沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)數(shù)字秒表數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱(chēng) 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題名稱(chēng) 數(shù)字秒表 專(zhuān) 業(yè)班 級(jí)隊(duì) 員指導(dǎo)教師2010年 11 月 29 日目 錄 一 工程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).3二 設(shè)計(jì)目的及流程5三 設(shè)計(jì)總體框圖及目的6四 設(shè)計(jì)原理及說(shuō)明. 6五 單元電路設(shè)計(jì). 7六 器件選擇. 17七 設(shè)計(jì)電路圖. 17八 安裝與調(diào)試11九 設(shè)計(jì)心的與體會(huì) 12 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電子技術(shù)基本技能大賽設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)項(xiàng) 目：數(shù)字電子題 目： 電子秒表 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：班 隊(duì)員： 指導(dǎo)老師：任務(wù)書(shū)下達(dá)日期2009年11月1日設(shè)計(jì)完成日期2009年11月29 日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求電子秒表一、任務(wù)制作一精度為百分之一秒的電子秒表二、要求（1）基本要求在09

2、9秒內(nèi)計(jì)時(shí)；有3個(gè)按鍵，GO-開(kāi)始按鍵；STOP-停止按鍵；CLEAR-清零按鍵；顯示到百分之一秒，即精度：百分之一秒。（2）所需電源自定（不可用現(xiàn)成的直流穩(wěn)壓電源）。2發(fā)揮部分（1）加按鍵音；能存儲(chǔ)三個(gè)時(shí)間，可回讀；（2）實(shí)用功能的擴(kuò)展。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：項(xiàng)目滿分基本要求設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告：方案設(shè)計(jì)與論證，理論分析與計(jì)算，電路圖，測(cè)試方法與數(shù)據(jù)，結(jié)果分析50實(shí)際制作完成情況50發(fā)揮部分完成（1）項(xiàng)20完成（2）項(xiàng)10特色與創(chuàng)新20二、設(shè)計(jì)要求：1.設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2.設(shè)計(jì)各單元電路，給出具體設(shè)計(jì)思路、電路圖、器件清單；3.總電路設(shè)計(jì)；4.安裝調(diào)試電路； 說(shuō)明書(shū)格式1.課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)封面；

3、2 任務(wù)書(shū)；3 說(shuō)明書(shū)目錄；4 設(shè)計(jì)總體思路；5 單元電路設(shè)計(jì)；6 總電路設(shè)計(jì)；7 設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)與總結(jié)；8 附錄；9 參考文獻(xiàn)。參 考 文 獻(xiàn)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程主編： 趙立民數(shù)字電子技術(shù)基本教程主編：閻石 高等教育出版社一、設(shè)計(jì)目的及流程1. 【目的】為引導(dǎo)學(xué)生充分利用課外業(yè)余時(shí)間將課堂所學(xué)理論知識(shí)與動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合，體會(huì)電子學(xué)的奧秘從而激發(fā)大學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的愛(ài)好，培養(yǎng)大學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)能力。2. 【流程】（1）：查找資料，確定總體電路設(shè)計(jì)方向。 （2）：設(shè)計(jì)并確定電路。（3）：應(yīng)用multisim仿真，并校驗(yàn)電路。（4）：使用面包板連接電路，最后確認(rèn)電路的實(shí)際可行性（5）：焊接實(shí)物電路圖二、設(shè)計(jì)總體

4、框圖及三、設(shè)計(jì)原理及說(shuō)明本電路由啟動(dòng)、清零復(fù)位電路,計(jì)數(shù)電路,譯碼顯示電路,回讀電路，開(kāi)關(guān)去抖電路等組成。充分運(yùn)用芯片74LS90的邏輯功能，用四片74LS90芯片實(shí)現(xiàn)秒表示00：0099：99秒。利用集成與非門(mén)構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器（低電平直接觸發(fā)）實(shí)現(xiàn)電路的直接置位、復(fù)位功能。利用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器為電路提供脈沖源以驅(qū)動(dòng)電路工作。 利用4511芯片與共陰極七段顯示器，實(shí)現(xiàn)譯碼顯示器功能，顯示時(shí)間。利用D觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)電路的存儲(chǔ)功能。利用74LS194芯片的邏輯功能，實(shí)現(xiàn)移位讀數(shù)功能四、單元電路設(shè)計(jì)1、電路的直接置位、復(fù)位電路：利用集成與非門(mén)構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，屬于低電平直接觸發(fā)

5、的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能。如圖4.1所示。圖4.1由基本RS觸發(fā)器構(gòu)成的具有直接置位、復(fù)位功能的邏輯電路它的一路輸出作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出 Q作為與非門(mén)的輸入控制信號(hào)，控制脈沖源CP的放行與禁止。按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)K2（接地），則門(mén)1輸出1；門(mén)2輸出Q0，K2復(fù)位后Q、狀態(tài)保持不變。再按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)K1 ,則Q由0變?yōu)?，門(mén)5開(kāi)啟, 為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。由1變0，送出負(fù)脈沖，啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作?；綬S觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟停秒表。2、脈沖電路：圖4.2.1 555多謝震蕩脈沖發(fā)生電路圖4.2.2 555多諧振蕩脈沖發(fā)生器器的工作波形接通電源后，電容C被充電，當(dāng)Vc上升到

6、2Vcc/3時(shí)，使Vo為低電平，同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過(guò)R2和T放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc/3時(shí)，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需時(shí)間為（1）當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過(guò)R2、Rp、R1向電容C充電，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3，所需時(shí)間為：（2）當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波，電路的工作波形如上圖所示，其振蕩周期為：（3）f = 1/T = 100Hz （4）輸出方波占空比為：（5）脈沖源電路的職能是為秒表提供脈沖源以驅(qū)動(dòng)芯片74LS90工作。3、計(jì)數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器是一個(gè)用

7、以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件,它不僅可用來(lái)計(jì)脈沖數(shù),還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí),分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能. 計(jì)數(shù)器種類(lèi)很多.按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來(lái)分,有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器.根據(jù)計(jì)數(shù)制的不同,分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器.根據(jù)計(jì)數(shù)的增減趨勢(shì),又分為加法,減法和可逆計(jì)數(shù)器.還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計(jì)數(shù)器等等。74LS90是異步二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。圖.1 74LS90引腳排列表4.3.2 74LS90真值表計(jì)數(shù)功能主要利用二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90來(lái)實(shí)現(xiàn)。因要求電子秒表顯示

8、時(shí)間為00：0099：99秒，因此需四片74LS90芯片，其與譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示00：0099:99秒。圖為74LS90引腳排列。通過(guò)不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助S9(1)、S9(2)將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：(1)計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(2)計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(3)若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(4)若將CP1與QD相連

9、，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(5)清零、置9功能。a)異步清零：當(dāng)R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA0000。b)置9功能：當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA1001。74LS90芯片功能表如表4.3.2所示。由四片74LS90芯片構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路如圖4.3.3所示圖.3 74LS90構(gòu)成的計(jì)數(shù)器4、譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將

10、計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。圖4.4.1 CD4511引腳圖.2 LED數(shù)碼顯示管cd4511管腳功能介紹如下： LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，cd4511輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=

11、1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否正常。8421BCD碼對(duì)應(yīng)的顯示圖 ：8421BCD碼對(duì)應(yīng)的顯示圖 圖4.4.4 譯碼顯示器電路圖4.4.5 四位譯碼顯示單元電路5、加按鍵音功能采取硬件設(shè)備來(lái)解決，將一個(gè)開(kāi)關(guān)鍵控制兩條支路來(lái)實(shí)現(xiàn)，按鍵一邊實(shí)現(xiàn)電路開(kāi)啟，暫停，停止等功能；另一邊控制聲音電路，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)難度。4.5.1 開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)易圖4.5.2 開(kāi)關(guān)按鍵音設(shè)計(jì)電路6、儲(chǔ)存與回讀電路存儲(chǔ)與回讀設(shè)備用D觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要應(yīng)用其自我鎖存功能。將四個(gè)D觸發(fā)器記錄一次一個(gè)顯示管的數(shù)據(jù)，即將4個(gè)觸發(fā)器分為一組。4組觸發(fā)器記錄一次數(shù)據(jù)

12、。共需12組D觸發(fā)器記錄下3組數(shù)據(jù)。4.6.1 D觸發(fā)器 4.6.2 D觸發(fā)器工作波形圖4.6.3 一位數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與回讀單元電路7、 四位移位信號(hào)發(fā)生電路4位移位信號(hào)發(fā)生電路由74ls194,74ls74組成圖4.7.1 4位移位信號(hào)發(fā)生電路8、開(kāi)關(guān)去抖電路開(kāi)關(guān)去抖電路有SR鎖存電路完成基本去抖功能，防止按鍵抖動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)不穩(wěn)，造成計(jì)數(shù)，回讀等的失誤。其圖4.8.1 開(kāi)關(guān)去抖電路五、器件清單六設(shè)計(jì)電路圖圖6.1 總體電路圖七 安裝與調(diào)試【安裝】：面包板分模塊調(diào)試完成，功能無(wú)誤之后，在電路板上將元器件還接。全部焊接結(jié)束，并檢查所有功能正常后。將整機(jī)封裝。【調(diào)試】：整機(jī)接通電源后并給正常計(jì)數(shù)電源：

13、按復(fù)位鍵，數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)清零，按開(kāi)始鍵，秒表開(kāi)始計(jì)數(shù)，按暫停鍵，秒表停止計(jì)數(shù)，按存儲(chǔ)鍵秒表計(jì)數(shù)。按回讀電源鍵，給相應(yīng)的回讀數(shù)據(jù)電源，再按讀取鍵，實(shí)現(xiàn)回讀功能。并可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，控制脈沖頻率來(lái)校準(zhǔn)秒表。八 設(shè)計(jì)心的與體會(huì)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們了解數(shù)字秒表的主體電路組成及工作原理，熟悉了集成電路及有關(guān)電子元器件的使用，掌握了仿真軟件multisystem的應(yīng)用，學(xué)習(xí)和掌握數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、頻率發(fā)生、計(jì)數(shù)、譯碼顯示、回讀、去抖等單元電路的綜合應(yīng)用。在歷時(shí)一個(gè)月的設(shè)計(jì)，制作的過(guò)程當(dāng)中，我們不但把以前學(xué)過(guò)的數(shù)字電子技術(shù)方面的知識(shí)做了全面的重新的認(rèn)識(shí)。還學(xué)到了很多課堂上根本無(wú)法學(xué)到的知識(shí)。以前

14、我們雖然進(jìn)過(guò)一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，并且都在期末考試和數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)當(dāng)中取得了不錯(cuò)的成績(jī)。但是經(jīng)過(guò)這次的秒表設(shè)計(jì)，我才發(fā)現(xiàn)，我們之前對(duì)數(shù)字電子的理論知識(shí)認(rèn)識(shí)是那么的淺薄，對(duì)仿真軟件的應(yīng)用幾乎是一竅不通，對(duì)于數(shù)電的應(yīng)用簡(jiǎn)直如盲人摸象。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們慢慢學(xué)習(xí)、摸索、體會(huì)。一開(kāi)始，我們?cè)诰W(wǎng)上查閱資料，拿著別人制作好的秒表的電路圖來(lái)研究，弄懂別人的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)方案。之后我們針對(duì)自己將要設(shè)計(jì)的電路的要求進(jìn)行修改。附加的功能沒(méi)有現(xiàn)成的電路可以參考，我們就一起討論解決的辦法漸漸的把功能實(shí)現(xiàn)。之后我們一起用仿真軟件仿真。來(lái)驗(yàn)證自己的思路的可行性，再對(duì)電路做出校驗(yàn)和修改。自己買(mǎi)元器件，用面包板搭建實(shí)驗(yàn)電路，用實(shí)物

15、來(lái)做最后的校正。最后把所有器件焊接在電路板上。我們對(duì)數(shù)字電子的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用都有了很大的提高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們遇到了很多問(wèn)題。比如：7段LED數(shù)碼顯示器的譯碼問(wèn)題，清零電路工作故障的問(wèn)題，回讀數(shù)影響儲(chǔ)存數(shù)的問(wèn)題，按鍵脈沖抖動(dòng)造成移位電路工作故障的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電源移位的問(wèn)題，電路功耗過(guò)大，導(dǎo)致電池很快就沒(méi)電的問(wèn)題。甚至在購(gòu)買(mǎi)器件的時(shí)候還存在很多問(wèn)題，不知道芯片的價(jià)格，本商家欺騙，導(dǎo)致成本過(guò)高的問(wèn)題。有的問(wèn)題我們解決了，有的問(wèn)題還待解決。這些問(wèn)題使我們最好的老師！我們一個(gè)個(gè)的攻克這些問(wèn)題的同時(shí)，自己的各個(gè)方面的水平都在飛速的提升！一個(gè)月以來(lái)，我們?nèi)齻€(gè)人幾乎把所有的課余時(shí)間全都用在了這個(gè)工程上，也許對(duì)于很多人而言，這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)非常不起眼的小工程，我們做出來(lái)的作品是那么的粗糙，存在著不可計(jì)數(shù)的缺點(diǎn)和不足。但是這是我們一個(gè)月的努力。它帶給我們太多的回憶，太多的提升。蘊(yùn)含著一個(gè)月的酸甜苦辣?；叵氘?dāng)時(shí)，每設(shè)計(jì)出一個(gè)模塊我們都雀躍不已，每一次仿真