自动计数器电路的设计

自动计数器电路的设计

童存波

海南省技师学院， 海南省 海口市 570100

摘要：本课题所设计的计数器电路是以数字芯片为核心，由时基集成电路NE555、二/十进制同步加法计数器CD4518、七段数码管译码驱动器CD4511及周围元件组成。电路通过时基电路NE555提供计数脉冲，使加法器CD4518和译码器CD4511进行计数编码、译码可以在数码管上进行两位数的自动计数显示功能。调节电位器RP1可改变计数快慢，并伴有LED1闪烁指示，按键S1可对计数作清零处理。该电路具有性能稳定，使用寿命长、使用方便等优点。

关键词：自动计数、编码译码、数码显示、脉宽调节

一、设计自动计数器电路的目的

自动计数器电路的常用方法是用单片机作为核心进行设计，而且功能可以更多、多、更智能，但需要有一定的编程基础，对于没有单片机编程基础的人来说难度比较大，特别是针对中职院校只学过模拟电路和数字电路的新生来说难度更大。

对于只学习过模拟电路和数字电路的中职新生来说怎样把所学的知识用在实际的电路设计中是一件非常有意义的事情，本次设计的主要目的是通过设计数码显示自动计数器电路来引导学生把所学的基础知识灵活的用到电路的设计中去。

所以我采用教学中常用的数字芯片为核心，通过设计各单元电路的基本功能，并将这些基本功能进行灵活的组合，达到电路设计的要求。

二、系统总体设计流程图

脉冲产生电路

NE555

计数器

CD4518

译码器

CD4511

数码显 示

复位

三、单元电路设计

1. 脉冲产生电路

NE555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，常被用于定时器、脉冲产生器和振荡电路。NE555可被作为电路中的延时器件、触发器或起振元件。脉冲产生电路由NE555集成芯片和少量外围电阻电容等元件组成。当外围电解电容C1充电使电压升至2/3 VCC时，NE555的输出端3脚输出低电平，同时通过7脚进行放电；当电解电容C1放电使电压降至1/3 VCC时，NE555的输出端3脚输出高电平，同时放电脚7脚的开关管截止，电解电容开始充电。NE555在外围电路的配合下使输出端3脚输出一个方波脉冲。调节电位器可以改变电解电容的充放电的时间，从而改变输出端3脚的脉冲频率。

2. 计数器电路的设计

计数器电路采用CD4518芯片为核心器件。CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器。CD4518控制功能:CD4518有两个时钟输入端CP和EN。若用时钟上升沿触发，信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）；若用时钟下降沿触发，信号由EN输入，此时CP端为低吨平(0)。两种情况复位端CR也保持低电平(0),只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。

将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q3做输出端，接到下高位的EN端，高位的PC端需接低电平，也就是接地，使电路完成“逢十进一”的进位信号向高位发送。

CD4518引脚功能：

3.译码电路

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，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的电流。可直接驱动LED显示器。

CD4511引脚图

 其功能介绍如下：

BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：5脚是锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

4.显示电路

LED数码管按电路中的联接方式可以分为共阳型和共阴型两大类：共阴型是将各段发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，a～g、dp各段接控制端，某笔段接高电平时发光，低电平时不发光，控制某几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阳极型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，某几段接低电平时发光，高电平时不发光。

本电路因为采用CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)，本电路选择共阴型数码管。

四、设计电路的原理和功能

十进制计数器是由时基集成电路NE555、二/十进制同步加法计数器CD4518、七段数码管译码驱动器CD4511及周围元件组成，电路能完成两位数的自动计数显示功能。调节RP1可改变计数快慢，并伴有LED1闪烁指示，按键S1可对计数作清零处理。

1.电路电源接直流电压5V，注意极性应与电路板上的标记 +、- 保持一致，不要反接。

2.IC1 NE555及周围定时元件构成一个振荡器，第3脚输出一定频率的脉冲，一路驱动LED1闪烁显示，另一路作为IC4B的计数脉冲信号（第9脚），使其内部计数器加1，它输出的二进制BCD码经过IC3译码后，驱动数码管DS2显示个位数字。当IC4B计数从9到10时，其内部计数器自动清零（1001-0000），第14脚产生的下降沿脉冲作为IC4A的计数脉冲信号，使其内部计数器加1，它输出的二进制BCD码经过IC2译码后，驱动数码管DS1显示十位数字。

五、结束语

本次设计采用常用的数字芯片为核心，NE555定时器、计数器、译码器、数码管等数字电路中重要的基础单元电路，根据各自的基本功能巧妙的组合在一起，组成了自动计数器电路。虽然本次设计的电路功能有限，但解决了在数字电路教学过程中，学生对数字电路基础知识掌握的情况下，怎样灵活运用的问题。这是在教学过程中根据学生学习的实际情况归纳的一个案例，但在实际教学过程还需要更多的案例去引导学生更加灵活的运用所学的知识，为后续的专业学习打下坚实的基础。

附：电路原理图

参考文献：

（1）康华光 电子技术基础模拟部分（第四版）高等教育出版社，1998年8月

（2）赵红 数字电子技术仿真与应用 电子科技大学出版社，2021年9月