计数器电路十篇

计数器电路篇1

关键词：比较器，积分器，差分放大电路

Abstract: Function generator which can produce a variety of waveforms has a long history of development .The signal source which it provides is the most widely used general-purpose signal source, it can give powerful helps to the people on teaching, researching and production testing, and the study is going on .The function generator which design in this article use discrete components such as comparator, integrator and the differential amplifier to achieve at a certain frequency range. And it also has the advantages such as simple circuit design, flexible, frequency range can be extended.

Key words: comparators, integrators, differential amplifier

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

引言

函数发生器一般是指能自动产生多种波形的电路或者仪器。它所提供的信号源是使用最广的通用信号源，如正弦波、锯齿波、方波、脉冲串等波形。一台功能较强的函数波形发生器，不仅能够产生多种波形，还具有扫频及频率计等功能。函数发生器在学生的实验、科研及设备检测中都有十分广泛的用途。本文设计的函数信号发生器体积小、功耗少、价格低，最主要的是它的输出波形较为灵活，可供选择。

1 函数发生器的基本原理

函数发生器的电路形式可以采用由运放及分离元件构成，也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，本设计采用由集成运放及分离元件构成的方法来设计函数发生器，使其能够产生三种波形，即方波、三角波和正弦波。

函数发生器的原理框图如图1所示。

作者简介：马贞（1984-），女，河南郑州人，助教，大学本科。研究方向：电路与系统

图1 函数发生器的原理框图

从图1中可以看出，函数发生器主要由比较器、积分器和正弦变换器组成。这里的比较器主要是采用迟滞比较器。由比较器产生的方波通过积分电路变换成三角波，积分电路中的电容的充、放电时间决定了三角波的频率。这里迟滞比较器、积分电路和反馈网络组成了振荡器，积分器产生的三角波送到比较器的输入端，经过比较器又产生方波。积分器产生的三角波送到差分放大电路的输入端，利用差分放大器传输特性曲线的非线性特性将三角波转换为正弦波[1]。在本次的设计中，要求要有两个频率波段（1~10Hz,10~100Hz）生成，因此在积分电路中采用单刀双掷开关来切换两个容量不同的积分电容，实现两个频率范围之间的转换。

2 各部分电路设计

2.1方波――三角波转换电路设计

下面主要介绍由方波到三角波的转换。图2中，模拟信号经过迟滞比较器输出方波信号，若要生成三角波信号，只需将迟滞比较器的输出端通过R4接到积分器的反相输入端。由此利用迟滞比较器和积分电路可组成方波――三角波转换电路，如图3所示。

图2方波――三角波转换电路

由图2可见，信号Uo1接入积分器的反相输入端。此反相积分器由运算放大器IC2与电阻R4、R5、RP2及电容C2、C7组成，R5为平衡电阻。从而可得积分器的输出Uo2为：

当Uo1=+VCC时，电容C2被充电，电容电压UC2的上升规律为线性上升，Uo2与UC2的极性相反，则

即Uo2线性下降。当Uo2（即Ui）下降到Uo2=UTH2时，比较器IC1的输出Uo1状态发生翻转，即Uo1由高电平+VCC变为低电平-VEE，于是电容C2放电，电容电压UC2线性下降，

即Uo2线性上升。当Uo2（即Ui）上升到Uo2=UTH1时，比较器IC1的输出Uo1状态又发生翻转，即Uo1由低电平-VEE变为高电平+VCC，电容C2又被充电，周而复始，不停地振荡。Uo1输出是方波，Uo2输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形关系如图3所示。

图3三角波与方波的关系图

2.2三角波――正弦波转换电路设计

三角波――正弦波的波形变换原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图4所示。

图4 差分放大电路实现三角波-正弦波变换的原理图

由图4可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄，则输出的正弦波形越好；三角波的幅度ΔUTH应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。差分放大器工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强，可以有效地抑制零点漂移。利用差分放大器可将低频率的三角波变换成正弦波。这里选择的差分放大电路形式如图5所示。

图5 差分放大电路

分析表明，传输特性曲线的表达式为：

式中≈为差分放大器的恒定电流；UT为温度的电压当量。当室温为25℃时，UT≈26mV。

根据理论分析，如果差分电路的差模输入Uid为三角波，则IC1与IC2的波形近似为正弦波。因此，单端输出电压Uo3也近似于正弦波，从而实现了三角波到正弦波的变换。

在图5所示的电路中，电位器RP3用于调节输入三角波幅度，RP4用于调节电路的对称性，RE1可以减小差动放大器传输特性的线性区。电容C3、C4和C5为隔直电容，C6为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。

3结论

本文用到的有抗干扰能力强的迟滞比较器，积分器和差分放大电路。其设计难点主要是在三角波到正弦波的变换上。这里主要是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性来进行波形的变换。此外，还有多种方法可实现这一变换。如可以用二极管折线近似电路或单片集成函数发生器实现变换。这些方法可根据设计要求的不同进行选择应用。

另外，在信号频率段的控制上，本设计实现了在两个不同的频率段之间的切换。那么根据主要原理，多个频率段之间的切换同样可以实现，只需要采用一个多路的模拟开关，通过参数计算，选择不同的电容值即可。

参考文献

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[4] 李青鹏,路军,李俊杰等.基于单片机和DDS的高精度频率信号实现[J].电子技术应用,2002,28(9): 50～52.

[5] 彭文标,黄悦华.基于DDS技术的信号源设计与实现[J].微计算机信息,2007,(20):271～272.

[6] 于锡存,曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安: 西安电子科技大学出版社,2000.

计数器电路篇2

关键词：数字电路 PLC 四路抢答器 设计 对比

中图分类号：TN99 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0145-02

社会经济发展不仅为人们的生活生产提供了必要的物质资源，而且还为不断丰富人们的精神生活创造了良好条件，文体、竞赛等娱乐活动在充实人们的精神生活方面发挥了重要作用，而在竞赛等娱乐活动中的抢答环节，如何实现公正、直观且准确的抢答判断是参与这一项活动的重点。在科学技术的不断进步与发展支持下，应用抢答器来辅助竞赛抢答活动，能有效提高活动中抢答判断的公正性与准确性，所以对抢答器的设计与制作受到越来越多的重视。本文中对基于数字电路所设计的四路抢答器以及基于PLC所涉及的四路抢答器进行分析，并对这两种不同设计进行比较分析，为四路抢答器的优化设计与制作提供些许帮助。

1 基于数字电路的四路抢答器设计

通过数字电路所实现的四路抢答器设计的重点，主要是电路原理及功能实现：

1.1 电路原理

在进行基于数字电路的四路抢答器设计中的电路设计时，可将电路分为抢答控制、译码驱动显示及发声部分这几个功能模块进行设计。

图1所示为基于数字电路的四路抢答器设计中的电路原理框图，如图所示，主持人在抢答前按下复位按钮R后，会有低电平于RS触发器的Q输出端输出， LED数码管未有显示，而此时的CD4511工作状态为消隐，蜂鸣器不发出声响，且多谐振荡器没有震荡情况产生。而在抢答活动开始时，首位按下按钮的选手所输入的高电平经编码电路会在输入至CD4511前编成对应的8421BCD码，而RS触发器的S输入端与Q输出端流经的为高电平，CD5411则将译码输出锁存，让LED数码管的显示始终保持在首位选手的编号显示状态下，同时又NE555定时器组成的多谐振荡器会有振荡产生，而蜂鸣器也有声响发出。为了确保抢答器的公正准确，降低抢答状况同时出现的几率，需要首位选手在按下抢答按钮的同时完成电路锁存，因此有较高的电路工作速度要求。

上图所示中4—4线编码，可用于将抢答时的四路抢答输入信号编成相对应的8421BCD码，若是在同一时刻出现多人抢答状况，则此次抢答视为无效。而显示器则是由七段共阴极LED数码管来构成。图中RS触发器是由非门CD4001或是CMOS集成所构成，经由RS触发器输入的高电平视为有效。门电路或是说四输入由电阻R1、R2、R3及R4与二极管VD3、VD4，VD5及VD6组成实现，而CD4511译码输出在加到数码管相应阳极前，需先实现220～330Ω电阻限流。

1.2 功能实现

所设计的抢答器可供四名选手参赛，按顺序分别有各自的编号与控制按钮，可实现抢答信号的输入，同时还有一个供主持人控制的抢答控制开关与系统清零开关，即主持人按下抢答控制开关为允许抢答，而按下系统清零开关时抢答电流清零。抢答器的另一功能为数据锁存，同时可通过LED数码管将锁存数据显示出来，除非由主持人将数据清零。若是已有抢答信号输入并已显示出信号输入对应的编号号码时，其他任何按钮按下时的抢答信号输入均为无效，并且指示灯仍然持续在首开关按下时的状态。另外，抢答器的抢答具有定时功能，主持人在按下“开始抢答”按钮的同时开始计时，定时器的减记同时显示于显示器上。若有选手在未允许抢答时的情况下按下抢答键则视为犯规，而犯规选手的编号则会同时显示在显示器上。而在定时的抢答时间内，选手抢答的具体时间与选手编号会显示于显示器上以供判断，直至主持人将其清零。但若是在抢答时间内没有选手参与抢答，设定时间一到变化将输入电路封锁，以防有选手出现超时后的抢答状况，而显示器上会同时显示时间并闪烁提醒。这些都是基于数字电路来设计的四路抢答器所要实现的基本功能。

2 基于PLC的四路抢答器设计

2.1 PLC概述

PLC可编程控制器是集计算机技术、通讯技术及传统继电器控制技术等为一体的新型自动化控制装置，PLC可编程控制器具有较高的可靠性，不仅通用性好、体积小且使用方便，而且具有运用灵活、易于扩展等优点，已在许多工业控制领域发挥了重要作用。PLC可通过编写程序来实现定时的逻辑控制，是通过输入/输出模拟量与数字量来实现对机械设备的控制的。抢答器的制作与应用场合不断增加，再加上人们对竞赛抢答的公正、准确越来越关注，将PLC的优势用于抢答器的设计与实现，有效提高抢答活动的准确性与公正性，是抢答器设计与实现的重要突破。应用PLC进行四路抢答器的设计，就是充分考虑到其控制方便、应用灵活等优势，应用PLC来进行抢答器的抢答方案设计，只需要通过改变输入PLC的控制程序就可以实现，大大降低了抢答器的设计难度。

2.2 电路原理

PLC基础上的四路抢答器中，主持人开始与复位按键可以由按键操作，四个参赛组配置四个抢答按钮，所以在输入点的配置上也应该是四个输入点。对于输出端而言，采用一个共阴极的七段数码管对参赛组的序号进行显示。PLC输出端直接对七段数码管进行驱动，占用七个输出点；再加上一个红灯、一个绿灯、一个蜂鸣器，总共三个负载，所以该PLC总共需要配置10个输出点，通过专用通信电缆进行连接。其接线原理如图2所示。

2.3 PLC设计四路抢答器的功能实现

基于PLC可编程控制器进行四路抢答器的设计中，硬件电路设计较为简单，PLC的硬件组成部分包括CPU、输入/输出单元、编程器、存贮器以及通信接口等。应用PLC进行的四路抢答器设计，抢答控制按钮可由PLC内部输入继电器的常开触点来实现，而抢答锁存功能则有中间继电器触点来实现，另外七段数码管显示与蜂鸣器发声的驱动可由输出继电器线圈来进行。在抢答活动进行时，当首位选手按下抢答按钮时，会触发显示器并显示出该选手的编号与具体抢答时间，而同时蜂鸣器也发出声响提醒抢答结果，此时的抢答器已被锁住，其他选手按下按钮均为无效，而显示器仍停留在首位选手按下抢答按钮的相关信息显示状态，直至主持人将数据清零并按下复位按钮后重新开始下一轮抢答。

3 数字电路和PLC实现四路抢答器设计的比较

通过对两种设计实现方法的比较可知：（1）基于数字电路进行的四路抢答器设计，是完全在硬件电路逻辑关系的基础上进行并实现的，首先可通过EWB软件实现设计的方针与模拟，以有效确定各相关元器件机器有关参数，在通过PROTEL软件进行对印刷电路板图的设计仿真，然后根据设计框架进行安装调试。基于数字电路实现的四路抢答器设计在调试完成后，其电路设计具有较高的可靠性与稳定性，但电路设计方面较为复杂，并且也有一定的调试难度。（2）可编程控制器PLC本身具有高可靠性，且抗干扰能力较强，并具有完善的使用功能，而且设计安装相当简便，编程也较为简单，应用起来也灵活方便，在许多工业生产控制领域都得以广泛应用并发挥重要作用。而应用PLC可编程控制器实现的四路抢答器的设计，充分应用了PLC强大的软件编程功能，通过软件来实现所设计四路抢答器的功能，大大降低了安装调试方面的难度，因此对硬件设计方面的要求较低，只是通过简单设计就能实现。（3）基于数字电路与PLC实现的四路抢答器的设计，还有一个较大的区别，即若是需要增加一路或是多路抢答，通过数字电路设计的四路抢答器改动幅度较大，尤其是要增加输入电路，而电路改动本身就是一个较为困难的工作，再加上电路设计复杂，改动难度相当大。但若是对基于PLC实现的四路抢答器设计进行改动，其电路改动就要简单的多，只需要通过增加一个或是多个中间继电器与输入点就可以实现，而且再加上PLC可编程控制器软件编程的本身程序改动也相当简单，大大降低了四路抢答器的改动难度。

4 结语

综上所述可知，基于数字电路而设计的四路抢答器，具有较高的可靠性与稳定性，但其电路设计较为复杂，而且也有较高的调试难度，而基于PLC可编程控制器所设计的四路抢答器不仅有较高的可靠性，而且抗干扰能力也较强，另外设计安装与编程较为简便，还有功能完善、使用便利等优点，调试也极其简便。因此，通过这两种四路抢答器的设计比较，可以为利用更加合理适当、可靠有效的设计方法来实现抢答器设计优化提供一些信息。

参考文献

[1]韦穗林.四路抢答器的设计和制作[J].电子制作，2010（1）.

[2]韩满林.用触摸屏和PLC实现四人抢答器的控制设计[J].电子工程师，2007（12）.

[3]周云波.四路抢答器的PLC程序设计[J].现代电子技术，2003（15）.

[4]黄军文.数字电路和PLC实现四路抢答器的设计与比较[J].中国科技博览，2012（34）.

[5]包西平.基于PLC的知识竞赛抢答器设计[J].机电工程技术，2010（11）.

计数器电路篇3

关键词：数字电路；交通灯控制器；电路仿真

前言：数字电路早在上世纪中后期就已经形成，其主要由组合逻辑电路以及时序逻辑电路所组成。就当前的实际情况来看，交通灯控制器的显示设计均采用单片机的原理，为了能够寻求一种更加简便的方法，设计者利用数字集成电路来完成交通灯控制器，并以此来实现十字路通信号灯的控制。通过一系列的仿真与修改，能够得知，和传统的设计方法相比，利用数字电路的技术，具有灵活性强、效率高以及成本低等特点。

1 交通灯控制器的设计要求

本次设计的交通灯控制器所工作的条件是由甲、乙两个交叉路口所构成，通过对交通灯控制器的设计，要求其控制的任务是：在甲路口绿灯亮的同时，要求乙路口红灯亮，这样的状态保持3s。在3s之后，甲路口绿灯停，黄灯亮，保持1s，1s之后甲路口的黄灯以及乙路口的红灯同时停止，甲路口红灯亮，乙路口绿灯亮，保持3s。3s之后乙路口的绿灯停，黄灯亮，保持1s，1s之后乙路口的黄灯灭，亮起红灯，同时甲路口绿灯亮起，并以此循环。

而这时的交通灯控制系统被分为控制器和受控电路两个部分，根据对交通灯控制器的具体设计要求，本次研究中需要设计出一个循环控制系统，并观察其控制的状态。在下文中，将重点介绍设计的具体方案。

2 交通灯控制器的具体设计方案

2.1主控制器的设计

根据实际情况来看，在十字路口，车辆通行主要有两种情况：一种是在交通事故条件下要求车辆禁行。在这种情况下，十字路口的两端均不通行，这是交通灯需要红灯亮，倒计时功能停止，并保持闪烁的状态；另一种就是无特殊情况的通行，主要包含四种情况：第一，最开始的时候，东西道路为通行状态，绿灯亮，南北道路为禁行状态，红灯亮；第二，十字路口的道路全部禁行东西道路黄灯亮，南北道路红灯闪烁；第三，东西道路禁行，红灯亮，南北道路通行，绿灯亮；最后，十字路口全部禁行，南北道路黄灯亮，且东西道路红灯闪烁。根据这种情况，主控制器要实现4种状态，并分别定义为S0、S1、S2、S3。要想实现这4种电路，可以应用到数字电路技术[1]。设计如下图所示：

在这个设计图当中，我们利用的是两块74LS192芯片，K0表示清零，由位置1切换到2，K1和K2是交通道路特殊状态的控制键，如果有特殊状态按K1，特殊状态处理后，再按K2，表示恢复了正常的通车控制。A、B、C三种信号均用于对信号灯的控制，同时C还兼做停止计时时的闪烁效果控制。

2.2状态译码器的设计

上文中提到，主控制器在实际应用中会产生四种状态，而状态译码器则要求分别控制十字路口上红、绿、黄灯的状态，而这3种灯的状态和主控制器的输出可以用R1来表示。与此同时，利用信号真值表能够设计出交通灯控制器状态译码器的电路。

在本次设计中的数字电路技术，共分为8个双向3态缓冲电路，在其输入和输出均为高阻态的状态。高阻态就是指在应用过程中相当于没有这个数字芯片。在本次研究的电路中，主要是实现红灯的闪烁，无论是在十字路口的主干道和支干道，都能够利用这个状态译码器来进行控制[2]。

2.3倒计时计数器的设计

在这次的研究中，交通灯控制器的倒计时电路主要是利用数字芯片74LS192来进行设计。具体设计如下图所示：

在倒计时电路的脉冲信号和交通道路特殊情况控制信号C经过与非门U5：A后，被送入到个位片U2的DN端口，而十位片则被连接到另外的Q3端口当中。通过预置数的方式来实现任意进制下倒计时电路的设计，并且十位和个位片U1和U2的预置数据要按照下表来进行设计：

通过上表能够得知所预置的具体数值，由于U1和U2的预置时间是倒计时电路到0s时根据U1和U2的TCD信号经过或门U6：A之后才形成的，考虑到数字芯片的延迟特点，因此选择03s时就对主控制器当中的U11产生出驱动脉冲，以此来实现U1和U2的预置数据最终能顺利送达。

3 交通灯控制器的仿真结果

在本次研究设计完成之后，需要利用到Proteus的软件来进行仿真检测，这个软件是英国一家公司专门的EDA的工具软件。本次设计当中的所有数字集成芯片都可以在这个软件的元件库里找到[3]。在仿真检测中，设计人员画好仿真电路并修订出元件的具体参数就能够实现仿真。通过仿真，数字电路对于交通的灯的基本控制功能就能实现，同时还具有倒计时及时间设置功能，能够被广泛运用。

结论：本次研究设计是通过将数字电路的分析设计和电子设计自动化相互结合，能够完成交通灯控制器中各个单元电路以及整体信号电路的设计。为了能够进一步验证该设计的准确性，本次研究还通过Proteus软件来进行仿真观察，通过仿真检测，可以看出仿真的结果符合设计的具体要求，并达到了所预期的目的。本次设计的交通灯控制器是在数字电路的基础上完成的，相比于传统的单片机设计交通灯控制器，这种设计方法更加简单便捷，不需要再次进行软件的编程和调试，并且成本低廉，适合在实际应用中广泛推广。

参考文献：

[1]宋朝君.基于数字电路的交通灯控制器的设计与仿真[J].电子技术与软件工程，2013，11（20）：96-97.

[2]刘建华，龚校伟，崔雅君.交通灯控制器数字电路的设计及仿真[J].数字技术与应用，2012，10（01）：1-2+4.

[3]黄鸿锋.交通灯控制器的设计与实现[J].中国集成电路，2010，12（07）：65-67.

计数器电路篇4

基金项目：新一代宽带无线移动通信网专项（2013ZX03001010）；湖南省科技计划资助项目（2014GK3002）

作者简介：曾健平（1966-），男，湖南祁东人，湖南大学副教授，博士研究生

通讯联系人，E-mail：

摘要：基于0.18 μm CMOS工艺，设计了一款高频GmC复数滤波器，该滤波器的中心频率达到46 MHz，在20 MHz的通带内的平坦度小于0.36 dB，能够实现98 dB的镜像抑制，以及28 dB的带外抑制.滤波器工作在1.8 V电源电压下，消耗的电流小于7.9 mA.为了纠正滤波器的频率，提出了一种基于积分器和数字电路的频率调谐方法，该调谐电路在调谐完成后会自动关闭，实现了“零功耗”，特别适合低功耗的应用.仿真结果表明调谐误差小于±1.5%.

关键词：滤波器；调谐；仿真；GmC

中图分类号：TN713 文献标识码：A

A Design of 46 MHz GmC Complex Filter

and Automatic Frequency Tuning Circuit

ZENG Jianping1， HU Jiajie1， SHAN Qiang2，HUANG Shuilong2，

WU Zhenyu2，ZHANG Haiying2，HU Jin1

（1. School of Physics and Microelectronics， Hunan Univ， Changsha， Hunan410082，China；

2. Institute of Microelectronics， Chinese Academy of Sciences， Beijing100029，China）

Abstract：A high frequency complex GmC filter was proposed by using 0.18 μm CMOS RF process. The filter has 20 MHz bandwidth and is centered at 46 MHz， while the passband flatness is less than 0.36 dB. The image band rejection is higher than 98 dB， and the outband rejection is higher than 28 dB. The complete filter consumes less than 7.9 mA with 1.8 V supply voltage. An integrator with digital circuits based frequency tuning circuit was used to realize the automatic tuning of both center frequency and bandwidth. On the completion of the tuning， the circuit will automatically shut down. The 'zero power' is particularly suitable for low power applications. Simulation results show that the tuning error is less than ±1.5%.

Key words： filters； tuning；computer simulation； GmC

近年来，随着CMOS技术的快速发展，越来越多的射频接收机采用单芯片设计以减小功耗和成本.其中零中频和低中频结构是两种比较流行的射频接收机结构，零中频接收机由于受到直流失调，闪烁噪声等因素的影响限制了性能[1].在电路设计时需要额外的电路来消除这些影响，这无疑增加了系统的复杂度和功耗.相比较而言，低中频接收机没有这些因素的影响，因此得到广泛的应用.但低中频接收机存在镜像干扰，需要对其进行抑制[2].

通常在混频器之后接入有源复数滤波器，实现对镜像信号的抑制.有源滤波器主要分为ActiveRC和GmC两种.ActiveRC滤波器在稳定性、动态范围及灵敏度等方面有一定优势，但在频率较高的情况下，其对运放的单位增益带宽有很高的要求，这极大地增加了功耗和面积，因此ActiveRC滤波器不适合高频应用[3].GmC复数滤波器由于其开环特性，功耗低，则适合高频应用.然而，GmC滤波器对CMOS工艺偏差和温度极其敏感，这影响了滤波器的频率准确度，频率偏差最大可以达到20%～50%，在绝大多数情况下这是不允许的.所以， 对于集成有源滤波器， 通常还需要设计频率自动调谐电路， 以补偿由于工艺偏差、温度变化等因素带来的滤波器频率参数的变化[ 4-6].

湖南大学学报（自然科学版）2014年

第8期曾健平等：一种46 MHz GmC复数滤波器及其自动频率调谐电路设计

对于GmC复数滤波器，非理想效应影响滤波器的性能：寄生电容限制了中心频率和带宽；运算跨导放大器（OTA）有限的输出阻抗影响增益；寄生极点零点影响滤波器的稳定性和平坦度；这些都限制了GmC复数滤波器在高频场合的应用.目前，GmC复数滤波器主要应用在中频为20 MHz以下的接收机系统中，对于中频大于20 MHz的应用罕有报道.本文针对系统对高中频、宽带、高平坦度、高镜像抑制和带外抑制以及低功耗的要求，提出了一种中频为46 MHz的GmC复数滤波器，探讨了高中频、宽带、高平坦度和低功耗复数滤波器的设计方法.

1复数滤波器结构

本文中复数滤波器由七阶梯形低通滤波器组合而成，这种结构的优势是滤波器灵敏度低，元件值的变化对滤波器的通带特性影响较小.七阶梯形低通滤波器原型如图1所示，为了得到有源滤波器，需将这里的3个电感和2个电阻分别用跨导和电容进行等效替换.其等效替换公式为：

L=C/G2mL.（1）

电阻可以用跨导进行等效，其等效替换公式为：

R=1/GmR.（2）

本文设计的七阶GmC复数滤波器，如图2所示.图2中，GmC的作用是将输入的电压信号转变为电流信号，Gmif的作用是对低通传递函数进行线性频移.中心频率的表达式为：

ωif=Gmif/C.（3）

为了解决工艺和温度变化对滤波器中频和带宽带来的影响，滤波器设计成可调谐的.由滤波器的频率关系可知，通过调谐GmC和Gmif来调谐中频和带宽，也可以通过调谐电容C的值来进行调谐.前者由于其调谐范围小，故应用受到一定的限制[7-8].本文采用调谐电容的方式进行频率调谐.所有的电容皆设计成如图3所示的6 bit电容阵列，通过6 bit开关控制接入到电路的总电容来调谐滤波器的频率.

2线性跨导和共模反馈

在高频的应用中，有源滤波器的相位错误在极点和零点频率处尤为敏感.在实际应用中，寄生极点至少应为滤波器截止频率的100倍[9]，这对OTA的设计提出了很高的挑战.为了解决上述问题，提出了一种OTA，如图4所示，该OTA在信号主通路上没有多余的内部节点，其寄生极点可以设计得很高，适合高频应用.同时在输入管源级跨接两个偏置在线性区的MOS管来提高线性度[10].

图4中，M1～M4 构成跨导单元，其总跨导gm可表示为：

gm=io1-io2Vd=21/gm1+1/gm2+rds3rds4.（4）

式中：gm1和gm2分别为M1和M2的小信号跨导；rds3和rds4分别为M3和M4的小信号源漏电阻.由于M3和M4工作在线性区，rds3和rds4可由公式（5）给出：

rds3=rds4=12k3VGS1-Vtn. （5）

当输入电平升高时，rds3和rds4减小，正好趋向于抵消gm1和gm2的减小.因此能够维持总跨导的恒定.假设：

k1，k2，k3，…，ki=μnCox2WLi.（6）

则总的等效跨导可表示为：

gm0=4k3k1+4k3k1Iss. （7）

不同的k1/k3，跨导有不同的线性度[11].根据实际情况，往往需要在线性度和功耗间进行折中.为了降低功耗，本文选择k1/k3=2，以获得足够的线性度.在±100 mV的输入信号变化下，跨导值变化小于2.3%.

全差分跨导能够抑制偶次谐波，具有够高的电源抑制比.但需要共模反馈电路稳定其输出电平，图4中虚线部分为共模反馈（CMFB）电路.该电路通过M11，M14检测跨导单元输出共模电平的变化.若共模电平升高，则流过M11，M14和M18的电流增加，由于M11和M12，M13和M14分别共用一个电流源，因此流过M17的电流减小，流过M9， M10的电流同时减小，从而减小了共模电平，稳定了输出.

3频率纠正

实际应用中，工艺偏差和温度的变化都会影响滤波器的性能.这种影响主要体现在中心频率和带宽的偏差，仿真的结果表明，在最恶劣的情况下，中心频率偏差高达50%.要解决这个问题，一是要求滤波器本身是可调谐的； 二是要有频率自动调谐电路来纠正频率偏差.基于PLL的频率调谐技术是一种常用的自动频率调谐技术，通过将VCO的振荡频率锁定到参考频率来纠正复数滤波器的中心频率和带宽[12].这种技术虽然精度高，但存在几个缺点：

1）VCO的起振条件不好满足，且VCO的振荡信号反馈到信号通路会增加信号噪声； 2）调谐电路须一直工作，增加了功耗； 3）环路滤波器会占用较大的芯片面积.为了避免上述问题，本文提出了基于积分器和数字电路的频率自动调谐技术，该电路在调谐完成后会停止工作，不消耗功耗，适合低功耗应用.如图5所示，OTA和电容阵列接成有损积分器的形式，其单位增益频率为fu=Gm/2πC，假设输入的参考信号为vref=Asin （2πfreft），则积分器的输出为：

v0=fufrefAcos2πfreft. （8）

然后通过幅度检测电路对积分器的输出和输入信号分别进行幅度检测，得到两个幅度值通过比较器后产生比较误差，进而驱动双向计数器进行计数.计数器的输出同时控制积分器和滤波器中的电容阵列来改变积分器的单位增益频率fu，以及滤波器的中心频率和带宽.如此循环，直到比较器的输出为零，此时积分器的输出和输入信号的幅度相等：

fu=Gm/2πC=fref.（9）

由式（9）可知，此时积分器的单位增益频率被纠正到了参考频率.由于积分器的OTA和电容阵列均与滤波器中的相同，因此滤波器的中心频率也被纠正到参考频率.调谐完成后使能信号变为低电平，调谐电路关闭.

4版图和仿真

本文滤波器原型为切比雪夫I型，这种滤波器的频率响应曲线在通带内有等幅的纹波.设波纹大小为αpass，截止频率为ωpass，则要在带外频率ωstop处实现大于αstop的抑制需要的最小阶数为：

n≥log10（Ka+K2a-1）log10（Kω+K2ω-1）.（10）

式中：

Ka=10αstop/10-110αpass/10-1，Kω=ωstop/ωpass.

由式（10）可知，要实现一定的带外抑制，波纹越小需要的阶数越多，反之亦然.

考虑到一些非理想效应的影响，设计时应留一定裕量.图1中，设其通带波纹为0.1 dB，单边带宽为11 MHz，其频率响应曲线和群时延曲线如图6所示.

由图6可知，该七阶切比雪夫1型梯形低通滤波器在+15 MHz处的抑制为28.2 dB，时延为79.3～226 ns.

本文GmC复数滤波器基于TSMC 0.18 μm RF CMOS 工艺设计，采用1.8 V供电电压.图7为完整电路的版图，复数滤波器和调谐电路的版图集成在一起，总面积为1.29 mm×0.58 mm.为了获得高的镜像抑制比，在版图设计中要尽量保证I，Q两路的对称性，同时应将调谐电路和主滤波电路进行隔离.另外，为了减小调谐误差，调谐电路中的跨导和电容阵列应与复数滤波器中的保持良好匹配.滤波器完整的参数如表1所示.5总结

本文针对高频宽带系统对平坦度，功耗以及镜像抑制和带外抑制的要求，提出了一种七阶切比雪夫GmC复数滤波器.该复数滤波器在46 MHz的高中频下仍能提供很高的平坦度，这得益于所采用的OTA具有很高寄生极点.为了纠正因工艺，温度等引起的频率偏移，提出了一种基于积分器和数字电路的频率自动调谐方法，和基于PLL的调谐电路相比，这种调谐方法具有调谐范围大，“零功耗”等优点，非常适合低功耗的应用.该滤波器在调谐电路的配合下，中心频率能控制在偏离设计值±1.5%的范围内，具有很高的精度.

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计数器电路篇5

关键词：红外光电开关；照明自动控制电路；节约能源

在图书馆、实验室等只有一个出入口的封闭空间中，房间照明的合理控制可以有效节约能源，尤其是在能源严重缺乏的今天，减少对电能等能源的浪费，提高能源利用率，实现房间照明的智能化尤为重要。我们希望做到“光照够时灯灭，光照不够时，有人灯亮，无人灯灭”。

本文所介绍的光电自动开关装置是专门为单出入口的封闭空间而设计的照明自动控制电路，它能够实现对进出该封闭空间的人数的记忆和判断，空间内部无需安装其他检测装置，电路结构简单，性能可靠。此光电自动开关装置是高职高专低年级学生的作品，参加了“挑战杯”2011河北省大学生课外学术科技作品竞赛并获得了3等奖，涉及的理论知识虽然相对简单，但构思新颖、贴近生活，具有很强的实用性。

1总体设计

图l中光电自动开关装置的组成框，主要由红外光电开关电路、消抖动电路、进出方向判断电路、进出人数比较电路、光感电路、继电器控制电路、电源电路等部分组成。

光电开关电路：由2个一前一后放置的镜面反射式红外光电传感器组成，继电器输出，分别有―对常开和常闭触点，镜面反射式光电开关集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就会产生开关信号。

消抖动电路：红外光电开关中的继电器为机械式触点，在吸合和断开时会产生机械抖动，造成开关信号带有较严重的噪声，极易造成后面数字逻辑电路的误动作，消抖动电路可以有效去除由机械抖动引起开关信号的噪声与干扰。

进出方向判断电路：当有人进出房间时，会先后遮挡两个红外光电开关的光线，通过对2个红外光电开关感应的先后顺序进行判断可以确定人是进入房间还是离开房间。

进出人数比较电路：对进入房间的人数和离开房间的人数分别进行计数，并进行比较，当进入房间的人数大于离开房间的人数时，说明房间有人，产生开灯控制信号；当进入房间的人数和离开房间的人数相等时，说明房间已无人，产生关灯控制信号。

光感电路：用来判断房间光线的强度，光线强时产生关灯控制信号，光线弱时产生开灯控制信号。

继电器控制电路：接收来自进出人数比较电路和光感电路的控制信号，根据光线强度情况和房间是否有人控制照明电路的通断。

电源电路：为各电子电路提供所需的稳定的直流电压。

2主电路的设计

图2中光电自动开关装置的主要逻辑电路。U1、U2、U3构成进出方向判断电路，U4、U5、U6、U7、U8构成进出人数比较电路。

2.1进出方向判断电路

将红外光电开关A和红外光电开关B一前一后放置于房间出入口处，有人进入房间时先经过A后经过B，离开房间时先经过B后经过A。

首先分析进入房间的情况，当人经过A未经过B时，红外光电开关A产生的脉冲首先送至计数器U1的时钟输入端CLK，计数器U1加1计数，计数器U2的时钟输入端CLK没有脉冲输入，保持原状态不变，U1、U2的计数值输入到数值比较器U3进行比较，由于U1的计数值大于U2的计数值，数值比较器的输出端QA>B由低电平跳变为高电平，当人经过B时，红外光电开关B产生的脉冲送至计数器U2的时钟输入端CLK，计数器U2也加1计数，这时，计数器U1、U2的计数值相等，数值比较器的输出端QA>B由高电平跳变为低电平，这样每进入一个人数值比较器U3的输出端QA>B就会产生一个正脉冲。

再来分析离开房间的情况，当人经过B未经过A时，红外光电开关B产生的脉冲首先送至计数器U2的时钟输入端CLK，计数器U2加1计数，计数器U1的时钟输入端CLK没有脉冲输入，保持原状态不变，U1、U2的计数值在数值比较器U3中进行比较，由于U1的计数值小于U2的计数值，数值比较器的输出端QA

2.2进出人数比较电路

由上述分析可知，每进入一个人数值比较器U3的QA>B端都会产生一个正脉冲，每出去一个人数值比较器U3的QAB端的输出信号作为计数器U6（对进入人数进行计数）的时钟输入，把U3的QA

3辅助电路的设计

辅助电路主要包括消抖动电路和光感电路，这两个电路对于光电开关控制电路的可靠工作和功能完善也是必不可少的。

3.1消抖动电路

由于红外光电开关中的继电器的触点在吸合和断开时会产生机械抖动，在电路调试过程中发现人出入房间一次，计数器计数多次，借助于红外光电开关中的常开常闭触点，设计了基本Rs触发器构成的消抖动电路，电路组成（见图3），这是数字电路中一种经典的消抖动电路，工作原理无需赘述，将消抖后的脉冲信号作为计数器U1、U2的计数脉冲电路即可正常工作。

3.2光感电路

图4中光感电路是为了实现“光照够时灯灭”而设计的电路，用光敏电阻作为感光元件，光线强时阻值变小，三极管导通，光感电路输出低电平，这时无论房间有没有人，主电路中的与非门US：D都输出低电平，控制照明电路的继电器断开，灯灭；光线暗时光敏电阻阻值很大，三极管截止，光感电路输出高电平，光感电路对主电路失去控制作用，主电路正常工作，“有人灯亮，无人灯灭”。

计数器电路篇6

关键词：抢答器；编码；锁存器；译码；555秒脉冲产生电路；计数器

中图分类号：TN872

目前，形式多样的抢答器已广泛应用于知识竞赛和文娱活动等场合，为各种竞赛增添了知识性、娱乐性和刺激性。为了实现竞赛的公平公正，需要设计一种性能稳定可靠、成本低、技术先进的竞赛抢答器。传统的电子产品设计需经过方案论证、原理设计、试验验证等几个过程才能完成。即消耗财力、物力和人力，又消耗时间，影响了产品投入市场的时间。随着EDA软件的出现，人们可以利用EDA软件来设计电子产品，直接在软件中进行电路的设计并能同步的进行电路功能的仿真，大大地缩短了设计周期，节省了很多的设计费用。本设计就是借助EDA软件设计了一款8路多功能数子抢答器。系统以数字集成芯片为基础，设计思路简单，电路功能齐全，具有可靠准确的判别能力，计时精确，使用简单等特点。可满足抢答器的实际使用要求。

1 抢答器实现的功能与总体设计

1.1 基本功能

（1）主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。该设计用开关J9来实现。

（2）该抢答器同时供8名选手，各用一个抢答按钮，按钮的编号分别用8个按钮J1-J8表示，与选手的编号相对应。

（3）该抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在七段数码管上显示选手号码，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

1.2 扩展功能

（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人根据题目的要求可以自己设定（如20s）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行到计时显示，参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止；超过定时时间无人抢答，关闭抢答器抢答功能。

（2）倒计时提醒电路，比如倒计时设定到5S，蜂鸣器就会发生，二极管等会闪烁，提醒选手加快时间。

（3）抢答器报警电路，一旦有选手在规定的时间内抢答，蜂鸣器就会发声，提醒选手和主持人注意。如果在规定的时间内无人抢答，到时间结束也要驱动报警电路，禁止任何人抢答，蜂鸣器也会发声提示。

1.3 总体设计

根据要求设计了抢答器的总体设计结构图如图1所示，由图可知该抢答器主要有定时电路、控制电路、优先编码电路、数据锁存电路、译码显示电路、倒计时提醒电路和抢答报警电路等几个主要核心电路组成。

2 抢答器设计原理

2.1 基本抢答器电路设计

基本抢答器主要有数据锁存器74LS373、优先编码器74LS147、译码器74LS47及共阳七段数码管组成。控制电路由八输入与非门74LS30和非门74LS04六反相器及74LS32二输入或门实现，用上述器件设计成的电路原理图如2所示。

74LS373的控制端有两个，～OC为H电平，输出为高阻态，～OC为L电平，正常输出；ENG为H电平，数据由D传递到Q输出，ENG为L电平，数据锁存。本设计的数据锁存器电路，～OC为低电平，8个输入的数据，低电平有效。J9为主持人清零端，当所有选手没有抢答时，J9闭合，ENG为1，数码管显示0，实现清零功能。J9断开，一旦有选手抢答，ENG为0，数据实现锁存。74LS147为10线--4线编码器，输入输出都是低电平有效，本设计只有8个选手，因此9输入接高电平。74LS147输出也是低电平有效，经过4个非门驱动74LS47七段显示译码器，74LS47的输出为低电平有效，即输出为0时，对应字段点亮；输出为1时对应字段熄灭。因此后面一定要采用共阳极数码管显示。

2.2 定时电路设计

该部分主要由555秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192实现减法计数电路、74LS47译码电路和2个7段数码管即相关电路组成，如图3所示。555秒脉冲产生电路输出的秒信号作为74LS192输入CP，实现减法计数。节目主持人先根据抢答题的难易程度，设定一个抢答的时间，把抢答的时间通过J10闭合预置数给计数器，J10断开后，计数器开始减法计数工作，并通过74LS147和共阳段数码显示倒计时时间，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，当倒计时时间到5S时，通过两个比较器74LS85S实现5秒到计时提醒，当倒计时时间到00时，74LS192的～BO输出低电平到控制电路，定时电路报警，同时抢答器和定时器停止工作，以后选手抢答无效。

2.3 控制电路和报警电路设计

控制电路如图4所示。控制电路是抢答器设计的关键，通过控制电路的控制，可以把基本抢答器，定时电路和报警电路联系在一起，相互控制。其工作原理是：如果有人抢答，74LS30输出高电平，LED1发光，蜂鸣器发生，抢答显示灯和报警电路指示，74LS04输出低电平，通过74LS32和74LS08，ENG为0，74LS373数据锁存，74LS04输出低电平同时通过74LS11封闭74LS192的CP信号，定时器停止计时；如果在规定的时间内没有人抢答，定时器记到00时，～B0输出一个低电平，此信号通过74LS08和74LS11使74LS373的ENG为0，数据锁存，禁止抢答，同时通过74LS11封闭74LS192的CP信号，定时器停止工作。～B0输出的低电平还可以通过74LS04驱动定时电路报警，LED4发光，蜂鸣器发声。

3 整体电路仿真调试

按上述原理设计出整个电路，用Multisim10软件进行EDA仿真调试，首先让选手的1-8的按键弹起，点击仿真按钮，主持人清零开关J9和定时器开关J10同时闭合，实现对选手抢答数码管清零和对定时器数码管置数的功能，然后断开J9和J10，让选手进行抢答，通过仿真调试，该电路完全能够实现抢答器设计要求的基本功能和扩展功能。

4 结束语

本文详细介绍了多功能8路数字抢答器的设计原理，以集成芯片为核心，采用数字电路的组合逻辑和时序逻辑电路设计思路，无需编程语言，最后通过EDA软件进行了仿真调试，仿真结果证明该电路设计合理，具有比较可靠的工作方式和更强的适用性，达到了预期的设计目的和要求，设计思路简单，该设计的芯片比较容易购买，实用性强，适合学校、公司等部门举办竞赛类活动时候使用，在实际生活中具有很强的实用性。

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计数器电路篇7

关键字：Mulitsim10；24S篮球倒计时器；BCD码

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

0.引言

数字电子技术课程是电子、通信、计算机、数控等相关专业的重要技术基础课，强调集成电路设计方法和分析方法的研究，并且该课程具有非常强的实践性。在教学和实践中引入基于Multisim10的虚拟仿真软件，理解数字电子技术理论，设计数字电路都具有着非常重要的作用。Multisim10软件的应用可以有效地辅助数字电子技术理论教学、补充实验设备不足、提高课程设计质量、节约教学成本。

将Mulitisim10软件与数字电路实验结合起来，鼓励学生利用仿真软件建立一个虚拟实验室进行虚拟实验，帮助学生更好的完成实验。现在以Multisim10仿真软件为平台，通过实施具体的实践项目，提高学生的学习兴趣，并调动学生们的积极性。本文以篮球24S倒计时器实验项目为例，介绍了Multisim10仿真软件在数字电子技术实验中的应用。

1.实验项目各模块的设计

篮球24S倒计时器电路主要包括两大部分，一部分是秒信号发生器，另一部分是BCD码24进制减法计数器。为了达到更好的视觉效果，电路中加入显示电路。下面对电路中主要模块的仿真分别进行描述。

2.秒信号发生器

秒信号发生器采用555定时器构成的多谐振荡器，该电路是一种比较典型的秒脉冲发生电路，它具有电路简单，性能可靠，信号精准的特点。其电路图及输出脉冲波形如图1所示。该电路是利用电容的充放电来实现脉冲波形的产生，可以通过调节充放电回路中的电位器Rw，来调整脉冲波形的周期，使输出波形的周期为1S。利用虚拟仪器安捷伦示波器可以观察波形的周期，频率，以及占空比等信息，有助于调节秒信号。Multisim10仿真软件中，提供的安捷伦示波器十分逼真，如同操作真实示波器一样，可以很轻而易举的在计算机上进行操作。在仿真操作过程中，不仅大大增强学生对仪器的熟悉程度，还节约了教学成本，避免了外界条件对实验操作的制约。

3.BCD码24进制减法计数器

8421BCD码24进制递减计数器是由74LS192构成的。 24进制递减计数器的预置数为N=（0010 0100）8421BCD=（24）D。它的技术原理是，每当低位计数器的端产生负跳变借位脉冲时，高位计数器减1计数。当高、低位计数器处于全0，同时在CPD=0时，置数端，计数器完成并行置数。

该电路的工作过程是按下J1启动/停止按键，将计数器置数成24，倒计数开始。当计数器减到0时，高位计数器产生借位信号时，将屏蔽计数器的脉冲，从而计数器停止计数。图2为计数器电路及计数器输出波形。该仿真电路由虚拟仪器中的字发生器提供计数脉冲，并通过逻辑分析仪来观察输出观测输出波形。

4.参考电路

秒信号发生电路替代字发生器，计数器的输出通过数码管显示计数值，就可以构成简单的篮球24S倒计时器。

5.结论

利用Mulitisim10仿真软件不仅提供了数千种电路元器件，还提供了许多虚拟仪器。对于数字电路实验，仿真方式开辟了新的设计渠道。该仿真方式对于验证电路的原理，开发和设计电路极为方便，同时具有极大的灵活性。学生可以轻松的更换器件，调用仪器，观察波形，不受时间、地点、器件和设备的限制，随时随地地进行仿真实验。加强了学生计算机应用能力、实际操作能力的培养，有提高了学生的综合设计能力，培养了学生的创造性思维。

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计数器电路篇8

图1 所示附加电路能产生 1 ~ 15 个突发脉冲以及1 ~ 15个突发脉冲间隔，脉冲宽度（频率）由输入端的一个外接方波发生器设定。该附加电路利用外接方波发生器作为信号源，可产生数量可变的突发脉冲以及数量可变的突发脉冲间隔。本设计中的这一项目需要一个 TTL 突发信号，但资源条件并没有把突发脉冲发生器的费用包括在内。本电路基本上由两个十六进制、用 16 除尽的计数器组成，其中左边的计数器产生用户可选择的 0 ~ 15 个脉冲，右边的计数器产生用户可选择的 0 ~ 15 个间隔。两个十六进制拇指轮开关选择脉冲和间隔的数量。

图1，本电路能产生数量可变的突发脉冲和间隔。

计数器 IC1控制突发脉冲的数量，计数器 IC2 控制间隔的数量。两个十六进制拇指轮开关 S1 和 S2 选择计数值。每个开关位置的编号是 0 ~ 15。S1 控制突发脉冲的数量（0 ~15），S2 控制间隔的数量（0 ~ 15）。要想让 IC1 或 IC2 计数器计数，引脚7必须处于高电平。如果引脚7为低电平，则计数器保持禁用状态。要想给计数器输入所需的数量值，引脚9必须先为低电平，然后变为高电平。引脚15的进位输出信号通常为低电平，直到计数器达到 15 计数值，然后变为高电平。当本电路加电时，电阻器 R1和电容器 C1 在引脚1处组成 RC 时间常数加电复位电路。这一加电复位电路在加电后使两个计数器初始化至零状态。此后，拇指轮开关可设定计数值。

当具有所需频率的时钟信号到达计数器的引脚2，计数器  IC1 开始计数，而计数器IC2 保持在关断状态，这是因为  IC1 的引脚15进位输出端的低电平信号加到 IC2 的引脚7，使计数器 IC2 处于禁用状态。当  IC1的计数值达到15时， IC1的引脚15变为高电平，并启动IC2 计数。 IC1的进位输出还经过了“非”门电路 IC3A，然后加到“或”门电路IC4的引脚1。IC4 的一个输入端有低电平信号——再IC2 现在正在计数，所以IC2 的引脚15的进位输出信号在 IC4的引脚2也是低电平——这一情况意味着有一个低电平信号出现在 IC1的引脚7，因此 IC1 此时处于禁用状态。 IC1和IC2 两个计数器的使能引脚是交叉连接的，所以当一个计数器在计数时，另一个计数器就处于禁用状态。这两个计数器就这样来回工作，计数到15，并互相启用和禁用。最终，对这两个计数器而言，当 IC2 上的进位输出变为高电平时，本电路在通过反相器IC3B到达计数值15之后，就会按照拇指轮开关为下一次计数所做的设定，把新的计数值输入到或把原数量值重新输入到这两个计数器中。

当 IC1在计数时，IC3A的输出（门电路信号）在“与”门电路IC5的 引脚2为高电平。这一高电平使时钟信号无阻碍地经过IC5到达输出端。IC5的输出端是突发脉冲输出端。当 IC1处于禁用状态， IC2 正在计数时，来自IC3A的门电路信号使IC5的引脚2维持低电平信号。输出端也为低电平，因而不产生突发脉冲。你只要在需要的地方把多个计数器芯片级联起来，就可以将该电路配置得能产生更多的脉冲和间隔。另外，您也可以用一个8位写输出寄存器代替开关S1和S2，从而使脉冲计数和间隔计数量均可由软件来控制；要不然，您可以把门电路信号加到CMOS开关的控制输入端，从而在其输入端产生如正弦波那样的突发模拟信号。

计数器电路篇9

《数字电子技术》课程是高职院校电子信息类专业的一门核心的专业基础课，课程内容承上启下，《数字电子技术》之前所开课程是《电路分析》和《模拟电子技术》，后续课程是《单片机应用》和《传感器技术》等专业核心课程。本文试图通过几个典型的数字电路设计与制作项目，对《数字电子技术》课程的核心知识点进行有机整合，对教学进行综合化的项目化教学改革。努力培养、激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。同时教师也要不断提高自己的专业素养，增强自己的项目课程引导能力。通过项目化学习，学生应掌握数字电子技术的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能；应能用所学知识对数字电路进行安装、测试和调试；还能利用所学知识对电路进行正确分析，并能解决相应电路问题，具备一定的综合分析及设计能力。

1 《数字电子技术》项目化教学课程设计

在《数字电子技术》的教学中，我以项目中的实际电子产品为中心，始终围绕项目任务进行数电课程的项目化教学工作。引导学生主动学习、整合应该掌握的所有数电知识点并进行相关实践。通过项目化教学的手段要努力的把理论教学和实践教学有力的统一且融合起来，真正把职业教育中的能力和素质教育落到实处。在教学的过程中，要注意利用学生课内和课外两条主线，相当多的东西是学生独立在课外时间完成，正常上课时间老师要起到引导和答疑的作用。

根据上述课程学习目标，我把《数字电子技术》整合成以下五个项目进行项目化教学。其中，项目四――数字电子钟的设计与制作，是综合性贯穿项目。

项目一：3人表决器的设计与制作。

通过设计一个3人表决器，掌握数字逻辑与门电路的相关知识，初步掌握组合逻辑电路的设计方法。通过制作提高具体门电路集成器件的选择与使用功能。

项目任务如下：任务一：数字逻辑认识；任务二：表示与使用逻辑；任务三：3人表决器的设计与制作；任务四：3人表决器的仿真

项目二：一位十进制加法计算器的逻辑电路设计与制作。

通过设计一个十进制加法器，掌握编码器、译码器、LED显示器、加法器等数字电路常用组合逻辑功能部件的相关知识，掌握使用集成电路设计数字电路的方法。

项目任务如下：任务一：BCD编码器的逻辑电路设计与制作；任务二：译码器的逻辑电路设计与制作；任务三：一位十进制加法器的逻辑电路的设计和制作；任务四：七段数码管显示电路仿真；任务五：全加器的仿真

项目三：高温报警电路的设计与制作。

通过设计一个高温报警电路，掌握三极管的基本应用、74LS147、74LS04和4511等集成电路的综合应用，进一步提高学生中规模集成电路的选择与运用能力。

项目任务如下：任务一：三极管热控电路的设计与制作；任务二：编码电路的设计与制作；任务三：译码显示电路的设计与制作。

项目四：数字电子钟的设计与制作。

通过设计一个能显示时、分、秒的数字电子钟，掌握数字信号产生电路、触发器、计数器的相关知识，深化门电路的知识及运用能力。通过这一综合性较强的训练提高时序逻辑电路的设计能力，提高数字电子产品的制作、检测、调试能力。通过这一项目中的技术文档及产品使用、说明书的编写任务及产品展示活动提高实际工作岗位的适应能力。

项目任务如下：任务一：555振荡器的制作与测试；任务二：CD4060构成产生秒信号产生电路的制作与调试；任务三：校时电路的设计与制作；任务四：秒信号电路的制作和调试；任务五：分信号、小时信号产生电路的设计与制作；任务六：数字电子钟的整机联调；任务七：数字电子钟的PCB制作；任务八：电子设计文档与展示活动

项目五：A/D转换器的设计与制作。

通过设计仿真A/D转换器，掌握数、模量的互相转换相关知识，为学习单片机技术、检测技术等打下良好基础。

项目任务如下：任务一：D/A转换器设计与制作；任务二：A/D转换器的设计与制作；任务三：D/A与A/D转换器仿真电路。

2 结语

计数器电路篇10

关键词：计数 数码管 显示 振荡

中图分类号：TN491 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0184-02

1 引言

在企事业单位活动中有时需要进行限时，在规定的时间内完成问题的回答，如江苏卫视的一站到底节目，选手回答每个问题都有时间限制的。学校演讲活动中也需要限时器，利用数字电子技术和数字元件，单片机结合电子元件均可实现限时器的设计，采用数字元件设计结构简单，造价低廉。为此文本采用数字元件设计了一个60秒动态限时声光数码显示装置，实现了计时与报警显示功能，且装置可靠性强。除了实用性外，也可作为高等学校数字课程设计的训练题目。

2 设计方案

电路由构成振荡电路、计数电路、译码锁存和数码管显示电路等组成。由555脉冲振荡器产生1Hz的振荡频率作为电路的输入脉冲，驱动电路计数和译码。再由2片CD4017完成60次计数，同时由CD4518、MC4511及数码管经过译码驱动将计数显示再数码管上，实现数显电路。蜂鸣器完成音乐指示电路，此部分电路与前面电路用连接即可。

3 工作原理

电路由直流稳压电源电路、脉冲发生器、计数电路部分、驱动电路部分和显示部分构成[1-3]，具体见如1所示。

图1中IC1为555脉冲振荡电路由NE555实现，具体见如2所示。

555产生的脉冲作为IC2-CD4017的脉冲输入，在此脉冲的作用下，它的输出端Q0～Q9将依次输出阶越高电平脉冲，再将Q0～Q9端分别与一个发光二极管相连接，作为输出指示。当某个输出端为高电平时，它所对应的发光二极管将发光。再将此计数器的输出端QCD作为IC3-CD4017的CP输入，此时当IC2的Q9输出电平由高到低（即IC2计数由0～9完毕）的同时Qco产生一上升沿脉冲，IC3的Q1输出阶跃高电平脉冲，它所对应的发光二极管亮。IC2再次计数，当计数完毕后又向IC3有一进位，IC3中的Q2所对应的发光二极管亮。如此反复计数。再将IC3的Q6端经电阻、三极管及二极管IN4148与两计数器的使能端相连，由于使能端低电平有效，所以当IC3的Q6输出为高电平，既使能端置高电平时计数器停止计数。此时IC2完成60次计数，IC3完成6次计数，即计时60秒。将两片CD4017的复位端R与一按钮开关SA链接，当计数完毕时按一下开关，计数器复位端置高电平，计数器复位，将重新开始计数。

555的3脚输出脉冲作为一个CD4518的脉冲输入，使这个双BCD同步加计数器作为个位计数，而另一个CD4518的CP脉冲来自IC2的Qco输出，此时它可作为十位计数器。由于CD4518的使能端EN高电平时，复位端R是低电平时进行加计数，所以将它的EN与电源相连接，而它的R与CD4017的R相连接，与CD4017同步复位并计数。再将CD4518的Q0～Q3端的输出作为MC4511输入，分别与MC4511的输入端ABCD相连，进行译码锁存。再将两个MC4511的a～g端与对应数码管的a～g相连接，用以驱动数码管，使数码管显示出计数个数。

当计数60秒完毕时，蜂鸣器发出声响，表示计数完毕。具体电路如图3所示。

4 电路的安装与调试

（1）检查555是否振荡：用指针万用表测试，将万用表置电压档，将它的红表笔接触555的3脚，黑表笔接地，若指针来回摆动，说明555正常工作，此时调节电位器RP1，使其振荡频率达到1Hz即可。

（2）检查CD4017是否正常工作：观察到IC2的发光二极管依次点亮，当第10个发光二极管灭的同时IC3的第二个发光二极管点亮，如此循环，直至IC3的第7个发光二极管正常点亮即可。

（3）检查译码驱动数码管显示电路是否正常工作：只要个位计数数码管从0到9循环计数，每次计到9时，向十位计数数码管进一位，直到60为止即可。

（4）调试声音指示电路：计数到60秒时，蜂鸣器正常发声即可。

（5）安装上电源电路，再次检查电路正常工作。调试完毕。

5 结语

本文介绍了采用数字元件设计的竞猜60秒动态限时声光数码显示电路，实现了1分钟的计时、显示、声光提示功能，设计简单合理。

参考文献

[1]康光华，陈大钦.《电子技术基础》[M].高等教育出版社，数字部分（第四版）2000年6月.

[2]康光华，陈大钦.《电子技术基础》[M]. 高等教育出版社，模拟部分（第四版）2000年6月.