由題目及其要求分析可知，首先要使用74LS192或40192設(shè)計(jì)一個(gè)4進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)7進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后通過數(shù)碼管來(lái)顯示狀態(tài)。兩種進(jìn)制間的切換可以通過一個(gè)單刀雙擲開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其重點(diǎn)和難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)一個(gè)4進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)7進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

　　通過分析74LS192和40192的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)可以使用清零法來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)4進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而7進(jìn)制則不能直接通過置數(shù)或者清零獲得。因此我選擇采用置數(shù)法將74LS192或40192設(shè)計(jì)的從0到7的8進(jìn)制計(jì)數(shù)器改裝為從1到7的計(jì)數(shù)器，然后再通過一個(gè)減法器使從1到7的計(jì)數(shù)器變?yōu)閺?到6的7進(jìn)制計(jì)數(shù)器。而減法器可以使用集成加法器和四個(gè)異或門來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　在本課程設(shè)計(jì)中，主要用到了74LS192計(jì)數(shù)器、7447譯碼器、74LS00與非門、7408與門、74LS136異或門、74283加法器、七段數(shù)碼顯示器和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)等元器件。

　　一、十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS192 功能如下：

　　1、異步清零。74LS192的輸入端異步清零信號(hào)CR，高電平有效。僅當(dāng)CR=1時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出清零，與其他控制狀態(tài)無(wú)關(guān)。

　　2、異步置數(shù)控制。LD非為異步置數(shù)控制端，低電平有效。當(dāng)CR=0，LD非=0時(shí)，D1D2D3D4被置數(shù)，不受CP控制。

　　3、加法計(jì)數(shù)器，當(dāng)CR和LD非均無(wú)有效輸入時(shí)，即當(dāng)CR=0、LD非=1，而減數(shù)計(jì)數(shù)器輸入端CPd為高電平，計(jì)數(shù)脈沖從加法計(jì)數(shù)端CPu輸入時(shí)，進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；當(dāng)CPd和CPu條件互換時(shí)，則進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。 4. 保持。當(dāng)CR=0、LD非=1（無(wú)有效輸入），且當(dāng)CRd=CPu=1時(shí)，計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)。

　　5、進(jìn)行加計(jì)數(shù)，并在Q3、Q0均為1、CPu=0時(shí)，即在計(jì)數(shù)狀態(tài)為1001時(shí)，給出一進(jìn)位信號(hào)。進(jìn)行減計(jì)數(shù)，當(dāng)Q3Q2Q1Q0=0000，且CPd=0時(shí)，BO非給出一錯(cuò)位信號(hào)。這就是十進(jìn)制的技術(shù)規(guī)律。

　　在設(shè)計(jì)過程中，我主要利用74LS192的計(jì)數(shù)功能，通過置數(shù)法和清零法將其改造為一個(gè)4進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)7進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

　　二、顯示譯碼器

　　七段數(shù)碼顯示器

　　七段式數(shù)碼顯示器是目前使用最廣泛的一種數(shù)碼顯示器。這種數(shù)碼顯示器有分布在同一平面的七段可發(fā)光的線段組成，可用來(lái)顯示數(shù)字、文字、符號(hào)。最常用的七段數(shù)碼顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器兩種。根據(jù)發(fā)光二極管的連接形式不同，分為共陰極顯示器和共陽(yáng)極顯示器（如圖）。共陰極顯示器將七個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起，作為公共端。在電路中，將公共端接于低電平，將某段二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)段發(fā)光。共陽(yáng)極的顯示方式和共陰極相反。

　　三、7447顯示譯碼器

　　七段顯示器譯碼器把輸入的BCD碼，翻譯成驅(qū)動(dòng)七段LED數(shù)碼管各對(duì)應(yīng)段所需的電平。七段顯示譯碼器7447是一種與共陰極數(shù)字顯示器配合使用的集成譯碼器。它用于對(duì)十進(jìn)制數(shù)的8421BCD碼進(jìn)行譯碼，以驅(qū)動(dòng)七段顯示器顯示十進(jìn)制數(shù)字。其輸入為8421BCD碼，輸出高電平有效，可直接驅(qū)動(dòng)陰極顯示器，其功能表和7448的功能表一樣如圖所示，表中10~15六個(gè)狀態(tài)一般不用。除了譯碼輸入、輸出外，7447還有三個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件功能。

　　四、74283加法器

　　每一位的進(jìn)位信號(hào)送給高位作為輸入信號(hào)，因此，任一位的加法運(yùn)算必須在低一位的運(yùn)算完成之后才能進(jìn)行，這種進(jìn)位方式成為串行進(jìn)位，這種加法器的邏輯電路較為簡(jiǎn)單。

　　五、電路設(shè)計(jì)及計(jì)算

　　1、選擇一個(gè)方波信號(hào)發(fā)生器作為輸入信號(hào)源；

　　2、利用74LS192，通過清零法設(shè)計(jì)一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，狀態(tài)圖如下：

　　3、利用74S192通過置數(shù)法設(shè)計(jì)一個(gè)從1到7的計(jì)數(shù)器，狀態(tài)圖如下：

　　然后通過減法器在每一個(gè)狀態(tài)的基礎(chǔ)上減去一個(gè)1，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)7進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

　　減法器電路如圖所示

　　4、通過一個(gè)單刀雙擲開關(guān)控制信號(hào)源，從而進(jìn)行四進(jìn)制和七進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。

　　5、進(jìn)行四進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，在74LS192后面接一個(gè)7447顯示譯碼管，將8421BCD碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，最后通過一個(gè)七段顯示數(shù)碼管來(lái)顯示數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)。

　　6、在進(jìn)行七進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，用40192進(jìn)行置數(shù)法計(jì)數(shù)，預(yù)置數(shù)為0001，計(jì)數(shù)到1000后反饋到置數(shù)端，循環(huán)計(jì)數(shù)，后面接一個(gè)74238加法器構(gòu)成的減法器，使輸出顯示數(shù)字在0000~0110之間計(jì)數(shù)，在經(jīng)過7447譯碼管將其轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)0~6，從而實(shí)現(xiàn)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能。

　　六、原理圖、仿真圖及結(jié)果分析、PCB版圖

　　原理圖如下所示：

　　仿真及結(jié)果分析

　　七、PCB板排布

　　1、PCB原理圖如下

　　pcb板頂層

　　PCB板底層