计数器的设计

摘要：在科学技术迅猛发展的今天，数字电路以其实现简单、系统可靠、集成度高、抗干扰能力强等优点，已经步入到了我们日常生活中。文章所设计电路由NE555多谐振荡器提供振荡源，74192进行计数和进位，CD4511将74192提供的BCD码译码成七段码并驱动数码管显示，实现从0～99计数的数字电路。由NE555集成电路组成的多谐振荡器具有频率稳定，电路简单，时钟脉冲信号比较准确等优点。

关键词：数字电路；NE555；74292；CD4511

中图分类号：TH724 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2012）23—0018—02

1 计数器工作原理

本电路由NE555多谐振荡器产生方波，频率为1Hz，形成振荡源提供74192进行计数和进位、CD4511将74192提供的BCD码译码成七段码并驱动数码管显示，两级累加实现从0～99计数的数字电路，电路原理如图1所示。

2 计数器的特点

本计数器由555定时器组成时钟脉冲振荡器频率稳定，从而使计数比较准确，能实现正计数或倒计数，电路简单可靠性高，操作简便。

3 覆铜板图及实物图

使用PROTEL99 SE软件，制作覆铜板图，打印到热转印纸成图，并热转印到覆铜板，将覆铜板放置三氯化铁溶液内腐蚀后，打孔焊接。电路安装调试简单，示波器测试555震荡电路周期正常，安装加、减计数器和译码器集成块，通电试车，如图2、图3所示。

4 功能电路分析

4.1 NE555构成时钟脉冲震荡器

①秒脉冲震荡电路工作原理。如图4所示，当接通电源时，由于电容两端的电压不能突变，低电平触发端2脚为低电平，输出端3脚为低电平。电源通过电阻R1和电阻R2对电容C充电电容电压充到电压电源2/3时，高电平触发端6脚为高电平，输出端3端为低电平。同时放点（接7脚）导通，电容器经过电阻R2放电。当电容器电压下降到电源电压1/3时，输出端3脚为高电平。电容器放电停止，电源通过电阻R1和R2再次对电容C充电，如此反复，形成震荡，输出连续矩形脉冲。

②555管脚功能。555管脚功能如表1所示。

经计数得出：当R1=15 kΩ，R2=68 kΩ，C=10 uF时T=1 s。

4.2 CD4511使用说明

CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码——七段码译码器，如图5所示，特点如下：具有BCD转化、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，输出电流达25 mA，可直接驱动LED显示器件。

管脚3为测试输入端，为低电平时，译码输出全为到电平，7个发光段全亮，正常译码时应接高电平；管脚4为消隐输入端，低电平时，译码输出全为低电平，7个发光段全灭，正常时应接高电平；管脚5为锁存输入端，为高电平时，译码器处于锁定状态，不能正常译码，正常译码时应接低电平；CD4511的输出电流达25 mA，可直接驱动LED显示器件。

4.3 74192使用说明（图6）

74192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入功能、十进制可逆计数功能、异步并行置数功能、保持功能和异步清零功能。如图6所示，其特点如下：电路可进行反馈，而很容易的被级联。即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端上即可。

异步清零：14脚为1时，计数器计数清零；预置数据：11脚为0 时，输出端Q0～Q2随输入端P0～P3一起变化；同步计数：当14脚为0，11脚为1 时进行计数，CP脉冲上升沿有效；加法计数：CPU是加法脉冲计数输入端，12脚为0时进位输出信号；减法计数：CPD时减法脉冲计数输入端，13脚为0时借位输出信号；Q0～Q3输入，输出电流为1 mA，20 mA；P0～P3输入，输出电流为20 uA，0.6mA。

4.4 数码管使用说明

数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

本例采用共阳七段数码管作为数据显示，按数码管技术参数规定，工作电流为静态，总电流80 mA（每段10mA）；动态，平均电流4～5 mA，峰值电流100 mA。设计中，各笔画段及小数点段需考虑限流。

5 应用的范围

本文所设计电路可用于计时（计时时间=震荡频率×数码管显示的数值）。若对电路的振荡器部分稍微改造，可用于产品的计数。

参考文献：

[1] 张伟林.数字电路[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2006.

[2] 黄士生.模拟电子技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2006.

[3] 左昉.PROTEL应用教程[M].北京：清华大学出版社，2008.