》北京：高等教育出版社，1995
[4]魏立君，韩华琦.COMS4000系列60种常用集成电路的应用.北京：人民邮电出版社，1993
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2013年第6章 单片机定时器 计数器.ppt75页
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AT89S51单片机的
定时器/计数器 目录 6.1
定时器/计数器的结构
工作方式控制寄存器TMOD
定时器/计数器控制寄存器TCON 6.2
定时器/计数器的4种工作方式 6.3
对外部输入的计数信号的要求 6.4
定时器/计数器的编程和应用
方式1的应用
方式2的应用
方式3的应用
门控制位GATEx的应用―测量脉冲宽度
实时时钟的设计 6.1
定时器/计数器的结构 具有定时器和计数器2种工作模式，4种工作方式（方式0、方式1、方式2和方式3）。属于增计数器。 T0、T1不论是工作在定时器模式还是计数器模式，都是对脉冲信号进行计数，只是计数信号的来源不同。 计数器模式是对加在T0（P3.4）和T1（P3.5）两个引脚上的外部脉冲进行计数； 定时器工作模式是对单片机的时钟振荡器信号经片内12分频后的内部脉冲信号计数。由于时钟频率是定值，所以可根据计数值计算出定时时间。 计数器的起始计数都是从计数器初值开始的。单片机复位时计数器的初值为0，也可用指令给计数器装入一个新的初值。 6.1.1
工作方式控制寄存器TMOD 字节地址为89H，不能位寻址
（1）GATE―――门控位。 ?0：仅由运行控制位TRx（x? ?0,1）来控制定时器/计数器运行。 ?1：用外中断引脚（ 或 ）上的电平与运行控制位TRx共同来控制定时器/计数器运行。
TMOD，#06H ????
计数功能 只要用 SETB
TR0 ，SETB
即可启动T0 T1 开始工作。 6.1.2
定时器/计数器控制寄存器TCON 字节地址为88H，可位寻址，位地址为88H～8FH
（1）TF1、TF0――计数溢出标志位。 当计数器计数溢出时，该位置“1”
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