​电子制作：用CMOS集成电路制作计数计米器

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工业生产线上有许多地方需要对生产产品的数量或长度进行计量，本文介绍用CMOS集成电路CD40192计数器芯片制作累加计数器。若计数器的传感器用来计数周长为1米的码盘圈数时，就成为计米器了。

1.芯片

本计数计米器用到的CMOS集成电路有CD40192和CD4511两种。

CD40192 为十进制同步加/减计数器(有预置端，双时钟)可预置BCD 可逆计数器，其内部主要由四位D 型触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端控制。其引脚图如图1所示。

40192 具有复位MR、置数控制PL、并行数据P0~P3、加计数时钟CPU、减计数时钟CPD等输入。当MR为高电平时，计数器置零。当PL 为低电平时，进行预置数操作，P0~P3上的数据被置入计数器中，计数操作由两个时钟输入控制。当CPD=1时，在CPU上跳变时计数器进行加1 计数;当CPU=1时，在CPD上跳变时计数器进行减1 计数。除四个Q输出外，40192 还有一个进位输出TCU和一个借位输出TCD，TCU和TCD一般为高电平，只有在加计数模式下当计数器达到最大状态时，TCU输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲;在减计数模式下当计数器全为零时，TCD输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲。

CD4511是BCD锁存/7段译码器/驱动器，是常用的LED数码管显示译码器件。其引脚图如图2所示。


图2中/BI是消隐输入控制端，当/BI=0时，不管其他输入端是什么状态，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。LE脚锁定控制端，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。/LT是测试信号的输入端，当/BI=1，/LT=0 时，译码器输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均全部发亮，用于检测7段数码管是否存在物理损坏。D、C、B、A脚为8421BCD码输入端。A、B、C、D、E、F、G脚为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。

图3 累加计数器原理图

2.电路组成

由CD4511和CD40192组成的四位累加计数器原理图如图3所示。图中每一个CD40192计数器的Q输出端接入一片CD4511进行译码后，送到共阴极LED数码管显示。CN1/2/3为外接传感器插座，CN1/3分别是电源的正/负极，CN2是信号端，当CN2端从0V变成+12V时，计数计米器加1。

⒊电路仿真

为了制作顺利，我们用Proteus软件进行仿真，验证电路的功能。仿真电路省去图3中的光电耦合器OPT。

3.1仿真电路图设计
首先新建一设计，命名为“计数器”。在工作空间内放置7段LED数码管4个。然后设置页面属性，点下拉菜单“Design(设计)”，在弹出的菜单中点“Edit Sheet Properties(编辑页属性)”，在弹出的对话框中“Sheet Title(页标题)”右侧的文本框内输入页标题“display(显示)”，点“OK”按钮关闭对话框，完成第1页设置。

接着新建第2个页面。点下拉菜单“Design(设计)”，在弹出的菜单中点“New Sheet(新建页)”。然后点下拉菜单“Design(设计)”，在下拉菜单中选“EditSheet Properties(编辑页属性)”，在弹出的对话框中“Sheet Title(页标题)”右侧的文本框内输入页标题“4511”后，点“OK”按钮关闭对话框，完成第2页设置。若需要可以继续进行第3、4页的设置。

在第2页的工作空间，放置集成电路CD4511四块、CD40192四块，以及电阻R、电源、接地，并把线路连接好。各元器件在库中的位置如下：集成电路CD4511在“CMOS 4000 series(4000系列)”中;由于CMOS 库中CD40192器件没有模型，所以改用“74HC192”，在“TTL 74HC series”中;电阻在“Resistors”中;电源和接地在左边工具栏“Terminals Mode”中。

除此以外，还要把与第1页电路相连的线路设置上相同的网络标号，如：接LED数码管的各集成电路CD4511的输出脚，计数脉冲的输入端、复位等。网络标号是左边工具栏“TerminalsMode”中的“DEFAULT”。第2页的电路如图4所示。

图4 第2页仿真电路

第2页电路设计完后，返回到第1页电路进行设计。点下拉菜单“Design(设计)”，在弹出的菜单中点“Goto Sheet(进入页面)”，在弹出的对话框中点“display(显示)”，使其变蓝色，再点“OK”按钮关闭对话框。

在第1页的工作空间上继续放置其他元器件。其中按钮用“Switches & Relays”中的“BUTTON”，用于计数;开关用“SW-STSP”，用于复位。第1页的电路如图5所示。

图5 第1页仿真电路

3.2仿真操作
用鼠标左键单击下面的仿真运行按钮，即可进入仿真运行状态。在仿真状态中，将光标移至按钮上，当光标变成一只“手”时便可点击鼠标左键，每点击一次就能看到最低位的LED数码管数值加1，如图6所示。若需要清零复位，只要把光标移至开关上，当光标变成一只“手”时连续点击鼠标左键两次即可。

通过仿真，证实电路能正常工作，设计到达要求。

图6 电路在仿真运行状态

⒋元器件选择与电路板制作

所用元器件见图3原理图中所标，其中数码管可用共阴极的高亮管，如LC5021-11。
图7是四位LED数码管显示器的印制电路板;图8是主电路板，板上CZ3为传感器插座、CZ4为复位按钮插座、CZ5为10V交流电源插座。显示板与主电路板之间用34芯扁平电缆连接。

图7 LED数码管显示板

(a) 元件面

(b) 底面
图8 主电路板

焊接时需注意集成电路插座和连接电缆插座的方向。安装四位LED数码管时，先用一块40脚的集成电路插座焊接在板上，然后把数码管插在插座上。只要元器件焊接无误，接上传感器，电路就能正常工作。笔者用现存材料制作的实物如图9所示。

图9 计数器实物

来源：电子报

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