數(shù)字秒表的仿真與制作

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 王吉陽 專業(yè)班級： 電信1005 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 數(shù)字秒表的設(shè)計仿真與制作 初始條件： 利用集成譯碼器、計數(shù)器、定時器、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等器件設(shè)計實現(xiàn)數(shù)字秒表的功能。用數(shù)碼管顯示時間計數(shù)值。（也可以用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)）要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計工作量：1周內(nèi)完成對數(shù)字秒表的設(shè)計、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求： 設(shè)計一個能測量8名運動員短跑成績的數(shù)字秒表。要求用四位數(shù)碼管顯示時間，格式為00：00s。 秒表設(shè)置9個開關(guān)輸入（清零開關(guān)1個和記錄開關(guān)8個）。按下“記錄

2、”開關(guān)，則 將當(dāng)前計數(shù)時間暫存并顯示在數(shù)碼管上。確定設(shè)計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：1、 第12天，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計原理。2、 第34天， 方案選擇和電路設(shè)計仿真。3、 第45天， 電路調(diào)試和設(shè)計說明書撰寫。4、 第6天，上交課程設(shè)計成果及報告，同時進行答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日1 protues軟件簡介32方案設(shè)計與選擇42.1 方案一：基于單片機系

3、統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字秒表42.2 方案二：基于組合邏輯電路的設(shè)計實現(xiàn)數(shù)字秒表43電路圖設(shè)計43.1 計數(shù)電路設(shè)計43.2 譯碼器及數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計63.3 鎖存器電路的設(shè)計73.4 防抖動開關(guān)的設(shè)計83.5時鐘脈沖發(fā)生器94 protues仿真104.1 電路原理圖105 硬件焊接115.1 元件清單115.2 焊接實物圖116 參考文獻141 protues軟件簡介Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有近20年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的

4、功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，Proteus能夠很容易的為用戶建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。 Proteus 產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù)，用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。不愧為一款非常優(yōu)秀的單片機仿真軟件。Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開發(fā),被電子世界在其對PCB設(shè)計系統(tǒng)的比較

5、文章中評為最好產(chǎn)品“The Route to PCB CAD”。Proteus 產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。其功能模塊:個易用而又功能強大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真; ARES PCB設(shè)計. PROSPICE 仿真器的一個擴展PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型. 支

6、持許多通用的微控制器,如PIC,*R,HC11以及8051. 交互的裝置模型包括:LED和LCD顯示,RS232終端,通用鍵盤,強大的調(diào)試工具,包括寄存器和存儲器,斷點和單步模式IAR C-SPY 和Keil uVision2等開發(fā)工具的源層調(diào)試應(yīng)用特殊模型的DLL界面-提供有關(guān)元件庫的全部文件 Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種

7、意義上講，是彌補了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。2方案設(shè)計與選擇2.1 方案一：基于單片機系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字秒表利用C51單片機控制外圍電路，通過編程定時計數(shù)，數(shù)碼管顯示，以及軟件編程方法實現(xiàn)防抖動開關(guān)控制清零，啟動，記錄。從而實現(xiàn)數(shù)字秒表功能。優(yōu)點:實現(xiàn)的外圍硬件電路設(shè)計簡單，利用C語言編程的可移植性較強。缺點：對C語言的編程能力要求高，需要重復(fù)調(diào)試程序來實現(xiàn)數(shù)字秒表的基本功能，調(diào)試電路的工作量大。2.2 方案二：基于組合邏輯電路的設(shè)計實現(xiàn)數(shù)字秒表通過組合邏輯電路的設(shè)計，包括計數(shù)器，譯碼器，鎖存器，數(shù)碼管，以及555定時器設(shè)計的脈沖發(fā)生器和門電路各個模塊的硬件電路設(shè)計實現(xiàn)數(shù)字秒表的基本功能。優(yōu)

8、點：減少電路調(diào)試的時間，通過仿真可以確定電路的基本線路。缺點：對各個芯片的選擇要求準確，設(shè)計電路圖較復(fù)雜，制作硬件的條件要求高。對組合邏輯電路設(shè)計的基本方法要熟悉。3電路圖設(shè)計本次課程設(shè)計選擇基于組合邏輯電路的設(shè)計實現(xiàn)數(shù)字秒表3.1 計數(shù)電路設(shè)計圖1選擇芯片74LS90時鐘脈沖信號從CKA輸入，CKB連接Q0端，即可實現(xiàn)十進制計數(shù)；利用兩片74LS90的級聯(lián)即可實現(xiàn)60進制的記數(shù)功能，將Q3端連接下個芯片的時鐘輸入端CKA，將下一個芯片的Q1,Q2端分別連接到兩個芯片的清零端，R0(1),R0(2)。以此即可實現(xiàn)數(shù)字秒表的基本記數(shù)功能。74LS90的功能表如圖2圖23.2 譯碼器及數(shù)碼管顯示電

9、路的設(shè)計圖3選擇74LS48譯碼器驅(qū)動七段數(shù)碼管，數(shù)碼管選用共陰極，電路連接如圖4所示。74LS48中BI/RBO,RB1,LT為使能端，當(dāng)全為高電平時，譯碼器正常工作。數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g端分別連接譯碼器的QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG端。譯碼器和數(shù)碼管之間連接電阻值為5.1k的限流電阻。74LS48的功能表如圖4圖4共陰極七段數(shù)碼管連接原理圖如圖5圖53.3 鎖存器電路的設(shè)計鎖存器選用74HC573芯片，LE為使能控制端，OE接低電平表示鎖存器正常工作。鎖存器的主要功能是鎖存暫停時數(shù)碼管上顯示的運動員數(shù)據(jù)。通過防抖動開關(guān)來控制記錄運動員的數(shù)據(jù)。鎖存器設(shè)計電路圖如圖6

10、所示圖674HC573功能表如圖7所示圖73.4 防抖動開關(guān)的設(shè)計利用與非門電路設(shè)計消抖動開關(guān)設(shè)計電路圖如圖8所示利用基本與非門構(gòu)成的防抖動開關(guān)，當(dāng)開關(guān)從上撥到下時，離開上還未到下時，輸入R=1S=1，電路處于保持階段，總的輸出不變，Q=0。到達下時，則R=1，S=0。電路置1，而開關(guān)在接觸下之后，短時間出現(xiàn)微小的抖動而造成與下多次接通和斷開，因此造成R,S不斷在R=1，S=1和，之間變化，但輸入信號并不影響輸出信號。從而達到防抖動的目的。圖83.5時鐘脈沖發(fā)生器555組成的多些振蕩器可以組成各種時鐘脈沖發(fā)生器。如下圖8的電路圖，可以產(chǎn)生脈沖可調(diào)的矩形脈沖發(fā)生器，改變電容C可以獲得超常時間的低

11、頻脈沖，調(diào)節(jié)電位器RP可以的到任意頻率的脈沖如秒脈沖。由于電容C的充放電時間不等，輸出矩形脈沖的占空比隨頻率變化。F=1/1.43(R1+2R2)。下圖為頻率為100HZ的脈沖信號發(fā)生器。圖9圖14 protues仿真4.1 電路原理圖圖115 硬件焊接5.1 元件清單名稱型號數(shù)量備注鎖存器74HC5732焊錫電路板，導(dǎo)線，烙鐵，焊錫絲，芯片底座，單刀開關(guān)，發(fā)光二極管，電阻，電容若干?；蜷T74LS324與非門74LS20（2輸入）6555定時器NE5551計數(shù)器74LS904譯碼器74LS484七段數(shù)碼管共陰極45.2 焊接實物圖圖12圖136 參考文獻1 謝自梅.電子線路設(shè)計.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20002 華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組編，康華光主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，1986年3 Mark N Horenstein. Microelectronic Circuits and Devices. 2nd ed. New Jersey: Prentice-Hall Inc,19964 Adel S Sedra and Keneth C Smith.Microelectronic Circuit.4r