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消抖電路.92 .3 分、秒、毫秒計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì) .92.3.1 選擇計(jì)數(shù)器的方案 .92.3.2 74LS160計(jì)數(shù)器的功能介紹 .10 2.3.3 計(jì)數(shù)器最終連線圖 .11 2.4譯碼部分 .12 2.4.1 譯碼器的基本原理 .12 2.4.2 方案的提出 .12 2.4.3 方案對(duì)比與選擇 13 2.4.4 74LS48的功能介紹 13 2.5 數(shù)碼管 .15 2.5.1 七段數(shù)碼管工作原理 .15 2.5.2 七段數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹 .16 2.5.3 顯示器匹配電路圖 16 2.5.4 譯碼器與數(shù)碼管匹配電路的仿真圖 17第三章 系統(tǒng)綜述、總體電路圖 18 3.1 總電路圖 .17第四章 結(jié)束語(yǔ) .18 4.1 總結(jié)語(yǔ) 19 4.2 故障分析 .19 參考文獻(xiàn) 20元器件明細(xì)表 .20鳴謝 .21收獲與體會(huì) .21評(píng)語(yǔ) .23數(shù)字式秒表摘要: 數(shù)字式秒表是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置,無(wú)機(jī)械裝置,具有較長(zhǎng)的使用壽命,因此得到了廣泛的使用。 數(shù)字式秒表從原理上講是一種典型的數(shù)字電路,其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。本次實(shí)驗(yàn)所做數(shù)字式秒表由信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)和計(jì)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)成。由于需要比較穩(wěn)定的信號(hào),所以信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)555定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器構(gòu)成,信號(hào)頻率為100HZ。計(jì)時(shí)系統(tǒng)由計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器組成。計(jì)數(shù)器由74 LS160構(gòu)成,由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成了一百進(jìn)制和六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,采用異步進(jìn)位方式。譯碼器由74LS48構(gòu)成,顯示器由數(shù)碼管構(gòu)成。具體過(guò)程為:由晶體震蕩器產(chǎn)生100HZ脈沖信號(hào),傳入計(jì)數(shù)系統(tǒng),先進(jìn)入計(jì)數(shù)器,然后傳入譯碼器,將4位信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管可顯示的7位信號(hào),結(jié)果以“分”、“秒”、“10毫秒”依次在數(shù)碼管顯示出來(lái)。該秒表最大計(jì)時(shí)值為99分59.99秒,“分”和“10毫秒”為一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成,“秒”為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。關(guān)鍵詞:計(jì)時(shí) 精度 計(jì)數(shù)器 顯示器 設(shè)計(jì)要求:1 秒表最大計(jì)時(shí)值為99分59.99秒;2 6位數(shù)碼管顯示,分辨率為0.01秒;3 具有清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能;4 控制操作鍵不超過(guò)二個(gè)。第一章 系統(tǒng)概述 所為數(shù)字式秒表,所以必須有一個(gè)數(shù)字顯示。按設(shè)計(jì)要求,須用七段數(shù)碼管來(lái)做顯示器。題目要求最大記數(shù)值為99,59,99,那則需要六個(gè)數(shù)碼管。要求計(jì)數(shù)分辨率為0.01秒,那么我們需要相應(yīng)頻率的信號(hào)發(fā)生器。 選擇信號(hào)發(fā)生器時(shí),有兩種方案:一種是用晶體震蕩器,另一種方案是采用集成電路555定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。其核心部分使用六個(gè)74160計(jì)數(shù)器采用串聯(lián)方式構(gòu)成,這種連接方式簡(jiǎn)單,使用元器件數(shù)量少。由于555定時(shí)器的比較器靈敏度較高,輸出驅(qū)動(dòng)電流大,功能靈活,再加上電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,計(jì)算比較方便,所以CP脈沖是由555多諧振蕩器產(chǎn)生的。 數(shù)字式秒表實(shí)際上是一個(gè)頻率(100HZ)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于數(shù)字式秒表計(jì)數(shù)的需要,故需要在電路上加一個(gè)控制電路,該控制電路清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能,同時(shí)100HZ的時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字電子鐘的總體圖如圖所示。由圖可見,數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成:555振蕩器和防抖開關(guān);秒表控制開關(guān);一百進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器;以及秒、分的譯碼顯示部分等串電阻串電阻串電阻 圖1-1 原理流程圖第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析 2.1秒信號(hào)發(fā)生器2.1.1 555定時(shí)器的功能555定時(shí)器組成及工作原理如下: 圖2-1-1 555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)圖如圖2是555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化原理圖和引腳標(biāo)識(shí)。由電路原理圖可見,該集成電路由下述幾部分組成:串聯(lián)電阻分壓電路、電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管T以及緩沖器G組成。(注釋:編號(hào)555的內(nèi)涵是因該集成電路的基準(zhǔn)電壓是由三個(gè)5k電阻分壓組成)定時(shí)器的功能主要取決于比較器,比較器C1和C2的輸出控制著RS觸發(fā)器和放電三極管T的狀態(tài),RD為復(fù)位端。當(dāng)RD=0時(shí),輸出U0=0,T管飽和導(dǎo)通。此時(shí)其他輸入端狀態(tài)對(duì)電路清零0狀態(tài)無(wú)影響。正常工作時(shí),應(yīng)將RD接高電平。當(dāng)控制電壓輸入端5腳懸空時(shí),比較器C1、C2的基準(zhǔn)電壓分別是2Ucc/3和Ucc/3。如果5腳Uic外接固定電壓,則比較器C1、C2的基準(zhǔn)電壓為Uic和Uic/2。 由圖1中可知,若5腳懸空,當(dāng)Ui62Ucc/3,Ui2Ucc/3時(shí),比較器C1、C2分別輸出高電平和低電平,即R=1, S=0, 使基本RS觸發(fā)器置1,放電三極管截止,輸出Uo=1。當(dāng)Ui6Ucc/3時(shí),比較器C1和C2輸出均為高電平, 即R=1, S=1.。RS觸發(fā)器維持原狀態(tài), 使Uo輸出保持不變。當(dāng)Ui62Ucc/3,Ui2Ucc/3時(shí),比較器C1輸出低電平,比較器C2輸出高電平,即R=0,S=1,基本RS觸發(fā)器置0,放電三極管T導(dǎo)通,輸出Uo=0。當(dāng)Ui62Ucc/3,Ui22Ucc/3Ucc/30導(dǎo)通1Ucc/3不變不變12Ucc/3m時(shí),稱為部分譯碼。2.4.2 方案的提出方案一:利用7447七段顯示譯碼器 7447七段顯示譯碼器輸出為低電平有效,用以驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管。邏輯符號(hào)見圖9,其功能表見表2。7447有4個(gè) BCD碼輸入端 A、B、C和D,其中 D為最高有效位,A為最低有效位,它們分別與輸出端口中的4位相連。7447的7個(gè)輸出引腳 ag直接與 LED的相應(yīng)引腳相連。當(dāng)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)開路或?yàn)楦唠娖蕉嚐糨斎霝榈碗娖?,則所有輸出端都為1。BI/RBO是線與邏輯,作滅燈輸入(BI)或動(dòng)態(tài)滅燈(RBO)之用,或者兼為二者之用。 圖2-4-1.7447顯示譯碼器1. 要求015時(shí),滅燈輸入(BI)必須開路或保持高電平,如果不要滅十進(jìn)制數(shù)零,則動(dòng)態(tài)滅燈輸入(RBI)必須開路或?yàn)楦唠娖健?. .將一低電平直接輸入BI端,則不管其他輸入為何電平,所有的輸出端均輸出為低電平。3. 當(dāng)動(dòng)態(tài)滅燈輸入(RBI)和A,B,C,D輸入為低電平而試燈輸入為高電平時(shí),所有各段輸出都為0,并且動(dòng)態(tài)滅燈輸出(RBO)為低電平(響應(yīng)條件)。4. 當(dāng)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)開路或?yàn)楦唠娖蕉嚐糨斎霝榈碗娖?,則所有輸出端都為1。方案二:利用74LS48顯示譯碼器 74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器,輸出高電平有效,專用于驅(qū)動(dòng)LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。其管腳功能如圖2-4-1所示 圖2-4-2. 74LS48管腳圖2.4.3 方案對(duì)比與選擇 7447七段顯示譯碼器輸出為低電平有效,用以驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管,而74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器,輸出高電平有效,專用于驅(qū)動(dòng)LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。在軟件Multisim仿真的時(shí)候出現(xiàn)錯(cuò)誤,無(wú)法正常工作,所以為了得到正確的設(shè)計(jì)結(jié)果,我們選用74LS48顯示譯碼器。 2.4.4 74LS48功能介紹74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入(DCBA)和輸出(YaYg)端外,74LS48還引入了燈測(cè)試輸入端(LT)和動(dòng)態(tài)滅零輸入端(RBI),以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出(BI/RBO)端。 其功能表如下表2-4-174ls48引腳功能表七段譯碼驅(qū)動(dòng)器功能表十進(jìn)數(shù)或功能輸入BI/RBO輸出備注/TD LTRBID C B A abcdefg0HH0 0 0 0H111111011Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL00000002RBIHL0 0 0 0L00000003LTLxx x x xH11111114由74LS48真值表可獲知74LS48所具有的邏輯功能:(1)7段譯碼功能(LT=1,RBI=1)在燈測(cè)試輸入端(LT)和動(dòng)態(tài)滅零輸入端(RBI)都接無(wú)效電平時(shí),輸入DCBA經(jīng)74LS48譯碼,輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào),顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外,RBI也可以接低電平,見表2-4-1中116行。(2)消隱功能(BI=0)此時(shí)BI/RBO端作為輸入端,該端輸入低電平信號(hào)時(shí),表2-4-1倒數(shù)第3行,無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào),不管輸入DCBA為什么狀態(tài),輸出全為“0”,7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。(3)燈測(cè)試功能(LT = 0)此時(shí)BI/RBO端作為輸出端, 端輸入低電平信號(hào)時(shí),表2-4-1最后一行,以及DCBA輸入無(wú)關(guān),輸出全為“1”,顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試,判別是否有損壞的字段。(4)動(dòng)態(tài)滅零功能(LT=1,RBI=1)此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端,LT 端輸入高電平信號(hào),RBI 端輸入低電平信號(hào),若此時(shí)DCBA = 0000,表2-4-1倒數(shù)第2行,輸出全為“0”,顯示器熄滅,不顯示這個(gè)零。DCBA0,則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。2.5 數(shù)碼管2.5.1 七段數(shù)碼管工作原理在這個(gè)部分我們用七段數(shù)碼管(LED)來(lái)顯示結(jié)果, 七段數(shù)碼管有七個(gè)發(fā)光段,即a.b.c.d.e.f.g,根據(jù)設(shè)計(jì)要求的需要,我們使用了四個(gè)無(wú)小數(shù)點(diǎn)顯示和兩個(gè)有小數(shù)點(diǎn)顯示的數(shù)碼管。它們分別如圖2-5-1和2-5-2。 圖2-5-1 圖2-5-2 數(shù)碼顯示與發(fā)光段之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表2-5-1所示。表2-5-1BCD碼顯示數(shù)碼發(fā)光管BCD碼顯示數(shù)碼發(fā)光管0000Abcdef0101acdfg0001bc0110cdefg0010Abdeg0111Abc0011Abcdg1000Abcdefg0100bcfg1001Abcfg2.5.2 七段數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹七段數(shù)碼管內(nèi)部由發(fā)光二極管構(gòu)成。在發(fā)光二極管兩端加上適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí),就會(huì)發(fā)光。發(fā)光二極管有兩種接法:即共陰極接法和共陽(yáng)極接法,如下圖2-5-3,2-5-4所示。 圖2-5-3 圖2-5-42.5.3 顯示器匹配電路圖本設(shè)計(jì)采用共陰數(shù)碼管與74LS48匹配。其連接圖如圖2-5-5所示 圖2-5-52.5.4 譯碼器與數(shù)碼管匹配電路的仿真圖圖2-5-6 第三章 系統(tǒng)綜述、總體電路圖3.1 總電路圖 J1控制數(shù)字秒表的啟動(dòng)和停止,J2控制數(shù)字秒表的清零復(fù)位。開始時(shí)把J1J2合上,由555多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào),運(yùn)行本電路,數(shù)字秒表正在計(jì)數(shù)。J1打開,脈沖不能給上面的計(jì)數(shù)電路,整個(gè)電路暫停計(jì)數(shù),閉合J1,電路重新獲得脈沖信號(hào),開始計(jì)數(shù),當(dāng)J1開關(guān)閉合,把開關(guān)J2開關(guān)打開,那將給計(jì)數(shù)電路中的74LS160的清零信號(hào),開始計(jì)數(shù),當(dāng)J1開關(guān)閉合,J2開關(guān)打開,那將給計(jì)數(shù)器清零,于是我們就用兩個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電路的清零、啟動(dòng)、計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能;閉合J1.J2,電路處于計(jì)數(shù)狀態(tài),當(dāng)給計(jì)數(shù)電路9(1001)個(gè)脈沖的時(shí)候,繼續(xù)再給一個(gè)脈沖,就會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位,這樣我們用輸出BCD碼的最高位來(lái)觸發(fā)下一個(gè)計(jì)數(shù)器,這樣給電路第十個(gè)脈沖以后,電路計(jì)數(shù)結(jié)果就會(huì)成“10”,繼續(xù)給脈沖,到第99個(gè)時(shí)候,繼續(xù)給一個(gè)脈沖,我們同樣用第二個(gè)芯片的最高位來(lái)觸發(fā)下一個(gè)芯片,也就是用最高位的下降沿來(lái)當(dāng)做下一個(gè)芯片的脈沖。同理,當(dāng)秒計(jì)數(shù)需向分計(jì)數(shù)進(jìn)位的時(shí)候,我們都用最高位的變化來(lái)當(dāng)做下一個(gè)芯片的CP信號(hào),這樣我們就完成了我們需要的計(jì)數(shù)。第四章 結(jié)束語(yǔ)4.1 總結(jié)語(yǔ)通過(guò)一周半的設(shè)計(jì),總算是有了一個(gè)結(jié)果。方案和結(jié)果都讓我們比較滿意,完成了所有的設(shè)計(jì)要求:1.秒表最大計(jì)時(shí)值為99分59.99秒;2. 6位數(shù)碼管顯示,分辨率為0.01秒;3.具有清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能;4. 控制操作鍵不超過(guò)二個(gè)。在這次課題設(shè)計(jì)中,我們的整體思路主要是參考了老師的意見,然后進(jìn)行不斷的研究與探索而成的。實(shí)現(xiàn)了電路的最簡(jiǎn)潔,使電路圖簡(jiǎn)單易懂。防抖開關(guān)的使用,使我們的電路更加的穩(wěn)定,這是我們這次設(shè)計(jì)中一個(gè)比較大的亮點(diǎn)。但是,在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們也遇到不少的麻煩,經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的檢查和排除,最終實(shí)現(xiàn)了部分功能。4.2故障分析故障1:脈沖發(fā)生器(555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器)沒法實(shí)現(xiàn)0.01s的脈沖信號(hào)。原因:參數(shù)不對(duì)。排除方法:利用f=1.43/R1+2R2)C適當(dāng)?shù)倪x取定值電阻、電容的大小和可變電阻的最大阻值,其中,外加可調(diào)電阻,對(duì)其進(jìn)行左右微調(diào),以提高精度,最大限度的保證輸出波形不失真。故障2:數(shù)碼管不顯示原因:l LED數(shù)碼管接入錯(cuò)誤,陰陽(yáng)極接反,未接入保護(hù)電阻。l 起初我們選用譯碼器7447,但由于軟件Multisim中此元件不可用,無(wú)法正常工作。排除方法:調(diào)整數(shù)碼管的陰陽(yáng)極接線(按共陰極接線方法接線),接入電阻,將原件7447更換為74LS47。故障3:數(shù)碼管顯示后,分進(jìn)位顯示錯(cuò)誤,無(wú)法正常進(jìn)位原因:對(duì)原件74LS160的工作原理理解有誤,其應(yīng)在下降沿,進(jìn)位排除方法:在分秒計(jì)數(shù)間,即60十進(jìn)制和100進(jìn)制之間,加一非門,保證其在下降沿故障4:數(shù)碼管數(shù)字跳動(dòng)頻率不均勻。原因:使能輸入信號(hào)和清零信號(hào)的脈沖方波輸入波形出現(xiàn)抖動(dòng),排除方法:在機(jī)械開關(guān)之后,加一個(gè)防抖動(dòng)開關(guān)參考文獻(xiàn) 1林濤主編,數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ),北京:清華大學(xué)出版社,20062林濤主編,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),重慶:重慶大學(xué)出版社,2003 3吳慎山主編,電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)踐, 北京:電子工業(yè)出版社,20054劉福太主編,綠版電子電路498例, 北京:科學(xué)出版社,20075姜齊榮,趙東元,陳建業(yè)編著,有源電力濾波器結(jié)構(gòu)原理控制 北京:科學(xué)出版社,2005元器件明細(xì)表序 號(hào)名 稱 型號(hào)參數(shù)數(shù)量備注1U23A74LS00D12U3,U4,U5,U6,U7,U874LS160D63J2,J1DIPSW124U11,U12,U13,U14,U15,U1674LS,74LS48065R7,R8,R10,R12RPACK_VARIABLE_2*7,18046U17,U18,U19,U20,U21,U22SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_K_BLUE27R11,R9RPACK_VARIABLE_2*8,18028U9A74STD,7404N19J4TD_SW1,0.5sec1sec610U1A,U2A74STD,7401N211R4,R5RESISTOR 10K212R1,R2RESISTOR 4.75K213R6POTENTIOMETER 100 1鳴謝本次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一周半,在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中遇到了各類各樣從未遇到的困難和挫折,但在其中得到了XX老師的悉心指導(dǎo),為我指點(diǎn)迷津,拓寬研究思路,精心點(diǎn)撥,循循善誘,熱心鼓勵(lì)。老師們的耐心輔導(dǎo),我們銘記于心。其次還要非常感謝同組的XX,YY同學(xué)一直以來(lái)對(duì)我的幫助,回顧兩周經(jīng)歷的兼程,他們讓我學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考,學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作,學(xué)會(huì)了舉一反三,這一周半以來(lái)的相濡以沫,我受益匪淺,再次表示感謝。 我還感謝電子與控制工程學(xué)院的諸位老師為我們提供了良好的設(shè)計(jì)條件,讓我順利完成此次課程設(shè)計(jì)。最后,我們衷心的感謝長(zhǎng)安大學(xué)對(duì)我們的教育和支持。 收獲與體會(huì)一周半的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束,留給我們組印象最深的是:要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路,必須要有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ),要熟練地掌握課本上的知識(shí),這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。同時(shí)還需要有耐心和毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程

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