信息與通信多組記憶秒表

1、沈 陽(yáng) 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：多組記憶秒表 系 別 班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 起止日期：2010年8月30日起至 2010年9月3日止沈陽(yáng)工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目： 多組記憶秒表 系 別 自動(dòng)控制工程系 班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： B426 任 務(wù) 下 達(dá) 時(shí) 間： 2010 年 8月28日 起止日期：2010年 8月30日起至 2010 年9月3日止 教研室主任 秦宏 2010年8月28 日批準(zhǔn) 多組記憶秒表1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計(jì)目的：（1）掌握多組記憶秒表的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；（2）熟悉集成電路的使用方法。

2、1.2 基本要求（1）能進(jìn)行秒、0.01秒計(jì)時(shí)，有獨(dú)立的時(shí)間顯示電路； （2）能進(jìn)行3組時(shí)間紀(jì)錄； （3）清零與響聲電記錄完畢后，能夠以單一的時(shí)間顯示各組記錄時(shí)間； （4）顯示完畢后，可以清零并伴隨響聲。1.3 發(fā)揮部分（1）拓展10組記錄； （2）預(yù)置定時(shí)報(bào)警（例如1分鐘跑等項(xiàng)目）； （3）其他。2 設(shè)計(jì)過(guò)程及論文的基本要求：2.1 設(shè)計(jì)過(guò)程的基本要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選2個(gè)方向；（2）符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份，其中包括邏輯電路圖、實(shí)際接線圖各一份；（3）設(shè)計(jì)過(guò)程的資料、草稿要求保留并隨設(shè)計(jì)報(bào)告一起上交；報(bào)告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計(jì)論文的基本要求：（1）參

3、照畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范打印，文字中的小圖需打印。項(xiàng)目齊全、不許涂改，不少于3000字。圖紙為A3，附錄中的大圖可以手繪，所有插圖不允許復(fù)印。（2）裝訂順序：封面、任務(wù)書(shū)、成績(jī)?cè)u(píng)審意見(jiàn)表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)框圖、各部分電路及參數(shù)計(jì)算（重要）、工作過(guò)程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄（邏輯電路圖與實(shí)際接線圖）。3 時(shí)間進(jìn)度安排順序階段日期計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容備注1講解主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書(shū)做出原始框圖2檢查框圖及初步原理圖完成情況，講解及糾正錯(cuò)誤3檢查邏輯圖并指出錯(cuò)誤及糾正；講解接線圖繪制及報(bào)告書(shū)寫(xiě)4繼續(xù)修正邏輯圖，指導(dǎo)接線圖

4、繪制方法，布置答辯5答辯、寫(xiě)報(bào)告沈 陽(yáng) 工 程 學(xué) 院 數(shù)字電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表系（部）：班級(jí)：學(xué)生姓名：指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 審 意 見(jiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評(píng)分加權(quán)分調(diào)研論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn),收集資料；能制定課程設(shè)計(jì)方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律，出勤情況是否良好，能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，圖表完備，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范。0.55432指導(dǎo)教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以12） 分加權(quán)

5、分合計(jì)指 導(dǎo) 教 師 簽 名：年 月 日評(píng) 閱 教 師 評(píng) 審 意 見(jiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評(píng)分加權(quán)分查閱文獻(xiàn)查閱文獻(xiàn)有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，圖表完備，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范。0.35432評(píng)閱教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以8）分加權(quán)分合計(jì)評(píng) 閱 教 師 簽 名：年 月 日課 程 設(shè) 計(jì) 總 評(píng) 成 績(jī)分中 文 摘 要記憶秒表是體育運(yùn)動(dòng)中常用的計(jì)時(shí)儀器，它通過(guò)按鍵來(lái)控制計(jì)時(shí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。測(cè)定運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目時(shí)需要用秒表，秒表與普通鐘表（包括手表）不同

6、，這種秒表能進(jìn)行分，秒和毫秒的計(jì)時(shí)有獨(dú)立的時(shí)間顯示，并且能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶存儲(chǔ)。秒表最重要的性能指標(biāo)應(yīng)該是準(zhǔn)確地測(cè)定時(shí)間，因此產(chǎn)生精確的脈沖式本設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的始終源，因此用它來(lái)獲得頻率為1000HZ的矩形波信號(hào)。另外，由集成與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器用來(lái)啟動(dòng)和停止秒表的工作，這樣可以防機(jī)械抖動(dòng)?？梢詭讉€(gè)用計(jì)時(shí)器74LS290來(lái)設(shè)計(jì)分頻電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)0.01秒，0.1秒，秒以及分的計(jì)時(shí)，然后運(yùn)用鎖存器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的記憶存儲(chǔ)功，最后通過(guò)LED四段顯示器顯示出要記錄的數(shù)據(jù)。這其中還要運(yùn)用74HC138組建的數(shù)據(jù)分配器實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的寄存器的控制，這樣可以把數(shù)據(jù)按一定

7、順序存入不同的寄存器，按一定的順序取出寄存器中的數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的記憶和有序取出。關(guān)鍵詞 脈沖源，計(jì)數(shù)器，記憶存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分配器目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).I課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表.中文摘要. .1設(shè)計(jì)任務(wù)描述.11.1 設(shè)計(jì)題目.11.2 設(shè)計(jì)要求.11.2.1 設(shè)計(jì)目的.11.2.2 基本要求.11.2.3 發(fā)揮部分.12 設(shè)計(jì)思路. .23 設(shè)計(jì)方框圖. . . . . . . . . . . .34 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算. . . . . . . . . . .44.1 RS觸發(fā)器 . . . . . .44.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路. . . . .54.3分頻器. .64.4555多諧振蕩器電路

8、. . . .74.5 報(bào)警電路. . . . . .84.6 數(shù)據(jù)分配器. . . . . .94.7 復(fù)位開(kāi)關(guān). . . . .115 工作過(guò)程分析. . . . . . . . . . . . . .126 元器件清單. . . . . . . . .227 主要元器件介紹. . . . . . . . . . .23小結(jié). . . . . . . . . . . . . .27致謝. . . . . . . . . . . .28參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . .29附錄. . . . . . . . . . . .30A 邏輯電路圖. . . . .301 設(shè)計(jì)任

9、務(wù)描述1.1設(shè)計(jì)題目：多組記憶秒表1.2 設(shè)計(jì)要求1.2.1 設(shè)計(jì)目的(1) 掌握多組記憶秒表的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；(2)熟悉集成電路的使用方法。1.2.2 基本要求(1) 能進(jìn)行分、秒、0.01秒計(jì)時(shí)，有獨(dú)立的時(shí)間顯示電路；(2) 能進(jìn)行3組時(shí)間紀(jì)錄；(3) 記錄完后，能以單一的顯示器顯示各時(shí)間； （4）顯示完畢，可以清零并響聲。1.2.3 發(fā)揮部分(1) 拓展4組記錄；(2) 預(yù)置定時(shí)報(bào)警（一分鐘）。2 設(shè)計(jì)思路多組記憶秒表和其他秒表有很大的不同之處，它不僅能夠?qū)撩牒兔脒M(jìn)行計(jì)時(shí)并且有統(tǒng)一的時(shí)間顯示電路，能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶存儲(chǔ),然后在記憶存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)在需要的情況下，顯示已經(jīng)記錄的

10、時(shí)間?；谝陨蠋c(diǎn)，設(shè)計(jì)思路如下： 1.設(shè)計(jì)脈沖源。秒表的最基本功能是計(jì)時(shí)，要計(jì)時(shí)準(zhǔn)確就要有精確的脈沖源，采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生脈沖，作為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)而且可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)，計(jì)算得到自己想要的頻率。 2.開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)。為了確保準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，啟動(dòng)前必須有清零開(kāi)關(guān)。多數(shù)計(jì)時(shí)器的清零都是高電平有效，如果是低電平有效，直接取反就可以了。如果不能快速啟動(dòng)，對(duì)計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性將造成很大的影響，這里采用由集成與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器用來(lái)啟動(dòng)和停止秒表的工作，這樣還可以防機(jī)械抖動(dòng)。 3.分頻器設(shè)計(jì)。利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制和十二進(jìn)制，在計(jì)數(shù)器的輸出端接上數(shù)碼顯示管，就可以顯示時(shí)間了。 4.設(shè)計(jì)鎖存器。首先把鎖存器分組，把我們每一

11、次記錄結(jié)果存入一組鎖存器，這樣我的數(shù)據(jù)存入不同組的鎖存器。 5.數(shù)據(jù)分配器的設(shè)計(jì)。我們每次記錄數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)按一下按鈕，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，用計(jì)數(shù)器記錄脈沖的個(gè)數(shù)，再和譯碼器74HC138相連，通過(guò)它的輸出端實(shí)現(xiàn)對(duì)不同組鎖存器的控制。 6.報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。我們實(shí)現(xiàn)的是一分鐘報(bào)警，可以把分脈沖傳輸給一個(gè)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生一個(gè)2秒的高電平，再連接一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，就可以驅(qū)動(dòng)喇叭，使它發(fā)聲。3 設(shè)計(jì)方框圖555多諧振蕩器RS觸發(fā)器報(bào)警器分頻器數(shù)字顯示電路鎖存器讀秒開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)分配器計(jì)秒開(kāi)關(guān)4 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.1 RS觸發(fā)器（1） 用RS觸發(fā)器來(lái)控制電路的開(kāi)啟，其電路圖如圖4.1.1所示，圖4.1.1RS

12、觸發(fā)器 表4.1.2 RS觸發(fā)器功能表（2）工作原理： 用集成與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，其功能表如表4.1.2所示，屬低電平有效的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能，其中R稱為置0端，S稱為置1端。其實(shí)際電路如圖4.1.1所示，它的輸出與信號(hào)輸入端進(jìn)行與運(yùn)算，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，輸出高電平，經(jīng)過(guò)與運(yùn)算之后，還會(huì)輸出脈沖。當(dāng)為低電平時(shí)，輸出則為低電平。1 這樣利用了集成與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器可以防止機(jī)械抖動(dòng)，保障了電路計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。4.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路（1） 電路如圖4.2.1和4.2.2所示，分別為實(shí)際電路圖和單穩(wěn)態(tài)的理論說(shuō)明圖。 圖4.2.1單穩(wěn)態(tài)的實(shí)際電路 圖4.2.2單穩(wěn)態(tài)理論說(shuō)明（2）原

13、理介紹 沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)候處于高電平，如果接通電源后Q=0,=0,T導(dǎo)通，電容通過(guò)放電三極管T放電，使=0，保持低電平不變。如果接通電源之后Q=1，放電三極管會(huì)截止，電源通過(guò)電阻和電容充電，當(dāng)上升到0.678時(shí)，由于R=0，S=1，鎖存器置零，為低電平。此時(shí)三極管導(dǎo)通，電容放電，保持低電平不變。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)時(shí)候處于低電平時(shí)，電路輸出狀態(tài)有低電平變成高電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，放電三極管T處于截止?fàn)顟B(tài)。，此后電容充電，當(dāng)上升到0.678時(shí)，由高電平變同時(shí)三級(jí)管導(dǎo)通，電容放電，電路返回原來(lái)的狀態(tài)。電路的工作的波形如圖所示。3 在此電路中，單穩(wěn)態(tài)有其特殊的作用。用它實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器的輸入控制，由于鎖存 器記錄的

14、數(shù)，是我們按的那一刻的數(shù)據(jù)，但是我們的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分配器之后就變成了長(zhǎng)信號(hào)，即都是高電平，這樣就不能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的功能了。但是借助單穩(wěn)態(tài)，我們可以把高電平轉(zhuǎn)化成一個(gè)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了存數(shù)的功能。4.3分頻器（1） 計(jì)數(shù)器 要對(duì)時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，除了有一個(gè)精準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖外，脈沖的頻率要很高，需要進(jìn)行分頻，就要利用計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)0.01秒，0.1秒表以及秒，分的計(jì)時(shí)。所以要利用計(jì)數(shù)器合成需要的脈沖。由于555產(chǎn)生的是1000HZ的脈沖，要產(chǎn)生0.01秒的脈沖就需要把它接一個(gè)十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。要產(chǎn)生0.1秒的脈沖就要在連接一個(gè)十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，同理還需要一個(gè)六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)秒到分的計(jì)時(shí)。由知識(shí)

15、的有限性，用來(lái)熟悉的原件74LS290實(shí)現(xiàn)。其電路圖如圖4.3.1和4.3.2所示。圖4.3.1 計(jì)數(shù)0.01秒脈沖和0.1秒脈沖 圖4.3.2 計(jì)數(shù)分秒（2）工作原理： 0.01計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，第1片的輸出作為第二片的輸入，當(dāng)?shù)谝黄?jì)為1001時(shí)，CP變?yōu)?，下一 個(gè)CP信號(hào)到達(dá)時(shí)，第二片計(jì)數(shù)工作狀態(tài)計(jì)為1，而第一片計(jì)為0，這樣第一片的十個(gè)脈沖轉(zhuǎn)化為一個(gè)脈沖輸入到第二片中去。同樣的道理，第二片的輸出為0.1秒的脈沖。 秒計(jì)數(shù)器是60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，它的個(gè)為是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十位是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)?shù)诙敵鰹?110時(shí)，兩個(gè)1進(jìn)行與非運(yùn)算反饋到LOAD端，此時(shí)LOAD端有效，由于ABCD都

16、接地，所以在下一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)，會(huì)把第二片計(jì)時(shí)器的輸出都置零，同時(shí)第一片實(shí)現(xiàn)的是十進(jìn)制，所以兩個(gè)計(jì)時(shí)器的結(jié)合時(shí)六十進(jìn)制的。為了便于理解，74LS290的功能表如表4.3.3所示。表4.3.374LS290功能表4.4 555多諧振蕩器電路（1）555多諧震蕩器555多諧振蕩器是一種時(shí)鐘源，它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)不需要外加觸發(fā)器。多諧振蕩器輸出的波形穩(wěn)定，由于555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式【2】，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小，電路圖如圖4.4.1所示， 圖4.4.1 555多諧振蕩的電路(2)工作原理 接通電源后，電容被C充電，Vc上升，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，

17、觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJT導(dǎo)通，此時(shí)Vo為低電平，電容C通過(guò)R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器放電需要一定的時(shí)間，放電時(shí)間為,如（4.4.2）所示tPL=R2Cln20.7R2C (4.4.2) 當(dāng)電容放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過(guò)R1，R2向電容器C充電，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc，所需的時(shí)間為，如（4.4.3）所示tHP=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C (4.4.3) 當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為，如（4.4.4）所示f=1/(tP

18、L+tPH)1.43/(R1+2R2)C (4.4.4) 555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的變化的影響很小。4.5 報(bào)警電路（1）這一部分實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)?shù)竭_(dá)一分鐘時(shí)，可以進(jìn)行報(bào)警，要想實(shí)現(xiàn)這一功能就要利用分脈沖，利用60秒時(shí)的進(jìn)位分脈沖這一信號(hào)去開(kāi)啟喇叭，這樣就實(shí)現(xiàn)了報(bào)警了，其次還需要一個(gè)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)2秒的高電平，還要有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。這個(gè)驅(qū)動(dòng)器是用555組建的音頻振蕩器。其電路圖如圖4.5.1所示圖4.5.1 555構(gòu)成的報(bào)警電路圖（2）電路原理： 1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)音響的提示時(shí)間為2秒，可以采用一個(gè)脈沖寬度為2秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。利用

19、555實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)，這樣可以提供一個(gè)長(zhǎng)為2秒高電平。2. 音頻振蕩器即喇叭電路 利用555計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)一個(gè)頻率約為1000HZ的音頻振蕩器，因?yàn)?55振蕩器具有較強(qiáng)的輸出功率，可以直接驅(qū)動(dòng)喇叭。由555定時(shí)器的原理得到：tPL=R2Cln20.7R2C，當(dāng)電容放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過(guò)R1，R2向電容器C充電，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc，所需的時(shí)間為， tHP=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C， 當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為f=1/(tPL+tPH)1.43/(R1+2R2)C，從而確定了元件的參數(shù)

20、如圖4.5.1所示。 當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫態(tài)產(chǎn)生一個(gè)正脈沖時(shí)，控制555定時(shí)器開(kāi)始工作，發(fā)出響聲，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器返回穩(wěn)態(tài)后，555定時(shí)器清零，不能發(fā)聲。4.6數(shù)據(jù)分配器（1） 我們要利用數(shù)據(jù)分配器實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器的控制，這也是多組記憶秒表的核心，同時(shí)我們利用計(jì)數(shù)器記錄脈沖的個(gè)數(shù)，通過(guò)個(gè)數(shù)控制74HC138的輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器的控制，其電路圖如圖4.6.1所示；圖4.6.1 數(shù)據(jù)分配器的電路圖（2）工作原理： 當(dāng)按下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，輸入端會(huì)有高電平變成低電平，這樣會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，這是計(jì)數(shù)器74LS290會(huì)記住這個(gè)數(shù)，并且把它送給74HC138，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分配的效果。要明白其中的原理必須明白74H

21、C138的功能表，其功能表如表4.62所示通過(guò)對(duì)此表的分析，我們可以得到結(jié)論如下所示；表4.6.2 74HC138的功能表當(dāng)按一下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，ABC=001，這時(shí)所有輸出中只有Y1=0當(dāng)按二下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，ABC=010，這時(shí)所有輸出中只有Y2=0當(dāng)按三下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，ABC=011，這時(shí)所有輸出中只有Y3=0當(dāng)按四下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，ABC=000，這時(shí)所有輸出中只有Y4=0這樣通過(guò)譯碼器74HC138實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分配功能。64.7 復(fù)位開(kāi)關(guān)（1）工作電路我們要求秒表能夠準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，除了滿足其他的條件之外，還要確保用在計(jì)數(shù)前對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位操作，可見(jiàn)其中的重要性。這也是多組記憶秒表的重要組

22、成部分。其實(shí)現(xiàn)電路如圖4.7.1所示；圖4.7.1 復(fù)位開(kāi)關(guān)的電路(2）工作原理 它的工作原理很簡(jiǎn)單，因?yàn)?4LS290的清零端都是高電平有效，所以開(kāi)始的時(shí)候要設(shè)置成低電平，當(dāng)開(kāi)關(guān)起作用時(shí)，把它變成高電平就可以了。當(dāng)開(kāi)關(guān)沒(méi)有接通時(shí)，高電平，經(jīng)過(guò)非門之后，變成低電評(píng)無(wú)效。當(dāng)開(kāi)關(guān)沒(méi)有接通時(shí)，高電平，經(jīng)過(guò)非門之后，變成低電評(píng)有效，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)時(shí)器的清零操作。5 工作過(guò)程分析 本設(shè)計(jì)的記憶秒表按功能來(lái)分，主要分為以下幾個(gè)部分。 1. 時(shí)鐘發(fā)生器視用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，它為計(jì)數(shù)器產(chǎn)生1000HZ的脈沖信號(hào)，作為計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。 2.基本RS觸發(fā)器由集成與非門構(gòu)成的，它用來(lái)制動(dòng)和停止秒表的工作,優(yōu)

23、點(diǎn)是可以防止機(jī)械抖動(dòng)，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。 3.經(jīng)過(guò)清零復(fù)位后，閉合開(kāi)關(guān)，開(kāi)始計(jì)時(shí)。 4.脈沖進(jìn)入分頻器后，進(jìn)行計(jì)時(shí)，有顯示器顯示各個(gè)數(shù)值。 5.按動(dòng)數(shù)據(jù)分配器（1）的開(kāi)關(guān)后，脈沖經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)后，用74HC138進(jìn)行數(shù)據(jù)分配，控制輸入到指定的鎖存器。 6.按動(dòng)數(shù)據(jù)分配器（2）的開(kāi)關(guān)后，脈沖經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)后，用74HC138進(jìn)行數(shù)據(jù)分配，控制輸出指定鎖存器的數(shù)據(jù)。 7.當(dāng)時(shí)間到達(dá)一分鐘后，報(bào)警器會(huì)發(fā)出2秒的響聲。1.用基進(jìn)入本RS觸發(fā)器的按紐開(kāi)關(guān)啟動(dòng)秒表。通過(guò)控制RS與非門觸發(fā)器來(lái)控制多組記憶秒表的啟動(dòng)和停止。當(dāng)RS觸發(fā)器接地 時(shí)，使Q=1，Q=0。但穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)，無(wú)外加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于

24、穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)脈沖作用下，它由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，電路又自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。5當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，Q的輸出如圖5.1.1所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，Q端得輸出如圖5.1.2所示圖5.1.1 RS觸發(fā)器測(cè)試1圖5.1.2 RS觸發(fā)器的測(cè)試2當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，應(yīng)該輸出低電平，測(cè)試結(jié)果如圖5.1.2所示在以上兩個(gè)測(cè)試圖中。我們清晰的看到當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，Q端輸出的是電平，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，Q端輸出的是低電平。符合我們的要求。 2.時(shí)鐘發(fā)生器555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 我們要求的555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，要產(chǎn)生頻率為1000HZ的脈沖。 接通電源后，電容被C充電，Vc上升，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)

25、器被復(fù)位，同時(shí)放電BJT導(dǎo)通，此時(shí)Vo為低電平，電容C通過(guò)R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器放電需要一定的時(shí)間，放電時(shí)間為,如（5.2.1）所示tPL=R2Cln20.7R2C (5.2.1) 當(dāng)電容放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過(guò)R1，R2向電容器C充電，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc，所需的時(shí)間為，如（5.2.2）所示tHP=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C (5.2.2) 當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為，如（5.2.3）所示f=1/(tPL+

26、tPH)1.43/(R1+2R2)C (5.2.3) 555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的變化的影響很小。4這樣我們計(jì)算得到了頻率為1000HZ的脈沖，測(cè)試如圖5.2.4所示，測(cè)試結(jié)果如圖5.2.5所示， 圖5.2.4 1000HZ脈沖測(cè)試圖5.2.5 與1000HZ的標(biāo)準(zhǔn)脈沖比較結(jié)果 可以看到，在圖中，兩個(gè)脈沖的周期都是大概占連個(gè)單元格，符合標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明產(chǎn)生的脈沖是1000HZ.為了得到可以控制開(kāi)啟的脈沖，只要把RS集成觸發(fā)器與脈沖發(fā)生器555進(jìn)行與運(yùn)算，就可以控制了。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，Q端輸出的是高電平，然后運(yùn)脈沖進(jìn)行與運(yùn)算，還是輸出脈沖；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)

27、時(shí)，Q端輸出的是低電平，然后運(yùn)脈沖進(jìn)行與運(yùn)算，是低電平，其電路圖如圖5.2.6所示， 測(cè)試結(jié)果如圖5.2.7所示，圖5.2.6 控制脈沖輸出電路 圖5.2.7 測(cè)試結(jié)果 在圖中我們看到，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的輸出結(jié)果，與555信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)相同。3.復(fù)位開(kāi)關(guān)我們要求秒表能夠準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，除了滿足其他的條件之外，還要確保用在計(jì)數(shù)前對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位操作，可見(jiàn)其中的重要性。這也是多組記憶秒表的重要組成部分。它的工作原理很簡(jiǎn)單，因?yàn)?4LS290的清零端都是高電平有效。開(kāi)始的時(shí)候要設(shè)置成低電平，當(dāng)開(kāi)關(guān)起作用時(shí)，把它變成高電平就可以了。當(dāng)開(kāi)關(guān)沒(méi)有接通時(shí)，高電平，經(jīng)過(guò)非門之后，變成低電評(píng)無(wú)效。當(dāng)開(kāi)關(guān)沒(méi)有接通時(shí)，

28、高電平，經(jīng)過(guò)非門之后，變成低電評(píng)有效，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)時(shí)器的清零操作。它的實(shí)際電路如圖5.3.1所示，測(cè)試電路如圖5.3.2所示圖5.3.1 復(fù)位開(kāi)關(guān)的電路圖5.3.2 復(fù)位開(kāi)關(guān)的測(cè)試結(jié)果 在圖中可以看到，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，測(cè)得的電壓時(shí)0.287mV，約等于零，即為低電平，清零無(wú)效；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，測(cè)得的電壓時(shí)1.405V，即為高電平，清零有效。4. 數(shù)據(jù)分配器我們要利用數(shù)據(jù)分配器實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器的控制，這也是多組記憶秒表的核心，同時(shí)我們利用計(jì)數(shù)器記錄脈沖的個(gè)數(shù)，通過(guò)個(gè)數(shù)控制74HC138的輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器的控制。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，輸入端會(huì)有高電平變成低電平，這樣會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，這是計(jì)數(shù)器74

29、LS290會(huì)記住這個(gè)數(shù)，并且把它送給74HC138，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分配的效果。圖4.6.1 數(shù)據(jù)分配器的電路根據(jù)這個(gè)圖，可以得出結(jié)論當(dāng)按一下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，ABC=001，這時(shí)所有輸出中只有=0當(dāng)按二下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，ABC=010，這時(shí)所有輸出中只有=0當(dāng)按三下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，ABC=011，這時(shí)所有輸出中只有=0當(dāng)按四下開(kāi)關(guān)，又抬起時(shí)，ABC=000，這時(shí)所有輸出中只有=0測(cè)試過(guò)程中的結(jié)果（這里只說(shuō)明，當(dāng)按一下的情況）如圖5.4.1所示，圖5.4.1 數(shù)據(jù)分配器的測(cè)試過(guò)程 可以看到當(dāng)沒(méi)有輸入，即沒(méi)有按時(shí)，此時(shí)74HC138輸出的高電平，當(dāng)輸入一個(gè)脈沖時(shí)，74HC138的端輸出低電平，可以控制輸

30、出了。（1）發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 在實(shí)際的操作過(guò)程中遇到了問(wèn)題，鎖存器沒(méi)有實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。（2）分析問(wèn)題 通過(guò)上網(wǎng)查找關(guān)于74LS373的資料，發(fā)現(xiàn)當(dāng)74LS373的輸入端為低電平時(shí)，鎖存器一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，這樣就是要把74HC138的輸出電平轉(zhuǎn)化為一個(gè)脈沖，就可以記住產(chǎn)生脈沖時(shí)的這個(gè)數(shù)了。（3） 解決問(wèn)題 我們最終選擇了555做的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)輸入為低電平時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，只要再取反就可以得到一個(gè)瞬時(shí)的低電平了?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器的控制了。其接法的實(shí)現(xiàn)如圖5.4.2所示圖5.4.2 單穩(wěn)態(tài)的接法（4）總結(jié)經(jīng)過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我加深了對(duì)信號(hào)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于信號(hào)，要注意對(duì)長(zhǎng)信號(hào)和短信好的區(qū)別，同時(shí)學(xué)會(huì)了兩種信號(hào)之間

31、的轉(zhuǎn)換的一般方法，對(duì)于以后的學(xué)習(xí)具有指導(dǎo)作用。 同樣的道理，對(duì)于控制鎖存器的輸出，同樣需要74HC138去控制，但不同的是，要想讓顯示器顯示數(shù)據(jù)，必須是長(zhǎng)信號(hào)，所以在控制輸出端不必加單穩(wěn)態(tài)了。5. 報(bào)警電路這一部分實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)?shù)竭_(dá)一分鐘是可以進(jìn)行報(bào)警，要想實(shí)現(xiàn)這一功能就要利用分脈沖，利用60秒時(shí)的進(jìn)位分脈沖這一信號(hào)去開(kāi)啟喇叭，這樣就實(shí)現(xiàn)了報(bào)警了，其次還需要一個(gè)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)2秒的高電平，還要有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。這個(gè)驅(qū)動(dòng)器是用555組建的音頻振蕩器，利用555計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)一個(gè)頻率約為1000HZ的音頻振蕩器，因?yàn)?55振蕩器具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)功率。它的測(cè)試電路如圖5.5.1所示，測(cè)試結(jié)果圖如圖5.

32、5.2所示 圖5.5.1報(bào)警電路測(cè)試圖5.52 電路測(cè)試結(jié)果 在測(cè)試結(jié)果中可以看到器輸出的頻率約為1000HZ，足以驅(qū)動(dòng)喇叭。6. 分頻器 要對(duì)時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，除了有一個(gè)精準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖外，脈沖的頻率很高，需要進(jìn)行分頻，就要利用計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)0.01秒，0.1秒表以及秒，分的計(jì)時(shí)。所以要利用計(jì)數(shù)器合成需要的脈沖。由于555產(chǎn)生的是1000HZ的脈沖，要產(chǎn)生0.01秒的脈沖就需要把它接一個(gè)十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。要產(chǎn)生0.1秒的脈沖就要在連接一個(gè)十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，同理還需要一個(gè)六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)秒到分的計(jì)時(shí)。由知識(shí)的有限性，用來(lái)熟悉的原件74LS290實(shí)現(xiàn)。對(duì)其結(jié)果進(jìn)行測(cè)試得到的結(jié)果如圖5.

33、6.1所示；圖5.6.1 分頻計(jì)數(shù)器的測(cè)試電路和測(cè)試結(jié)果在圖中可以看到， 0.01計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，從第1片的輸出作為第二片的輸入，當(dāng)?shù)谝黄?jì)為1001時(shí)，CP變?yōu)?，下一 個(gè)CP信號(hào)到達(dá)時(shí)，第二片計(jì)數(shù)工作狀態(tài)計(jì)為1，而第一片計(jì)為0，這樣第一片的十個(gè)脈沖轉(zhuǎn)化為一個(gè)脈沖輸入到第二片中去。同樣的道理，第二片的輸出為0.1秒的脈沖。同時(shí)可以看到，輸出脈沖時(shí)的周期是輸入周期的十倍，證明了連接的正確性。6 元器件清單序 號(hào)器 件 名 稱型 號(hào)數(shù) 量單 位1顯 示 器DCD-HEX8片2數(shù)據(jù)分配器74HC1382片4寄 存 器7437312片5計(jì)數(shù)器74LS290/74HC1607/1片6多諧振蕩器

34、5557片7電 阻若干個(gè)8電 容若干個(gè)9控 制 開(kāi) 關(guān)若干個(gè)7 主要元器件介紹7.1 555定時(shí)器準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)是秒表的基本要求，就要選精確的脈沖，555多諧振蕩器是一種時(shí)鐘源，它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)不需要外加觸發(fā)器。多諧振蕩器輸出波形由于555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。同時(shí)也會(huì)利用它搭接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，所以要加強(qiáng)對(duì)它的了解。555多諧振蕩器的接法如圖7.1.1所示，工作波形圖如圖7.1.2所示，引腳圖如圖7.1.3所示，單穩(wěn)態(tài)的接法如圖7.1.4所示圖7.1.1 555多諧震蕩器電路 圖7.1.2 555工作波形 圖7.1.3 555

35、引腳圖 圖7.1.4 單穩(wěn)態(tài)的接法7.2時(shí)間計(jì)數(shù)要對(duì)時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，除了有一個(gè)精準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖外，脈沖的頻率很高，需要進(jìn)行分頻，就要利用計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)0.01秒，0.1秒表以及秒，分的計(jì)時(shí)。所以要利用計(jì)數(shù)器合成需要的脈沖。由知識(shí)的有限性，用來(lái)熟悉的原件74LS290，74HC160實(shí)現(xiàn)。其構(gòu)成的十進(jìn)制接法如圖7.2.1所示，它的管腳圖如圖7.2.3所示圖7.2.1 構(gòu)成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器 圖7.2.3 74LS290管腳圖 要掌握74LS290的接法，必須要掌握各個(gè)管腳的功能，才能夠?qū)λM(jìn)行控制，組建分頻器。其功能表如表7.1.3所示；表7.1.3 74LS290功能表它由1個(gè)1位二進(jìn)

36、制計(jì)數(shù)器和1個(gè)異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。如果計(jì)數(shù)脈沖由CPA端輸入，輸出由QA端引出，即得二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；如果計(jì)數(shù)脈沖由CPB端輸入，輸出由QBQD引出，即是五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；如果將QA與CPB相連，計(jì)數(shù)脈沖由CPA輸入，輸出由QAQD引出，即得8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。因此,它又稱為二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。7.3 鎖存器 鎖存器在這個(gè)設(shè)計(jì)中必有很重要的作用，因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)的要求，秒表具有記憶的功能，要實(shí)現(xiàn)這一功能，必須使用鎖存器來(lái)存儲(chǔ)那一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)需要控制鎖存器輸出目標(biāo)數(shù)據(jù)，所以必須對(duì)鎖存器很了解。我們采用74LS373這一種鎖存器，它管腳圖如圖7.3.1所示圖7.3.174LS373的管腳圖要對(duì)

37、鎖存器能夠進(jìn)行控制，還要明白鎖存器74L373的各個(gè)管腳的功能，其功能圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖7.3.2所示；圖7.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能表 這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器74LS373的控制了，這里的LE相當(dāng)于ENG，OE相當(dāng)于OC，這樣就可以了。7.4數(shù)據(jù)分配器74138 我們要利用數(shù)據(jù)分配器實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器的控制，這也是多組記憶秒表的核心，同時(shí)我們利用計(jì)數(shù)器記錄脈沖的個(gè)數(shù)，通過(guò)個(gè)數(shù)控制74HC138的輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存器的控制。必須掌握74HC138的用法它的引腳如圖7.5.2所示，它的數(shù)據(jù)分配器接法如圖7.5.1所示， 圖7.4.1 74138數(shù)據(jù)分配器 圖7.4.2 74138引角圖 要靈活運(yùn)用74

38、HC138，還必須掌握它的各個(gè)管腳的功能，它的功能表如表7.4.3所示； 表7.4.3 74138功能表 數(shù)據(jù)分配器的作用相當(dāng)于多個(gè)輸出的多擲開(kāi)關(guān)，其示意圖如7.5.4。這樣我通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)，外加一個(gè)分頻器，數(shù)據(jù)分配器，構(gòu)成一個(gè)電路，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)多組數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及調(diào)動(dòng)。 圖7.4.4 數(shù)據(jù)分配器示意圖小 結(jié)時(shí)間過(guò)得真快，轉(zhuǎn)眼間為期一個(gè)星期的電子課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了。在這短短的一周時(shí)間里,我卻收獲很多東西，同時(shí)也深刻的體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。在掌握課本知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)這次學(xué)習(xí)，充分的鍛煉了自己的動(dòng)手能力,讓我懂得了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。電子課程設(shè)計(jì)從一開(kāi)始我就感覺(jué)到了難度，所以認(rèn)真的對(duì)待

39、了這次課程設(shè)計(jì)，一直沒(méi)有松懈，還好的就是順利的完成老師交代的任務(wù)，但是還是感覺(jué)到了一些壓力，時(shí)間對(duì)于我來(lái)說(shuō)，有些緊張，在這一周內(nèi)完成這一系列的任務(wù)，真的感覺(jué)到了壓力。對(duì)多組記憶秒表這個(gè)任務(wù)，多少還能從實(shí)際的秒表得到一些啟發(fā)，所以基本思路很快就定下了。并且在圖書(shū)館里我還找到了一些關(guān)于秒表，以及時(shí)鐘的一些介紹，這對(duì)于我再畫(huà)多組記憶秒表這個(gè)電路圖，還是有很大的幫助。但是真正到畫(huà)草圖，選擇適當(dāng)?shù)脑骷r(shí)，還是感到了些許的難度，當(dāng)我看到無(wú)數(shù)的器件，想找一個(gè)最適當(dāng)?shù)?，很難，但是在向老師的請(qǐng)教，同學(xué)的探討中，確定了一些合適的器件，但是到電路中運(yùn)用的時(shí)候還會(huì)發(fā)現(xiàn)在這些器件中還會(huì)有不會(huì)合適的，就比如說(shuō)我用的鎖存器74LS373，開(kāi)始不知道各個(gè)管腳是怎么用的，上網(wǎng)查到的都是英文資料，根本