秒表設(shè)計報告

1、課程設(shè)計名稱:秒表設(shè)計 學(xué) 院: 物理與電氣工程學(xué)院專 業(yè): 10級電子信息科學(xué)與技術(shù)班 級: <一>班 姓 名: 葉生波、王奇、程揚帆、程浩 指導(dǎo)教師: 夏強(qiáng)勝 日 期: 2012年11月2日摘要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在各個領(lǐng)域的運用也越來越廣泛。人們對它的認(rèn)識也逐步加深。在秒表的設(shè)計上功能不斷完善，在時間的設(shè)計上不斷的精確，人們也利用了電子技術(shù)以及相關(guān)的知識解決了一些實際問題。電子秒表廣泛應(yīng)用于對運動物體的速度、加速度的測量實驗，還可用來驗證牛頓第二定律、機(jī)械能守恒等物理實驗，同時也適用于對時間測量精度要求較高的場合，如測定短時間間隔的儀表。秒表有機(jī)械秒表和電子秒表兩類。

2、機(jī)械秒表與機(jī)械手表相仿，但具有制動裝置，可精確至百分之一秒；電子秒表用微型電池作能源，電子元件測量顯示，可精確至千分之一秒，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、體育運動及國防等方面。目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)、自動控制、電子測量儀表、電視、雷達(dá)、通信等各個領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代社會的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實際，數(shù)字電路課題設(shè)計的進(jìn)行使我們有了這個非常好的機(jī)會。本設(shè)計就是利用所學(xué)到的電子元器件將脈沖源用數(shù)碼管顯示出來以制成簡易的數(shù)字秒表。該數(shù)字計數(shù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)較簡單，是由控制電路，復(fù)位電路，0.01秒脈沖發(fā)生器，譯碼顯示電路構(gòu)成的。利用555構(gòu)建多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為100Hz的時鐘脈沖。

3、結(jié)合74LS160的功能利用J1和J2兩個功能開關(guān)實現(xiàn)秒表的計數(shù)、暫停、清零功能。關(guān)鍵詞 計數(shù)器，譯碼器，顯示器，555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電子秒表的基本組成和工作原理： 電子秒表電路的基本組成框圖如圖1 所示，它主要由多諧振蕩器、計數(shù)器、譯碼器和數(shù)碼顯示器4個部分組成。計數(shù)器譯碼器多諧振蕩器數(shù)碼顯示器本計時器由時鐘脈沖發(fā)生電路、加計數(shù)器電路、譯碼電路和數(shù)碼管顯示器幾大部分構(gòu)成。利用555構(gòu)建多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為100Hz的時鐘脈沖，以滿足精確到0.01s的課題要求。加計數(shù)器構(gòu)成計時器的秒位和毫秒位。除秒位采取60進(jìn)制，其余采取100進(jìn)制故選用74LS160。顯示部分用譯碼器配合數(shù)碼管

4、構(gòu)成。結(jié)合74LS160的功能利用多個功能開關(guān)實現(xiàn)秒表的計數(shù)、暫停、清零功能。2.電路模塊設(shè)計2.1 0.1s信號源設(shè)計通過利用555集成定時器，構(gòu)成2/3占空比的多諧振蕩器，來產(chǎn)生周期為0.1s的矩形方波。2.1.1 555定時器引腳及功能表 圖2：555引腳圖 圖3：555定時器電路框圖 1腳（GND）為接地端； 2腳（TR）為低電平時有效，且<1/3UDD輸出端為1； 3腳（OUT）為輸出端； 4腳（R）為復(fù)位端； 5腳（CO）為控制電壓輸入端； 6腳（TH）為閾值端，是高電平觸發(fā)端； 7腳（D）為放電端； 8腳（UCC）為電源端表1：555定時器功能表當(dāng)TH高觸發(fā)端6腳加入的電平

5、大于2/3UDD ，TL低觸發(fā)端2腳的電平大于1/3UDD 時，比較器A1輸出高電平，比較器A2輸出低電平，觸發(fā)器置“0”，放電管飽和，7腳為低電平。 當(dāng)TH高觸發(fā)端加入的電平小于2/3UDD ，TL低觸發(fā)端的電平大1/3UDD 時，比較器A1輸出低電平，比較器A2輸出低電平，觸發(fā)器狀態(tài)不變，仍維持前一行的電路狀態(tài)，輸出低電平，放電管飽和，7腳為低電平。 當(dāng)TH高觸發(fā)端6腳加入的電平小于2/3UDD，TL低觸發(fā)端的電平小1/3UDD時，比較器A1輸出低電平，比較器A2輸出高電平，觸發(fā)器置“1”，輸出高電平，放電管截止，7腳為高電平。因7腳為集電極開路輸出，所以工作時應(yīng)有外接上拉電阻，故7腳為高

6、電平。 當(dāng)從功能表的最后一行向倒數(shù)第二行變化時，電路的輸出將保持最后一行的狀態(tài)，即輸出為高電平，7腳高電平。只有高觸發(fā)端和低觸發(fā)端的電平變化到倒數(shù)第三行的情況時，電路輸出的狀態(tài)才發(fā)生變化，即輸出為低電平，7腳為低電平。 由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論： 1555定時器有兩個閾值，分別是1/3UDD和2/3UDD。 2輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對應(yīng)放電管飽和，在7腳外接 有上拉電阻時，7腳為低電平。輸出高電平對應(yīng)放電管截止，在有上拉電阻時，7腳為高電平。 3輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為 。 4輸出與觸發(fā)輸入反相。 2.1.2 用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器

7、是一種自激振蕩器，接通電源后不需外加觸發(fā)便能產(chǎn)生矩形脈沖圖4：多諧振蕩器我們用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器的原理很簡單,只要將施密特觸發(fā)器的反相輸出端經(jīng)RC積分電路接回輸入端即可。當(dāng)接通電源以后,因為電容上的初始電壓為0,所以輸出為高電平,并開始經(jīng)電阻R向電容C充電,當(dāng)充到輸入電壓為Vi=Vt+時,輸出電壓跳變?yōu)榈碗娖?電容C又經(jīng)過電阻R開始放電。當(dāng)放至Vi=Vt-時,輸出電位又跳變?yōu)楦唠娖?電容C重新開始充電,如此周而復(fù)始,電路便不停的振蕩.由Vc的波形求得電容C的充電時間T1和放電時間T2各為 T1=（R1+R2）CLn【(Vcc-VT-)/(Vcc-VT+)】=(R1+R2)CLn2 T2

8、=R2CLn【(0-VT+)/(0-VT-)】=R2CLn2 振蕩周期為T=T1+T2=(R1+2R2)CLn2 振蕩頻率為f=1/T=1/【(R1+2R2)CLn2】通過改變R和C的參數(shù)即可改變振蕩頻率。輸出脈沖的占空比為q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)=2/3，故得到R1=R2。又T=T1+T2=(R1+2R2)CLn2=0.1為了得到占空比為2/3的脈沖，可采用占空比可調(diào)的可調(diào)電路。經(jīng)以上分析及計算若C=47uF ，R1=R2=0.11K。0.1s的信號源如上圖所示：2.2 計數(shù)電路設(shè)計圖6：74LS160引腳圖表2：74LS160功能表及邏輯功能圖74LS160為異步清零

9、計數(shù)器，即端輸入低電平，不受CP控制，輸出端立即部為“0”，功能表第一行。74LS160具有同步預(yù)置功能，在端無效時，端輸入低電平，在時鐘共同作用下，CP上跳后計數(shù)器狀態(tài)等于預(yù)置輸入DCBA，即所謂“同步”預(yù)置功能（第二行）。和都無效，ET或EP任意一個為低電平，計數(shù)器處于保持功能，即輸出狀態(tài)不變。只有四個控制輸入都為高電平，計數(shù)器（161）實現(xiàn)模10加法計數(shù)，Q3 Q2 Q1 Q0=1001時，RCO=1。2構(gòu)成任意進(jìn)制計數(shù)器（模長M10） 用集成計數(shù)器實現(xiàn)M進(jìn)制計數(shù)有兩種方法，反饋清零法和反饋預(yù)置法。圖（a）為反饋清零法連接（ 8進(jìn)制），圖（b）為反饋預(yù)置零法連接（8進(jìn)制）。 圖7：反饋清

10、零連接圖 圖8：反饋置零法連接圖實驗室電路連接方式：圖為計數(shù)電路連接圖：2.3 譯碼鎖存電路設(shè)計2.3.1 74 LS 47為BCD七段譯碼器/驅(qū)動器，真值表如下：十進(jìn)制LTRBDCBABI/RBOabcdefg01100001000000111X00011100111121X00101001001031X00111000011041X01001100110051X01011010010061X01101110000071X01111001111181X10001000000091X1001100011007447為四線-七段譯碼器，可以用來驅(qū)動七段共陽極數(shù)碼管，當(dāng)LT，RBI，BI，端接高電

11、平時，從DCBA端輸入BCD碼時，從abcdefg端輸出相應(yīng)的數(shù)碼管顯示碼。結(jié)合四線-七段譯碼器7447可以現(xiàn)實0到9個數(shù)字。2.3.2 半導(dǎo)體數(shù)碼管（數(shù)碼顯示器）現(xiàn)在的許多電器設(shè)備上都有顯示十進(jìn)制字符的字符顯示器，以直觀的顯示出電器設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。目前廣泛使用的字符顯示器是七段字符顯示器，或稱七段數(shù)碼管。常見的七段數(shù)碼管有液晶顯示數(shù)碼管和半導(dǎo)體數(shù)碼管兩種。 半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七段發(fā)光二極管（Light Emitting Diode）組成，簡稱LED。圖1.6是LED的引腳及其等效電路圖1.6（a）LED的引腳及其等效電路。LED產(chǎn)品的種類繁多，有圖1.6(b)、（c）所示的共陰極電路，還有共陽

12、極電路，常用的數(shù)碼顯示器有BS201，BS202等。圖1.7七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組要驅(qū)動LED正常的顯示十進(jìn)制數(shù)的十個字符，LED前面必須接一個顯示譯碼器。 顯示譯碼器可實現(xiàn)的邏輯功能是：將輸入的8421BCD碼轉(zhuǎn)化成驅(qū)動LED發(fā)光的高、低電平信號，驅(qū)動LED顯示出不同的十進(jìn)制數(shù)字符，下面來討論顯示譯碼器的組成。 因顯示譯碼器可以驅(qū)動LED顯示出09這十個數(shù)字字符，十個數(shù)字字符對應(yīng)十種高低電平的組合狀態(tài)，要描述這十種高、低電平的組合狀態(tài)必須用4位二進(jìn)制數(shù)，根據(jù)LED發(fā)光的特點可得描述顯示譯碼器邏輯功能的真值表如表1.4所示。 表1.4顯示譯碼器邏輯功能真值表:2.3數(shù)字電子秒表設(shè)計圖：數(shù)字電子

13、秒表設(shè)計電路圖如上圖所示：2.3.1檢測器件：u 領(lǐng)回器件后根據(jù)電路圖核對是否遺漏器件。u 確定沒有遺漏器件后根據(jù)電路圖認(rèn)真核對各類器件的型號和參數(shù)。2.3.2連接線路安排原則是：u 各主要部件的所屬器件相對集中放置。u 便于調(diào)整、操作和檢修。u 發(fā)熱器件要便于散熱，必須在通風(fēng)地方。u 盡可能縮短各器件間連線。u 盡量減少各器件間的有害干擾。u 適當(dāng)考慮美觀、大方。2.3.3焊接與安裝：焊接前，要根據(jù)電路圖的各部分功能確定各器件在電路板上的位置，并注意集成電路的各引腳排列、電路板與外部器件（如開關(guān)等）的連線，按信號的流向?qū)⑵骷黜樞虻剡B接，以便于測試，在具體安裝和焊接時，還需注意以下幾個問題：

14、u 引線在焊接前必須刮凈、鍍錫，焊點要光滑清潔。u 接線要短，且切記注意電路之間要共地。u 器件的標(biāo)稱值要盡量露出，并朝向容易讀數(shù)的一面。u 在面板和電路板之間的信號線最好用屏蔽線，并且遠(yuǎn)離輸出線和電源線，屏蔽線的外皮接在電路板的接地點上。u 導(dǎo)線的顏色要符合習(xí)慣用法：一般正電源用紅線，負(fù)電源用藍(lán)線，地線用黑線，信號線用其它顏色的線。2.4 秒表仿真電路圖：數(shù)字電子秒表仿真電路圖如上圖所示：3 課程設(shè)計心得及體會一周的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有扎實的知識基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。要有耐心和毅力。在整個電路的設(shè)

15、計過程中，花費時間最多的是利用protel 99se軟件6畫圖，因為以前沒有學(xué)過這個軟件，所以我們要從頭學(xué)起，自行摸索的學(xué)習(xí)。在各個單元電路的連接上花費了大量時間。我們在設(shè)計時，小組中其他成員都有各自的設(shè)計思想，但最終經(jīng)過我們的商討在選擇了功能比較全面的一種設(shè)計思想，雖然思路是相同的，但是每個人設(shè)計的時候都會有所不同，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后請老師指導(dǎo)了一下，這才確定了我們的電路。在具體做的時候，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，要考慮到各個元器件的功能和特性，要翻閱大量資料，參考別人的經(jīng)驗。只有這樣才能把自己的電路設(shè)計的完美?？傮w來說，這次課程設(shè)計我受益匪淺。在平時的理論學(xué)習(xí)中遇到的問題都一一解決，而且加深了我對