數(shù)字電路課程設(shè)計電子秒表

1、機械與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計專業(yè)名稱： 班 級： 學(xué) 號： 姓 名：指導(dǎo)教師： 日期：2012.06.12 前 言秒表應(yīng)用于我們生活、工作、運動等需要精確計時的方面。 它由剛開始的機械式秒表發(fā)展到今天所常用的數(shù)字式秒表。秒表的計時精度越來越高，功能越來越多，構(gòu)造也日益復(fù)雜。 本次數(shù)字電路課程設(shè)計的電子秒表的要求為：秒表最大計時值為99.99秒；分辨率為0. 1秒；具有啟動計時、停止計時、清零等控制功能。 針對上述設(shè)計要求，我們先前往校圖書館借閱了大量的數(shù)字電路設(shè)計方面的書籍，以及一本電子元件方面的工具書，以待查閱各種設(shè)計中所需要的元件，并仔細閱讀電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗中實驗十四

2、電子秒表的設(shè)計相關(guān)資料。 工作安排方面：我們首先在課程設(shè)計的要求下設(shè)計出了數(shù)字式秒表的整體電路框圖，將其分基本rs觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，時鐘發(fā)生器，計數(shù)及譯碼顯示裝置四個部分。其次我們對每個單元電路進行設(shè)計分析，對其工作原理進行介紹。完成了單元電路設(shè)計分析之后，進行總電路的拼接與調(diào)試，最后對總電路圖進行分析，寫出最終系統(tǒng)綜述。 完成總電路的設(shè)計與分析之后，對資料與設(shè)計電路進行整理，排版，完成課程設(shè)計報告。目 錄前 言2目 錄3摘要4關(guān)鍵字4設(shè)計要求4正文5第一章 系統(tǒng)概述5第二章 單元電路設(shè)計與分析6一、時鐘發(fā)生器電路設(shè)計5二、計數(shù)及譯碼顯示電路設(shè)計7三、電子秒表的啟動和停止電路設(shè)計7四、電子

3、秒表的清零電路設(shè)計8 第三章 總體電路圖9參考文獻、結(jié)束語10主要器件及功能表10收獲與體會，存在的問題等13課程設(shè)計評閱書15電子秒表摘要第一章：系統(tǒng)概述簡單介紹數(shù)字式秒表的系統(tǒng)設(shè)計思路，畫出系統(tǒng)框圖，并全面介紹總體工作過程或工作原理。第二章：根據(jù)總功能框圖的功能劃分，分塊設(shè)計單元電路，對每個單元路進行設(shè)計分析。第三章：數(shù)字式秒表總電路圖的給出，以及對系統(tǒng)進行綜述。關(guān)鍵字電子秒表、分頻電路、計數(shù)器、譯碼顯示電路、時鐘發(fā)生器、74ls90。設(shè)計要求1、秒表最大計時值為99.99秒；2、分辨率為0.1秒；3、具有清零、啟動計時、停止秒表計時等控制功能；正文第一章 系統(tǒng)概述該數(shù)字式秒表電路的工作原

4、理：由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié)電位器rw，產(chǎn)生50hz的矩形波信號，通過門5作為計數(shù)脈沖加于計數(shù)器的輸入端。計數(shù)器的輸出經(jīng)顯示譯碼器譯碼后送顯示器顯示。該電路設(shè)置兩個控制鍵，。鍵控制電路的清零與啟動功能，鍵控制電路的停止計數(shù)功能。顯示范圍0.10.9s時鐘發(fā)生器開始/停止清零顯示范圍19.9s顯示器顯示譯碼器計數(shù)器顯示器顯示譯碼器計數(shù)器圖1.1 電子秒表電路的結(jié)構(gòu)框圖第二章 單元電路設(shè)計與分析由上圖1.1電子秒表電路的結(jié)構(gòu)框圖可知，整個電路由時鐘發(fā)生器，計數(shù)及譯碼顯示電路，啟停電路與清零電路，四部分組成。設(shè)計時，計數(shù)顯示電路組成時間顯示電路，鍵控部分由于控制各部分電路，故在單元電

5、路設(shè)計分析時省去。故該電路可以分為時鐘發(fā)生器、分頻電路、時間顯示電路、控制電路四大單元電路。一、時鐘發(fā)生器電路設(shè)計振蕩器電路設(shè)計：振蕩器是數(shù)字秒表的核心。振蕩的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字式秒表的精確度，一般來說振蕩器的頻率越高，計時精度也越高。通常使用的振蕩器為555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。555定時器構(gòu)成的振蕩器555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖：時鐘發(fā)生器電路 接通電源后，調(diào)節(jié)電位器rw，使在輸出端3獲得頻率為50hz的矩形波信號，當基本rs觸發(fā)器q=1時，門5開啟，此時50hz脈沖信號通過門5作為計數(shù)脈沖加于計數(shù)器1的計數(shù)輸入端cp2。 二、計數(shù)及譯碼顯示電路設(shè)計

6、我們設(shè)計的秒表要實現(xiàn)能計時99.9秒的功能，所以要用到三個計數(shù)器，我采用了74ls90芯片，其中計數(shù)器1接成五進制形式，對頻率50hz的時鐘脈沖進行五分頻，在輸出端qd取得周期為0.1s的矩形脈沖，作為計數(shù)器2的時鐘輸入。計數(shù)器2及計數(shù)器3接成8421碼十進制形式，其輸出端與實驗裝置上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示0.10.9s、19.9s計時。具體計數(shù)及譯碼顯示電路如圖所示：計數(shù)及譯碼顯示電路三、電子秒表的啟動和停止電路設(shè)計該電路我們采用的是集成與非門構(gòu)成的基本rs觸發(fā)器。屬低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位功能。它的一路輸出q非作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出q作為與非門5的

7、輸入控制信號。按動按鈕開關(guān)k2，則門1輸出q非為1；門2輸出q=0,k2復(fù)位后q、q非狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān)k1，則q由0變?yōu)?，門5開啟，為計數(shù)器啟動做好準備，q非由1變?yōu)?，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器?；緍s觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表工作。其啟動和停止的設(shè)計電路如下所示：啟動和停止電路四、電子秒表的清零電路設(shè)計該電路我們采用的是用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負脈沖信號vi由基本rs觸發(fā)器q非端提供，輸出負脈沖v0通過與非門加到計數(shù)器的清除端r。靜態(tài)時，門4應(yīng)處于截止狀態(tài)，故電阻r必須小于關(guān)門電阻roff。定時原件rc取值不同，輸出脈沖寬

8、度也不同。當觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的rp和cp。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計數(shù)器提供清零信號。電子秒表的清零信號設(shè)計電路為： 清零電路 第三章 總體電路圖電子秒表原理圖電子秒表實際連接電路結(jié)束語電子秒表的設(shè)計的關(guān)鍵就是如何產(chǎn)生一個標準的50hz矩形方波信號并能順利地進行五分頻和如何設(shè)計相應(yīng)的計數(shù)器電路的設(shè)計。要確保秒表的精度0. 1s故采用555構(gòu)成的晶體多諧振蕩器作為時鐘發(fā)生器。參考文獻1, 閻石 主編 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版高等教育出版社 isbn 978-7-04-019383-12，呂承啟 林其斌 主編 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 is

9、bn 978-7-312-02335-5主要器件及功能表一74ls90介紹： 圖2.5 74ls90引腳圖表1 74ls90功能表輸 入 輸 出 功 能 清 0 置 9 時 鐘 qd qc qb qa r0(1)、r0(2) s9(1)、s9(2) cp1 cp2 1 1 0 0 0 0 0 0 清 0 0 0 1 1 1 0 0 1 置 9 0 0 0 0 1 qa輸出二進制計數(shù) 1 qdqcqb輸出五進制計數(shù) qa qdqcqbqa輸出 8421bcd 碼 十進制計數(shù) qd qaqdqcqb輸出 5421bcd 碼 十進制計數(shù) 1 1 不 變 保 持 二555定時器1管腳圖2、555引腳圖

10、3、功能表高電平觸發(fā)輸入端th大于高閾值電壓，低電平觸發(fā)輸入端/tr大于低閾值電壓時，th有效，輸出為低電平；高電平觸發(fā)輸入端th小于高閾值電壓，低電平觸發(fā)輸入端/tr大于低閾值電壓時，二者均無效，輸出為保持；高電平觸發(fā)輸入端th小于高閾值電壓，低電平觸發(fā)輸入端/tr小于低閾值電壓時，th有效，輸出為高電平。收獲與體會，存在的問題等 收獲體會:在整個課設(shè)過程中我們遇到了種種困難，剛開始我們對此是一頭霧水，但隨著在圖書館進行資料的查閱我們也漸漸的了解了這個設(shè)計的原理，在設(shè)計中我們也嘗試使用不同的元器件來實現(xiàn)它的最終功能，盡管比較困難。在實際的操作過程中，我們提高了自己的動手能力，雖然整個過程都是使用軟件進行模擬的，調(diào)試中我們遇到各種各樣的問題，電路的調(diào)試提高了我們解決問題的能力，學(xué)會了在設(shè)計中獨立解決問題，也包括怎樣去查找問題。似乎所有的事都得自己新手去操作才會在腦海中留下深刻的印象，這個小小的課程設(shè)計讓我了解了不少器件的功能的應(yīng)用，也加深了對數(shù)字電路認識和理解。記得在所有工作都完成后，我們需要進行模擬實驗，但發(fā)現(xiàn)怎末也模擬不出正確的結(jié)果來，所以我們花了很長的時間又重新把整個電路的各個部分又重新檢查模擬了一遍，最終得到了正確的結(jié)果。 雖然在這兩周