电子项目中74LS90使用技巧：原理图设计到调试的全过程


参考资源链接：[74LS90引脚功能及真值表](https://wenku.csdn.net/doc/64706418d12cbe7ec3fa9083?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 74LS90集成电路概述

数字电子技术中，计数器和分频器是两种极其重要的基础组件。74LS90，这款由德州仪器（Texas Instruments）推出的低功耗肖特基（LS）系列集成电路，以其简单、高效的特点，在过去的几十年里广泛应用于各种数字逻辑电路设计中。本章节将对74LS90集成电路进行初步介绍，包括其功能、特点及应用价值，为后续章节的原理图设计和实践应用打下基础。

graph LR
    A[74LS90概述] --> B[功能与特性]
    A --> C[原理图设计基础]
    A --> D[电路设计实践]
    A --> E[高级应用技巧]
    A --> F[故障诊断与维护]
    A --> G[未来展望与技术创新]

## 2.1 74LS90的功能与特性

### 2.1.1 基本功能介绍
74LS90是一个14脚的双4位二进制计数器，可以用来构建各种数字逻辑电路。其基本功能包括模10计数（二进制计数至1001或十进制的9），以及模2和模5计数。74LS90集成电路内部包含两个独立的可预置的4位二进制计数器，每个计数器的输出都可以作为下一级的计数输入，从而实现级联计数。

### 2.1.2 技术参数解析
了解技术参数是使用74LS90集成电路的前提。例如，供电电压为4.75V至5.25V，工作频率最高可达32MHz。其输入电平为TTL兼容，输出为推挽结构，可驱动一个标准的TTL负载或者直接连接CMOS电路。在工业应用中，该芯片的典型工作温度范围为-55°C至+125°C，适合在较为恶劣的环境下稳定工作。

在数字电路设计领域，74LS90以其卓越的性能和易用性赢得了广大工程师的喜爱。通过对其功能和特性的了解，我们可以在后续章节中掌握如何进行原理图设计，以及如何将74LS90有效地应用于电路设计实践中。接下来，我们将深入探讨其设计原理图的基础知识。

# 2.1 74LS90的功能与特性

### 2.1.1 基本功能介绍

74LS90是一款双十进制计数器，属于数字逻辑集成电路的一类。它能够实现0到9之间的十进制计数，通过级联使用，能够扩展到更高的计数范围。74LS90的核心功能单元是一个由四个触发器组成的二进制计数器，但是通过特殊的内部连接，它能够进行十进制计数。

与其他集成电路一样，74LS90也具有特定的工作电压范围，一般在4.75V到5.25V之间。它的输出驱动能力允许它直接驱动LED显示器或小功率继电器。此外，74LS90还具备输出复位功能，可以通过外部信号强制计数器清零。

### 2.1.2 技术参数解析

为了更深入理解74LS90的特性，下面列出了一些重要的技术参数：

- **供电电压（Vcc）**：典型值为5V，允许范围一般在4.5V到5.5V之间。
- **逻辑高电平（Vih）**：逻辑1的最低输入电压，通常为2V。
- **逻辑低电平（Vil）**：逻辑0的最高输入电压，通常不超过0.8V。
- **输出电流（Ioh/Iol）**：在高电平状态下，能够输出的最大电流；在低电平状态下，能够输出的最大电流。
- **计数频率（fmax）**：74LS90的最大工作频率，通常在35MHz左右。
- **功耗（Pd）**：在规定的电源电压和环境温度下，器件的最大功耗。

了解这些参数对于设计电路和选择合适的集成电路上应用至关重要。在选择74LS90时，必须确保电源电压符合规格，输入信号的电平能够正确驱动IC，并且输出负载不会超过其规定的电流。

## 2.2 设计74LS90的电路原理图

### 2.2.1 引脚分配与连接方式

设计74LS90的电路原理图时，首先需要理解引脚分配。74LS90采用14脚双列直插封装，具体引脚功能如下：

1. Vcc：供电正极，一般连接到5V电源。
2. GND：接地。
3. R1(SET)、R2(RST)：复位引脚，用于将计数器清零。
4. A、B、C、D：二进制计数器的四个输出端，连接到十进制显示设备。
5. Clock A (CLK A)：A计数器的时钟输入端。
6. Clock B (CLK B)：B计数器的时钟输入端，其触发边沿与CLK A相反。
7. R9(SET)、R0(RST)：用于实现9状态时的计数器清零。
8. R0/1 (RST)：当计数器计数到1010状态时，此引脚输出高电平。
9. R9 (SET)：当计数器计数到0状态时，此引脚输出高电平。

在设计原理图时，首先要正确连接电源（Vcc和GND），然后根据需要的功能配置时钟信号和复位逻辑。对于74LS90的连接方式，务必要注意时钟信号的准确输入，因为时钟信号的稳定性和频率直接关系到计数的准确性。

### 2.2.2 常用电路配置案例

在实际应用中，74LS90通常采用分频和计数两种典型配置：

- **计数器配置**：将CLK A和CLK B分别连接到计数信号源，并通过R1和R2实现复位操作。输出A、B、C、D端连接到LED显示，用于指示当前计数值。
- **分频器配置**：通过设置R1、R2、R9和R0引脚，可以配置不同的分频比率。例如，若需要将输入信号频率除以4，可以将R1、R2设置为高电平，R9和R0设置为低电平。

对于分频器设计，通常使用74LS90的第二级计数功能，其频率取决于第一级的输出频率，从而实现分频效果。

## 2.3 应用74LS90的典型场景分析

### 2.3.1 计数器设计思路

在设计计数器时，74LS90能够提供两种不同的计数模式：二进制计数和十进制计数。通过配置不同的引脚状态，可以轻松实现这两种模式的切换。为了构建一个简单的计数器，可以通过以下步骤进行设计：

1. **确定计数范围**：首先要确定所需的计数范围，比如0到9。
2. **配置输入时钟信号**：根据所需求的计数速率，配置时钟信号源。
3. **设计复位逻辑**：确保计数器能够在到达设定的计数值后自动或手动复位。
4. **连接显示装置**：通过A、B、C、D输出端连接到数字显示器，如七段LED显示器。

通过上述步骤，就能够实现一个基本的计数器电路。

### 2.3.2 分频器设计思路

分频器在数字电路中应用广泛，用于将较高频率的信号降低为较低频率的信号。74LS90的分频功能通过计数到特定值后翻转输出来实现。在设计分频器时，需要明确分频比例，并确定输出的频率。

1. **设定分频比例**：比如需要将信号频率除以8，则通过配置R1、R2、R9和R0引脚，使计数器计数到8后复位。
2. **配置时钟信号**：将外部时钟信号连接到CLK A或CLK B。
3. **输出信号的获取**：分频后的信号可以通过R0/1或R9引脚获取，然后连接到需要使用信号的模块。

根据这样的设计思路，可以使用74LS90实现各种分频需求。

graph TD;
    A[输入信号] -->|时钟信号| B(74LS90)
    B -->|A端输出| C[输出信号]
    B -->|B端输出| D[复位信号]
    D -->|触发| B

以上流程图展示了分频器的基本工作原理，其中74LS90的A和B端输出以及复位逻辑构成了分频的核心。

Circuit Diagram:

+5V ----+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
         |   |   |   |   |   |   |   |   |   |   |
        ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---
        | R1 | R2 | A   | B   | C   | D   | CLK A | CLK B
        ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---   ---
        |   |   |   |   |   |   |   |   |   |   |
GND ----+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+

通过上面的原理图，可以直观地看到74LS90集成电路各个引脚的连接方式。接下来的章节将介绍如何进行电路仿真测试以及如何调试和排除故障。

# 3. 74LS90电路设计实践

## 3.1 电路仿真前的准备工作

在进行74LS90电路设计实践之前，必要的准备工作是确保仿真实验能够顺利进行的关键步骤。准备工作包括选择合适的仿真软件和绘制原理图的基本步骤。

### 3.1.1 选择合适的仿真软件

在选择仿真软件时，需要考虑以下几点：

- **用户界面友好性**：一个好的用户界面可以大大提高设计效率，减少学习成本。
- **仿真精度**：高精度的仿真结果可以帮助设计者发现潜在问题，避免在实际搭建电路时出现错误。
- **组件库丰富性**：丰富的组件库能够支持设计者快速搭建电路原型。
- **性能稳定性**：软件运行是否稳定，是否能够处理复杂的电路设计。

常用的74LS90仿真软件包括Multisim、Proteus和SPICE等。例如，Multisim不仅提供了直观的用户界面，还拥有广泛的组件库和精确的仿真结果，适合新手和专业设计师使用。

### 3.1.2 原理图绘制步骤

绘制原理图的基本步骤如下：

1. **确定设计目标**：在绘制原理图之前，明确你想要电路实现的功能和性能指标。
2. **熟悉74LS90数据手册**：了解74LS90的引脚功能、电气特性等，这是绘制原理图的基础。
3. **使用绘图软件**：打开你的仿真软件，选择一个空白的原理图页。
4. **放置组件**：根据设计需求，将74LS90芯片放置在原理图中，并添加其他必要的电子元件。
5. **绘制连接线**：按照设计的电路结构，用线连接各个组件的引脚。
6. **检查和修改**：检查电路连接是否正确，没有遗漏或者错误，进行必要的修改。

下图展示了Multisim