按键状态显示及100进制计数功能电路设计。
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班级。学号。
指导教师。目录。
1.设计内容及要求1
1.1 设计的基础要求1
1.2 设计的具体要求1
2. 电路功能分析及设计1
2.1 功能分析1
2.1.1 0——99计数功能分析1
2.1.2 0---9按键显示功能分析1
2.2 电路的原理框图2
3. 元器件和芯片选择及芯片原理说明2
3.1 cd40147编码器2
3.2 十进制计数器 74ls1603
3.3 显示译码器74ls483
3.4 七段数码管4
3.5 ne555定时器4
3.6 反相器 74ls044
3.7 四输入与门 74ls215
3.8 自动锁开关5
4. 设计具体方案及原理说明5
4.1 电路图6
4.2 电路原理论述7
* 部分**电路图8
5. 电路焊接与调试9
5.1 芯片位置设置及电路布线9
5.2 电路焊接与调试10
6. 设计总结11
7. 设计体会12
附录元件表及相关计算13
按键状态显示及100进制计数功能电路设计。
1. 设计内容及要求。
1.1设计基础要求。
用数电基本知识构成0——9按键状态显示及100进制计数功能电路设计，不得使用单片机等高级芯片实现功能。
1.2 设计的具体要求。
一、0~9 十个数符标识十个按键，每个按键控制一个数字码；
当有按键按下时，显示其对应数字，直到新的按键作用；
二、设计一个计数器，从00---99连续变化，置数和按键共用一个数码管。
2. 电路功能分析及设计。
2.1功能分析(电路具体功能及方案论证在后面电路图后的原理分析处有详细说明)
2.1.1 0——99计数功能分析。
0——99计数功能就是100进制计数器，用两块十进制计数器芯片74160扩展就能实现100进制计数功能。数字电子技术书上有现成的电路图接到数码管上即可。
七段数码管要显示0—9十个数要用显示译码器进行译码，译码器选择7448。
2.1.2 0---9按键显示功能分析。
按键为0—9十个，要用4位二进制数表示，所以想到用10线4线编码器，网上查询得cd40147为十线四线编码器输出为四位二进制数，与此相关的芯片有74147，74147为九端口输入，考虑到设计要求为十个按键，用74147要利用清零端，主观想把清零格外设计一个功能，所以决定用cd40147编码，按键计划用触点开关，电路要求按键按下显示对应的数字直到下一个按键信号到来才能变化，所以这里要用到锁存芯片，由于计数器74160也可以寄存，正好可以与第一个功能进行合并，所以决定用74160 进行信号的保存，输出信号要用七段数码管显示，七段数码管和显示译码器和第一个功能合用。
2.2电路原理图。
2.1 电路原理分析框图。
3 元器件和芯片选择及芯片原理说明。
3.1 10线4线编码器选择cd40147
由于网上资料凌乱不一，请教老师后用给输入用电压表测输出的方式检查出cd40147为输入低有效输出为反码，引脚图及真值表：
3.1 cd40147管脚图及真值表。
cd40147与74147不同的是当无输入的时候，输出为0000而74147为1111，这里需要稍加注意，在设计保存功能的时候两块芯片接法将不同，，顺便分析下，其实做的时候用哪个都能实现相应的功能。
3.2 74ls160十进制编码器。
74ls160是十进制计数器，同时也具有存储功能，，同时在设计保存功能的时候74160 的功能扩展是一个难题也是一个很好的创新，这里第一次做的时候没考虑到，直到焊出来才发现电路没有实现预期的保持功能之后资讯老师得到老师的提醒才设计出保持功能，这里值得一提，这个后面将会具体分析，下面是74160的功能表及引脚图：
3.2 74160管脚图及真值表。
3.3 74ls48 显示译码器。
该芯片用来将160输出的四位二进制编码进行译码然后输出到七段数码管上驱动数码管，显示对应的数字，实际接线过程中每段数码管都要接有限流电阻，理论上100-300欧比较合适，实际选用了14个200欧电阻。
3.3 7448管脚图。
3.4 七段数码管。
购买的时候七段数码管其实都是八段的，有一段是小数点本功能可以将该位空出，并且译码器选用的是7448，所以相应的选用了共阴的七段数码管，下面是七段数码管引脚图。
3.4七段数码管管脚图。
3.5 ne555振荡器。
该芯片用来产生时钟信号，设计的时候用了2个47k的电阻，一个2k的电位器和0.1uf、10uf的电容构成了一个周期为一秒的时钟。
下面是ne555原理图及引脚图：
3.5 555振荡器管脚图及原理图。
3.6 74ls04六输入反相器。
该反相器用来将40147输出的反码转换成原码输入74160中，设计中用到其中四组反相器，其管脚图如下：
3.6 7404管脚图。
3.7 四输入与门74ls21
该功能后来对整体分析的时候详细介绍。下面是7421逻辑管脚图：
3.7 74ls21管脚图。
3.8 自动锁开关。
该开关用于电源控制及功能扩展，下面是引脚功能图：
3.8 自动锁开关原理图。
4．设计具体方案及原理说明。
4.1 电路图。
4.2 电路原理论述。
先来分析计数功能的工作原理，当s1单置开关接通时，160上电，红色电源指示灯亮起，清零开关接高电势，取消清零，时钟开关s4接通，给555时钟电路供电，产生1hz的时钟输入74160的clk时钟输入端，开关s5（起到融合两个功能并不产生影响的功能）接高电势给ep、和右侧160的ld端高电势，而左侧ld端由于ttl管悬空也是高电位（这里介绍按键功能时会继续分析），此时两个160的接法呈现100进制计数器的功能，按此接法接通后左边的160是个位编码芯片，产生0-9连续变化的四位二进制编码，当个位从8变到9的时候产生进位输出，当下一个时钟到来，个位从9到0的时候，进位输出高电平送到十位160的enp，ent端使十位产生一个计数信号，十位升高一，从而实现100进制计数器的功能，计数过程中可以通过清零开关清零，也可以通过时钟开关进行暂停功能，这也是设置时钟开关的目的。两个160产生的四位二进制**传给7448显示译码器进行译码驱动七段数码管产生对应的数字，串联200欧电阻起到限流作用以免数码管烧毁。其中加了一个时钟开关可以实现计数中暂停的功能。
接下来分析按键显示功能工作原理，将开关s5接低电平，ep转换为低电平。
然后接通s2给按键部分供电，编码器采用cd40147，是10线4线编码器，输入低有效，输出反码，所以触点开关未按下时候应该保证输入全是高电平，因此将输出接上拉电阻接vcc，这样就实现了如何使输入未有动作的时候保持高电平当有触点开关按下的时候转换为低电平，由于cd40147输出为反码要输入到74160中必须接反相器。按键用触点开关做的，所以按下的时候显示的数当开关抬起来的时候即使160有保持功能但是由于此时已经重新置数，所以无法保存，在此基础上电路中加入了一个7421四输入与门（最开始设计未包括该原件），将四输入端接到7404反相器四输出端，40147输入端无按键按下的时候输出为0000，经反相器后为1111，当有按键按下的时候必定有0输入，求与后输出为0，此时控制置数端ld起作用进行置数输入，将按键编码传到74160并经过显示电路显示对应的数字，按键抬起时147输出1111，求与运算输出1，预置数端失去作用，et为1，ep开始就置为0，74160处于保持状态，这样就实现了按键显示并保存。
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