電子秒表設(shè)計(jì)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案第一章實(shí)驗(yàn)概述1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)1. 設(shè)計(jì)一個(gè)電子秒表，可顯示 4 位數(shù)，計(jì)時(shí)范圍 0 10 分鐘2. 顯示精確到 0.1 秒，對 0.01 秒進(jìn)行四舍五入3. 有暫停、啟動、恢復(fù)和連續(xù)功能，顯示板由發(fā)光二極管構(gòu)成2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c設(shè)計(jì)要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)數(shù)字電路基本 RS 觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器、計(jì)數(shù)器以及譯碼顯示器等單元電路的綜合應(yīng)用；2. 了解電子秒表的組成與工作原理；3. 熟悉中規(guī)模集成電路的應(yīng)用；4. 掌握電子秒表的設(shè)計(jì)、調(diào)試以及故障排除方法；5. 培養(yǎng)書寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。設(shè)計(jì)要求1. 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，綜合運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識與

2、實(shí)踐技能獨(dú)立完成設(shè)計(jì)課題。2. 根據(jù)課題查閱書籍，獨(dú)立思考，深入研究課程設(shè)計(jì)中遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。3. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，從選擇設(shè)計(jì)方案開始，首先按單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇合適文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案的元器件，最后畫出總的電路圖。4. 學(xué)會電子電路的連線安裝和調(diào)試技能， 最終實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能； 電路布局合理，走線清楚，工作可靠。5. 寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，調(diào)試中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象的分析與討論。第二章 電子秒表的設(shè)計(jì)過程2.1 電路的設(shè)計(jì)與元件的選擇2.1.1 總體方案的設(shè)計(jì)顯示顯示顯示顯示四舍五入控制電路譯碼譯碼譯碼譯碼分計(jì)數(shù)秒十計(jì)數(shù)秒個(gè)計(jì)數(shù)分秒計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案振蕩器

3、分頻器脈沖發(fā)生電路圖 2.1電子秒表一般由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。信號送入計(jì)數(shù)器，累計(jì)結(jié)果以分、秒、分秒的數(shù)字顯示出來，分、分秒由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，秒由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。其原理框圖（如圖2.1 ）所需元件的選擇1. 二輸入與門、二輸入與非門、二輸入或門、反相器2. 多諧振蕩器： f=100Hz （集成 555 定時(shí)器的應(yīng)用） （如圖 2.2 ）振蕩周期 T=0.7 （R1+2R2 ）C，調(diào)節(jié)滑動變阻R2 可輸出不同的頻率的脈沖信號；此振蕩器在電路中是為分頻器和四舍五入電路提供脈

4、沖信號。文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 2.23. 8421 編碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 74160 （如圖 2.3 ）圖 2.3四個(gè)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74160 構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，分別顯示分個(gè)位、秒十位、秒個(gè)位與 0.1 秒；通過不同的連接方式， 74160 可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能如下：1 ）清零。 CLR端為清零端，只要CLR =0 ，觸發(fā)器均被清零，計(jì)數(shù)器輸出為0；不清零時(shí)應(yīng)使CLR=1 。文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案2 ）預(yù)置數(shù)（送數(shù)）。 LOAD 為預(yù)置數(shù)控制端，在 LOAD =0 時(shí)加入 CP 脈沖上升沿，計(jì)數(shù)器就被置數(shù)， 即輸出 QA,QB,QC,QD 分別等于輸入端 A,B,C,D 輸入的二

5、進(jìn)制數(shù)；不預(yù)置數(shù)時(shí)應(yīng)使 LOAD =1 。3 ）計(jì)數(shù)。 ENP=ENT=1 （CLR =1 ，LOAD =1 ）時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)計(jì)數(shù)到QA QB QC QD=1001 時(shí)，進(jìn)位輸出RCO=1 。再輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖， 計(jì)數(shù)器輸出從 1001 返回到 0000 狀態(tài)，RCO由1變0。4 ）保持。 ENP=0 ，ENT=1 （CLR =1,LOAD =1 ）時(shí)，計(jì)數(shù)器處于保持工作狀態(tài)。不僅輸出不變，而且進(jìn)位輸出也不變。ENP=1,ENT=0(CLR =1,LOAD=1) 時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出不變，進(jìn)位輸出RCO=0 。4.二 - 五 -十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 7490 （如圖 2.4）圖 2.47490

6、具有以下邏輯功能：1 ）計(jì)數(shù)脈沖從CKA 輸入， CKB=1 ， QA 作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案2 ）計(jì)數(shù)脈沖從 CKB 輸入， QB,QC,QD 作為輸出端，為異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；3 ）計(jì)數(shù)脈沖從 CKA 輸入，CKB 接輸出 QA ，為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；4 ）當(dāng) R01=R02=1，（ R91,R92 不都為 1）時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零；5 ）當(dāng) R91=R92=1，（R01,R02 不都為 1）時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能。5.LED 七段譯碼顯示器（如圖2.5）接到各計(jì)數(shù)器的輸出端，顯示當(dāng)前的計(jì)數(shù)。圖 2.52.2 模塊的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器1.分秒計(jì)數(shù)器（如圖2.6 ）文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖

7、2.6采用 8421 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器作為0.1 秒的計(jì)時(shí)， CLK 外接脈沖信號，清零端置1 ，讓計(jì)數(shù)器一直處于計(jì)時(shí)狀態(tài)；進(jìn)位信號RCO 輸出到秒個(gè)位。2.秒個(gè)位、分個(gè)位秒的個(gè)位和分的個(gè)位都采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)，與0.1 秒的情況一樣；只是CP 分別接低位的進(jìn)位信號3.秒十位（如圖2.7 ）將 74160采用復(fù)位法改為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即將輸出QB,QC 與非后接到清零端CLR，當(dāng)計(jì)數(shù)到6 時(shí)，對計(jì)數(shù)器異步清零。清零的同時(shí)向高位（分個(gè)位）提供進(jìn)位信號，使分位計(jì)數(shù)增加1.文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 2.7四舍五入控制電路選用中規(guī)模計(jì)數(shù)器7490 （如圖 2.8 ），利用其清零功能和置9 功能進(jìn)行四舍五入。即利用

8、簡單的邏輯門電路，當(dāng)所計(jì)數(shù)是0-4 暫停時(shí)，使 R01=R02=1，計(jì)數(shù)器清零；當(dāng)所計(jì)數(shù)是 5-9 暫停時(shí)，使 R91=R92=1 ，計(jì)數(shù)器置 9 ，同時(shí)進(jìn)位，從而實(shí)現(xiàn)四舍五入功能。文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 2.8脈沖發(fā)生電路1.振蕩器（如圖2.9 ）振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準(zhǔn)度決定了計(jì)時(shí)器的準(zhǔn)確度。我采用集成電路555 定時(shí)器與 RC 組成的多諧振蕩器，振蕩頻率f=100Hz ， R 為可調(diào)變阻，微調(diào) R 可調(diào)出不同頻率的輸出。圖 2.92.分頻器（如圖2.10 ）文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 2.10分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號，二是可提供功能擴(kuò)展電路所需要

9、的不同頻率的信號。選用中規(guī)模計(jì)數(shù)器7490 ，每片為 1/10 分頻器。第三章 電路的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試3.1 電路布線模塊電路圖1.計(jì)數(shù)器（如圖3.1 ）圖 3.1文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案1 ）如圖所示， 4 片中規(guī)模計(jì)數(shù)器顯示“分” 、“秒”、“分秒（ 0.1 秒）”，其中“秒”位為 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，“分”、“分秒”位為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，選用 74160 集成塊來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的方法采用反饋清零法。即將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74160 的輸出端 QB,QC 與非后接到異步清零端 CLR，構(gòu)成 6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再與個(gè)位的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器相乘構(gòu)成 60 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的各輸入端接地， ENP,ENT 控制端接高電位（

10、 +Vcc ），使得計(jì)數(shù)器一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)“分秒”計(jì)數(shù)到 9 后，產(chǎn)生進(jìn)位信號（ RCO）送到秒的個(gè)位，秒的計(jì)時(shí)加 1；當(dāng)“秒”位計(jì)數(shù)到 59 后向“分”位進(jìn)位。從而實(shí)現(xiàn) 0 10 分鐘的計(jì)時(shí)，且顯示精確到 0.1 秒。2 ）計(jì)時(shí)顯示。將計(jì)數(shù)器的各輸出端分別接到LED 數(shù)碼顯示器的 4 個(gè)輸入端，接通電源，顯示計(jì)時(shí)。3 ）計(jì)數(shù)復(fù)位。利用開關(guān) R 控制計(jì)數(shù)器從計(jì)時(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)為異步清零，或是清零后繼續(xù)計(jì)時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)復(fù)位功能。2.四舍五入控制電路（如圖3.2 ）文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 3.2電路由計(jì)數(shù)器 7490 與基本門電路組成。 7490 具有異步清零和置9 功能。利用門電路使得當(dāng)輸出為0

11、4 時(shí)， R01=R02=1，合上開關(guān) Space ，計(jì)數(shù)器清零；當(dāng)輸出為 5 9 時(shí)， R91=R92=1 ，合上開關(guān) Space ，計(jì)數(shù)器置 9。計(jì)數(shù)器的 CKA 外接脈沖（f=100HZ ），將輸出端 QD 作為“分秒”計(jì)時(shí)器的 CP，從而實(shí)現(xiàn)對 0.01 秒的四舍五入。3.脈沖發(fā)生電路（如圖3.3 ）脈沖發(fā)生電路由振蕩器和分頻器組成。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高，但耗電量將增大。故一定根據(jù)需要，設(shè)計(jì)出最佳電路。通常選用石英晶體來構(gòu)成振蕩器電路，其頻率的精準(zhǔn)度比較高，但是如果精度要求不高可采用多諧振蕩器。1 ）此電路的振蕩器為555定時(shí)器與RC 組成的多諧振蕩器，調(diào)節(jié)振蕩

12、器R 的值，使得輸出100Hz 的脈沖信號，作為0.01 秒計(jì)時(shí)器文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案與分頻器的輸入信號。2 ）分頻器由 7490 構(gòu)成，輸出 QD 作為 0.1 秒計(jì)時(shí)器的輸入信號，實(shí)現(xiàn) 1/10 分頻。3 ）在振蕩器的輸出端添加一個(gè)開關(guān)，控制脈沖的輸出，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器的啟動、暫停與連續(xù)。圖 3.3總體電路圖（如圖3.4 ）文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 3.4將各模塊合理連接起來構(gòu)成整個(gè)電子秒表計(jì)時(shí)電路，其中四合五入控制電路的輸出QD 通過一個(gè)開關(guān) Space 接到“分秒”的 CP 端 CLK，開關(guān)的另一端接分頻信號（分頻器 7490 的輸出 QD ）。3.2 電路調(diào)試單元電路的調(diào)試1.計(jì)時(shí)器的調(diào)試1

13、 ）“秒”位計(jì)數(shù)。將秒的個(gè)位、十位計(jì)數(shù)器都連接上，并在各輸出端接上譯碼顯示器（用于顯示當(dāng)前的計(jì)時(shí)狀態(tài)，看是否準(zhǔn)確） ；在個(gè)位的 CP 端（ CLK）接入脈沖信號源（ f=1Hz ），測試其功能，能否準(zhǔn)確計(jì)數(shù)0 59 。2 ）將“分”位、“秒”位、“分秒”位計(jì)數(shù)器級聯(lián)起來進(jìn)行邏輯功能測試。在“分文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案秒”位計(jì)數(shù)器的CP 上接入脈沖信號（ f=10Hz ），觀察顯示器的計(jì)時(shí)，若不正確，則檢查線路連接是否正確，調(diào)試改正，直至計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。2.多諧振蕩器的調(diào)試用示波器觀察輸出波形并測量其頻率，調(diào)節(jié) R，使得輸出矩形波的頻率為100Hz.按動開關(guān) Space ，觀察脈沖波形是否改變。3.分頻器

14、的測試接入輸入信號，頻率f=100Hz 。用示波器觀察輸出QD 的波形并測量其頻率，看是否為 f=10Hz 。從而確認(rèn)該電路是否具有1/10分頻功能。如波形顯示不正確，則檢查連線。4.四舍五入電路的調(diào)試外接上脈沖信號源，輸出端接上數(shù)碼顯示器，當(dāng)合上開關(guān)Space 時(shí)，觀察顯示器是否顯示 0 或 9 ；在輸出 QD 接一個(gè)指示燈，觀察當(dāng)顯示器顯示9 時(shí)，指示燈是否亮（顯示 0 時(shí)，應(yīng)該不亮），從而確定該電路是否有四舍五入功能。電子秒表的總體調(diào)試1 ）各單元電路調(diào)試正常后，按圖3.4 把幾個(gè)單元電路連接起來，進(jìn)行電子秒表的總體調(diào)試。分別測試電子秒表是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求：文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案（1 ）可顯

15、示 4 位數(shù)，計(jì)時(shí)范圍0 10 分鐘（2 ）顯示精確到 0.1 秒，對 0.01 秒進(jìn)行四舍五入（3 ）有暫停、啟動、恢復(fù)和連續(xù)功能，顯示板由發(fā)光二極管構(gòu)成先按一下開關(guān)R，則計(jì)數(shù)器清零；再按一下開關(guān)Space ，則計(jì)數(shù)器啟動開始計(jì)時(shí)，觀察數(shù)碼顯示器的計(jì)數(shù)情況是否正常，如想暫停，則按一下開關(guān)Space ，計(jì)時(shí)立即停止但數(shù)碼顯示器保留所計(jì)時(shí)的值;當(dāng)再次按下 Space 開關(guān)，計(jì)數(shù)器接著剛才的計(jì)時(shí)繼續(xù)計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)時(shí)功能；若不想繼續(xù)剛才的計(jì)時(shí)，則按一下R，計(jì)數(shù)器恢復(fù)到0，從新開始計(jì)數(shù)，并且計(jì)時(shí)范圍為0 10 分鐘。2 ）電子秒表準(zhǔn)確度的測試可利用電子鐘或手表的秒計(jì)時(shí)對電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。文檔大全實(shí)用

16、標(biāo)準(zhǔn)文案結(jié)束語剛拿到課題的時(shí)候，我表現(xiàn)出了很大熱情和興趣，復(fù)習(xí)課本的相關(guān)知識、上網(wǎng)查資料等，我好奇著自己會設(shè)計(jì)出來的會是一樣什么樣的電子秒表，能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的那些功能嗎？然而，剛一開始就遇到了問題， 很是打擊了我的信心。我用我所知道的計(jì)數(shù)器74160實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)，卻怎么也不能準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，老是會出現(xiàn)19 秒后才是 10 秒的類似情況，由于時(shí)間關(guān)系最終還是沒能改正過來。但是我覺得有以下方法可以加以修正：1.利用門電路將秒個(gè)位的進(jìn)位信號延時(shí)1 秒2.分別給秒個(gè)位、秒十位提供相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號3.改用計(jì)數(shù)器 7490 可以解決上述問題（如圖4.1 ）文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案此處向分進(jìn)位圖 4.1由于采用的 555 定時(shí)器與 RC 組成的多諧振蕩器作為時(shí)鐘發(fā)生器， 精確度不是很高，所以整個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)不是很準(zhǔn)確，若改用石英晶體構(gòu)成振蕩器可以提高計(jì)時(shí)器的準(zhǔn)確度?？傮w來說我基本完成了設(shè)計(jì)的全部要求，但是存在以上所說的一些小問題，如果還有時(shí)間的話，我相信我一定能做的更好。整個(gè)設(shè)計(jì)