信息與通信多組記憶秒表

1、沈 陽 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計設(shè)計題目：多組記憶秒表 系 別 班級 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 起止日期：2010年8月30日起至 2010年9月3日止沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計題目： 多組記憶秒表 系 別 自動控制工程系 班級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職稱 課程設(shè)計進行地點： B426 任 務(wù) 下 達 時 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)計主要內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計目的：（1）掌握多組記憶秒表的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；（2）熟悉集成電路的使用方法。

2、1.2 基本要求（1）能進行秒、0.01秒計時，有獨立的時間顯示電路； （2）能進行3組時間紀(jì)錄； （3）清零與響聲電記錄完畢后，能夠以單一的時間顯示各組記錄時間； （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)置定時報警（例如1分鐘跑等項目）； （3）其他。2 設(shè)計過程及論文的基本要求：2.1 設(shè)計過程的基本要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選2個方向；（2）符合設(shè)計要求的報告一份，其中包括邏輯電路圖、實際接線圖各一份；（3）設(shè)計過程的資料、草稿要求保留并隨設(shè)計報告一起上交；報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計論文的基本要求：（1）參

3、照畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范打印，文字中的小圖需打印。項目齊全、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、成績評審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（設(shè)計題目、設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思路、設(shè)計框圖、各部分電路及參數(shù)計算（重要）、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結(jié)、參考文獻、附錄（邏輯電路圖與實際接線圖）。3 時間進度安排順序階段日期計 劃 完 成 內(nèi) 容備注1講解主要設(shè)計內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書做出原始框圖2檢查框圖及初步原理圖完成情況，講解及糾正錯誤3檢查邏輯圖并指出錯誤及糾正；講解接線圖繪制及報告書寫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、寫報告沈 陽 工 程 學(xué) 院 數(shù)字電子技術(shù) 課程設(shè)計成績評定表系（部）：班級：學(xué)生姓名：指 導(dǎo) 教 師 評 審 意 見評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評分加權(quán)分調(diào)研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設(shè)計方案和日程安排。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，能夠獨立完成設(shè)計工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質(zhì)量說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.55432指導(dǎo)教師評審成績（加權(quán)分合計乘以12） 分加權(quán)

5、分合計指 導(dǎo) 教 師 簽 名：年 月 日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評分加權(quán)分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；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說明書的質(zhì)量說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.35432評閱教師評審成績（加權(quán)分合計乘以8）分加權(quán)分合計評 閱 教 師 簽 名：年 月 日課 程 設(shè) 計 總 評 成 績分中 文 摘 要記憶秒表是體育運動中常用的計時儀器，它通過按鍵來控制計時的起點和終點。測定運動項目時需要用秒表，秒表與普通鐘表（包括手表）不同

6、，這種秒表能進行分，秒和毫秒的計時有獨立的時間顯示，并且能對數(shù)據(jù)進行記憶存儲。秒表最重要的性能指標(biāo)應(yīng)該是準(zhǔn)確地測定時間，因此產(chǎn)生精確的脈沖式本設(shè)計的要點。用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的始終源，因此用它來獲得頻率為1000HZ的矩形波信號。另外，由集成與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器用來啟動和停止秒表的工作，這樣可以防機械抖動?？梢詭讉€用計時器74LS290來設(shè)計分頻電路，以實現(xiàn)對0.01秒，0.1秒，秒以及分的計時，然后運用鎖存器實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的記憶存儲功，最后通過LED四段顯示器顯示出要記錄的數(shù)據(jù)。這其中還要運用74HC138組建的數(shù)據(jù)分配器實現(xiàn)對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)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的記憶和有序取出。關(guān)鍵詞 脈沖源，計數(shù)器，記憶存儲，數(shù)據(jù)分配器目 錄課程設(shè)計任務(wù)書.I課程設(shè)計成績評定表.中文摘要. .1設(shè)計任務(wù)描述.11.1 設(shè)計題目.11.2 設(shè)計要求.11.2.1 設(shè)計目的.11.2.2 基本要求.11.2.3 發(fā)揮部分.12 設(shè)計思路. .23 設(shè)計方框圖. . . . . . . . . . . .34 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算. . . . . . . . . . .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 報警電路. . . . . .84.6 數(shù)據(jù)分配器. . . . . .94.7 復(fù)位開關(guān). . . . .115 工作過程分析. . . . . . . . . . . . . .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. . . . . . . . . . . .29附錄. . . . . . . . . . . .30A 邏輯電路圖. . . . .301 設(shè)計任

9、務(wù)描述1.1設(shè)計題目：多組記憶秒表1.2 設(shè)計要求1.2.1 設(shè)計目的(1) 掌握多組記憶秒表的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；(2)熟悉集成電路的使用方法。1.2.2 基本要求(1) 能進行分、秒、0.01秒計時，有獨立的時間顯示電路；(2) 能進行3組時間紀(jì)錄；(3) 記錄完后，能以單一的顯示器顯示各時間； （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)置定時報警（一分鐘）。2 設(shè)計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行計時并且有統(tǒng)一的時間顯示電路，能對數(shù)據(jù)進行記憶存儲,然后在記憶存儲的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)在需要的情況下，顯示已經(jīng)記錄的

10、時間?；谝陨蠋c，設(shè)計思路如下： 1.設(shè)計脈沖源。秒表的最基本功能是計時，要計時準(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，作為計數(shù)基準(zhǔn)而且可以通過調(diào)整參數(shù)，計算得到自己想要的頻率。 2.開關(guān)設(shè)計。為了確保準(zhǔn)確計時，啟動前必須有清零開關(guān)。多數(shù)計時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，對計時的準(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)器用來啟動和停止秒表的工作，這樣還可以防機械抖動。 3.分頻器設(shè)計。利用計數(shù)器實現(xiàn)十進制和十二進制，在計數(shù)器的輸出端接上數(shù)碼顯示管，就可以顯示時間了。 4.設(shè)計鎖存器。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。我們每次記錄數(shù)據(jù)時會按一下按鈕，產(chǎn)生一個脈沖，用計數(shù)器記錄脈沖的個數(shù)，再和譯碼器74HC138相連，通過它的輸出端實現(xiàn)對不同組鎖存器的控制。 6.報警電路的設(shè)計。我們實現(xiàn)的是一分鐘報警，可以把分脈沖傳輸給一個555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生一個2秒的高電平，再連接一個驅(qū)動器，就可以驅(qū)動喇叭，使它發(fā)聲。3 設(shè)計方框圖555多諧振蕩器RS觸發(fā)器報警器分頻器數(shù)字顯示電路鎖存器讀秒開關(guān)數(shù)據(jù)分配器計秒開關(guān)4 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算4.1 RS觸發(fā)器（1） 用RS觸發(fā)器來控制電路的開啟，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。其實際電路如圖4.1.1所示，它的輸出與信號輸入端進行與運算，當(dāng)開關(guān)閉合時，輸出高電平，經(jīng)過與運算之后，還會輸出脈沖。當(dāng)為低電平時，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)器可以防止機械抖動，保障了電路計時的準(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，分別為實際電路圖和單穩(wěn)態(tài)的理論說明圖。 圖4.2.1單穩(wěn)態(tài)的實際電路 圖4.2.2單穩(wěn)態(tài)理論說明（2）原

13、理介紹 沒有觸發(fā)信號時候處于高電平，如果接通電源后Q=0,=0,T導(dǎo)通，電容通過放電三極管T放電，使=0，保持低電平不變。如果接通電源之后Q=1，放電三極管會截止，電源通過電阻和電容充電，當(dāng)上升到0.678時，由于R=0，S=1，鎖存器置零，為低電平。此時三極管導(dǎo)通，電容放電，保持低電平不變。當(dāng)觸發(fā)信號時候處于低電平時，電路輸出狀態(tài)有低電平變成高電平，電路進入暫穩(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，由高電平變同時三級管導(dǎo)通，電容放電，電路返回原來的狀態(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。用它實現(xiàn)對鎖存器的輸入控制，由于鎖存 器記錄的

14、數(shù)，是我們按的那一刻的數(shù)據(jù)，但是我們的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)分配器之后就變成了長信號，即都是高電平，這樣就不能實現(xiàn)計數(shù)的功能了。但是借助單穩(wěn)態(tài)，我們可以把高電平轉(zhuǎn)化成一個脈沖，從而實現(xiàn)了存數(shù)的功能。4.3分頻器（1） 計數(shù)器 要對時間進行準(zhǔn)確記錄，除了有一個精準(zhǔn)的時鐘脈沖外，脈沖的頻率要很高，需要進行分頻，就要利用計數(shù)器進行分頻，從而實現(xiàn)對0.01秒，0.1秒表以及秒，分的計時。所以要利用計數(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十進制的計數(shù)器。要產(chǎn)生0.1秒的脈沖就要在連接一個十進制的計數(shù)器，同理還需要一個六十進制的計數(shù)器實現(xiàn)秒到分的計時。由知識

15、的有限性，用來熟悉的原件74LS290實現(xiàn)。其電路圖如圖4.3.1和4.3.2所示。圖4.3.1 計數(shù)0.01秒脈沖和0.1秒脈沖 圖4.3.2 計數(shù)分秒（2）工作原理： 0.01計數(shù)器是十進制的計數(shù)器，第1片的輸出作為第二片的輸入，當(dāng)?shù)谝黄嫗?001時，CP變?yōu)?，下一 個CP信號到達時，第二片計數(shù)工作狀態(tài)計為1，而第一片計為0，這樣第一片的十個脈沖轉(zhuǎn)化為一個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。 秒計數(shù)器是60進制的計數(shù)器，它的個為是十進制計數(shù)器，十位是六進制計數(shù)器。當(dāng)?shù)诙敵鰹?110時，兩個1進行與非運算反饋到LOAD端，此時LOAD端有效，由于ABCD都

16、接地，所以在下一個脈沖到達時，會把第二片計時器的輸出都置零，同時第一片實現(xiàn)的是十進制，所以兩個計時器的結(jié)合時六十進制的。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鐘源，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時不需要外加觸發(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，

17、觸發(fā)器被復(fù)位，同時放電BJT導(dǎo)通，此時Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時，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間，放電時間為,如（4.4.2）所示tPL=R2Cln20.7R2C (4.4.2) 當(dāng)電容放電結(jié)束時，T截止，Vcc將通過R1，R2向電容器C充電，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc，所需的時間為，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，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 報警電路（1）這一部分實現(xiàn)的是當(dāng)?shù)竭_一分鐘時，可以進行報警，要想實現(xiàn)這一功能就要利用分脈沖，利用60秒時的進位分脈沖這一信號去開啟喇叭，這樣就實現(xiàn)了報警了，其次還需要一個555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一個2秒的高電平，還要有一個驅(qū)動器。這個驅(qū)動器是用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)音響的提示時間為2秒，可以采用一個脈沖寬度為2秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)。利用

19、555實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)，這樣可以提供一個長為2秒高電平。2. 音頻振蕩器即喇叭電路 利用555計時器實現(xiàn)一個頻率約為1000HZ的音頻振蕩器，因為555振蕩器具有較強的輸出功率，可以直接驅(qū)動喇叭。由555定時器的原理得到：tPL=R2Cln20.7R2C，當(dāng)電容放電結(jié)束時，T截止，Vcc將通過R1，R2向電容器C充電，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc，所需的時間為， tHP=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C， 當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時，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)器進入暫態(tài)產(chǎn)生一個正脈沖時，控制555定時器開始工作，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)分配器實現(xiàn)對鎖存器的控制，這也是多組記憶秒表的核心，同時我們利用計數(shù)器記錄脈沖的個數(shù)，通過個數(shù)控制74HC138的輸出，從而實現(xiàn)對鎖存器的控制，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)按下開關(guān)，又抬起時，輸入端會有高電平變成低電平，這樣會產(chǎn)生一個下降沿，這是計數(shù)器74LS290會記住這個數(shù)，并且把它送給74HC138，以實現(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所示通過對此表的分析，我們可以得到結(jié)論如下所示；表4.6.2 74HC138的功能表當(dāng)按一下開關(guān)，又抬起時，ABC=001，這時所有輸出中只有Y1=0當(dāng)按二下開關(guān)，又抬起時，ABC=010，這時所有輸出中只有Y2=0當(dāng)按三下開關(guān)，又抬起時，ABC=011，這時所有輸出中只有Y3=0當(dāng)按四下開關(guān)，又抬起時，ABC=000，這時所有輸出中只有Y4=0這樣通過譯碼器74HC138實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分配功能。64.7 復(fù)位開關(guān)（1）工作電路我們要求秒表能夠準(zhǔn)確計時，除了滿足其他的條件之外，還要確保用在計數(shù)前對計數(shù)器進行復(fù)位操作，可見其中的重要性。這也是多組記憶秒表的重要組

22、成部分。其實現(xiàn)電路如圖4.7.1所示；圖4.7.1 復(fù)位開關(guān)的電路(2）工作原理 它的工作原理很簡單，因為74LS290的清零端都是高電平有效，所以開始的時候要設(shè)置成低電平，當(dāng)開關(guān)起作用時，把它變成高電平就可以了。當(dāng)開關(guān)沒有接通時，高電平，經(jīng)過非門之后，變成低電評無效。當(dāng)開關(guān)沒有接通時，高電平，經(jīng)過非門之后，變成低電評有效，從而實現(xiàn)了對計時器的清零操作。5 工作過程分析 本設(shè)計的記憶秒表按功能來分，主要分為以下幾個部分。 1. 時鐘發(fā)生器視用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，它為計數(shù)器產(chǎn)生1000HZ的脈沖信號，作為計時的標(biāo)準(zhǔn)。 2.基本RS觸發(fā)器由集成與非門構(gòu)成的，它用來制動和停止秒表的工作,優(yōu)

23、點是可以防止機械抖動，能夠進行準(zhǔn)確計時。 3.經(jīng)過清零復(fù)位后，閉合開關(guān)，開始計時。 4.脈沖進入分頻器后，進行計時，有顯示器顯示各個數(shù)值。 5.按動數(shù)據(jù)分配器（1）的開關(guān)后，脈沖經(jīng)過計數(shù)后，用74HC138進行數(shù)據(jù)分配，控制輸入到指定的鎖存器。 6.按動數(shù)據(jù)分配器（2）的開關(guān)后，脈沖經(jīng)過計數(shù)后，用74HC138進行數(shù)據(jù)分配，控制輸出指定鎖存器的數(shù)據(jù)。 7.當(dāng)時間到達一分鐘后，報警器會發(fā)出2秒的響聲。1.用基進入本RS觸發(fā)器的按紐開關(guān)啟動秒表。通過控制RS與非門觸發(fā)器來控制多組記憶秒表的啟動和停止。當(dāng)RS觸發(fā)器接地 時，使Q=1，Q=0。但穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)，無外加觸發(fā)信號時，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)進入暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，電路又自動返回到穩(wěn)態(tài)。5當(dāng)開關(guān)閉合時，Q的輸出如圖5.1.1所示，當(dāng)開關(guān)斷開時，Q端得輸出如圖5.1.2所示圖5.1.1 RS觸發(fā)器測試1圖5.1.2 RS觸發(fā)器的測試2當(dāng)開關(guān)斷開時，應(yīng)該輸出低電平，測試結(jié)果如圖5.1.2所示在以上兩個測試圖中。我們清晰的看到當(dāng)開關(guān)閉合時，Q端輸出的是電平，當(dāng)開關(guān)斷開時，Q端輸出的是低電平。符合我們的要求。 2.時鐘發(fā)生器555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器 我們要求的555定時器構(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，觸發(fā)

25、器被復(fù)位，同時放電BJT導(dǎo)通，此時Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時，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間，放電時間為,如（5.2.1）所示tPL=R2Cln20.7R2C (5.2.1) 當(dāng)電容放電結(jié)束時，T截止，Vcc將通過R1，R2向電容器C充電，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc，所需的時間為，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，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這樣我們計算得到了頻率為1000HZ的脈沖，測試如圖5.2.4所示，測試結(jié)果如圖5.2.5所示， 圖5.2.4 1000HZ脈沖測試圖5.2.5 與1000HZ的標(biāo)準(zhǔn)脈沖比較結(jié)果 可以看到，在圖中，兩個脈沖的周期都是大概占連個單元格，符合標(biāo)準(zhǔn)，說明產(chǎn)生的脈沖是1000HZ.為了得到可以控制開啟的脈沖，只要把RS集成觸發(fā)器與脈沖發(fā)生器555進行與運算，就可以控制了。當(dāng)開關(guān)閉合時，Q端輸出的是高電平，然后運脈沖進行與運算，還是輸出脈沖；當(dāng)開關(guān)斷開

27、時，Q端輸出的是低電平，然后運脈沖進行與運算，是低電平，其電路圖如圖5.2.6所示， 測試結(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 測試結(jié)果 在圖中我們看到，當(dāng)開關(guān)閉合時的輸出結(jié)果，與555信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號相同。3.復(fù)位開關(guān)我們要求秒表能夠準(zhǔn)確計時，除了滿足其他的條件之外，還要確保用在計數(shù)前對計數(shù)器進行復(fù)位操作，可見其中的重要性。這也是多組記憶秒表的重要組成部分。它的工作原理很簡單，因為74LS290的清零端都是高電平有效。開始的時候要設(shè)置成低電平，當(dāng)開關(guān)起作用時，把它變成高電平就可以了。當(dāng)開關(guān)沒有接通時，高電平，經(jīng)過非門之后，變成低電評無效。當(dāng)開關(guān)沒有接通時，

28、高電平，經(jīng)過非門之后，變成低電評有效，從而實現(xiàn)了對計時器的清零操作。它的實際電路如圖5.3.1所示，測試電路如圖5.3.2所示圖5.3.1 復(fù)位開關(guān)的電路圖5.3.2 復(fù)位開關(guān)的測試結(jié)果 在圖中可以看到，當(dāng)開關(guān)閉合時，測得的電壓時0.287mV，約等于零，即為低電平，清零無效；當(dāng)開關(guān)斷開時，測得的電壓時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)分配器實現(xiàn)對鎖存器的控制，這也是多組記憶秒表的核心，同時我們利用計數(shù)器記錄脈沖的個數(shù)，通過個數(shù)控制74HC138的輸出，從而實現(xiàn)對鎖存器的控制。當(dāng)按下開關(guān)，又抬起時，輸入端會有高電平變成低電平，這樣會產(chǎn)生一個下降沿，這是計數(shù)器74

29、LS290會記住這個數(shù)，并且把它送給74HC138，以實現(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)這個圖，可以得出結(jié)論當(dāng)按一下開關(guān)，又抬起時，ABC=001，這時所有輸出中只有=0當(dāng)按二下開關(guān)，又抬起時，ABC=010，這時所有輸出中只有=0當(dāng)按三下開關(guān)，又抬起時，ABC=011，這時所有輸出中只有=0當(dāng)按四下開關(guān)，又抬起時，ABC=000，這時所有輸出中只有=0測試過程中的結(jié)果（這里只說明，當(dāng)按一下的情況）如圖5.4.1所示，圖5.4.1 數(shù)據(jù)分配器的測試過程 可以看到當(dāng)沒有輸入，即沒有按時，此時74HC138輸出的高電平，當(dāng)輸入一個脈沖時，74HC138的端輸出低電平，可以控制輸

30、出了。（1）發(fā)現(xiàn)問題 在實際的操作過程中遇到了問題，鎖存器沒有實現(xiàn)計數(shù)功能。（2）分析問題 通過上網(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，鎖存器一直處于計數(shù)狀態(tài)，這樣就是要把74HC138的輸出電平轉(zhuǎn)化為一個脈沖，就可以記住產(chǎn)生脈沖時的這個數(shù)了。（3） 解決問題 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，它會產(chǎn)生一個脈沖，只要再取反就可以得到一個瞬時的低電平了?？梢詫崿F(xiàn)對鎖存器的控制了。其接法的實現(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)過這次實驗，我加深了對信號的認(rèn)識，對于信號，要注意對長信號和短信好的區(qū)別，同時學(xué)會了兩種信號之間

31、的轉(zhuǎn)換的一般方法，對于以后的學(xué)習(xí)具有指導(dǎo)作用。 同樣的道理，對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)，必須是長信號，所以在控制輸出端不必加單穩(wěn)態(tài)了。5. 報警電路這一部分實現(xiàn)的是當(dāng)?shù)竭_一分鐘是可以進行報警，要想實現(xiàn)這一功能就要利用分脈沖，利用60秒時的進位分脈沖這一信號去開啟喇叭，這樣就實現(xiàn)了報警了，其次還需要一個555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一個2秒的高電平，還要有一個驅(qū)動器。這個驅(qū)動器是用555組建的音頻振蕩器，利用555計時器實現(xiàn)一個頻率約為1000HZ的音頻振蕩器，因為555振蕩器具有較強的驅(qū)動功率。它的測試電路如圖5.5.1所示，測試結(jié)果圖如圖5.

32、5.2所示 圖5.5.1報警電路測試圖5.52 電路測試結(jié)果 在測試結(jié)果中可以看到器輸出的頻率約為1000HZ，足以驅(qū)動喇叭。6. 分頻器 要對時間進行準(zhǔn)確記錄，除了有一個精準(zhǔn)的時鐘脈沖外，脈沖的頻率很高，需要進行分頻，就要利用計數(shù)器進行分頻，從而實現(xiàn)對0.01秒，0.1秒表以及秒，分的計時。所以要利用計數(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十進制的計數(shù)器。要產(chǎn)生0.1秒的脈沖就要在連接一個十進制的計數(shù)器，同理還需要一個六十進制的計數(shù)器實現(xiàn)秒到分的計時。由知識的有限性，用來熟悉的原件74LS290實現(xiàn)。對其結(jié)果進行測試得到的結(jié)果如圖5.

33、6.1所示；圖5.6.1 分頻計數(shù)器的測試電路和測試結(jié)果在圖中可以看到， 0.01計數(shù)器是十進制的計數(shù)器，從第1片的輸出作為第二片的輸入，當(dāng)?shù)谝黄嫗?001時，CP變?yōu)?，下一 個CP信號到達時，第二片計數(shù)工作狀態(tài)計為1，而第一片計為0，這樣第一片的十個脈沖轉(zhuǎn)化為一個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。同時可以看到，輸出脈沖時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 號器 件 名 稱型 號數(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計數(shù)器74LS290/74HC1607/1片6多諧振蕩器

34、5557片7電 阻若干個8電 容若干個9控 制 開 關(guān)若干個7 主要元器件介紹7.1 555定時器準(zhǔn)確的計時是秒表的基本要求，就要選精確的脈沖，555多諧振蕩器是一種時鐘源，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時不需要外加觸發(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。同時也會利用它搭接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，所以要加強對它的了解。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時間計數(shù)要對時間進行準(zhǔn)確記錄，除了有一個精準(zhǔn)的時鐘脈沖外，脈沖的頻率很高，需要進行分頻，就要利用計數(shù)器進行分頻，從而實現(xiàn)對0.01秒，0.1秒表以及秒，分的計時。所以要利用計數(shù)器合成需要的脈沖。由知識的有限性，用來熟悉的原件74LS290，74HC160實現(xiàn)。其構(gòu)成的十進制接法如圖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進制計數(shù)器 圖7.2.3 74LS290管腳圖 要掌握74LS290的接法，必須要掌握各個管腳的功能，才能夠?qū)λM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1位二進

36、制計數(shù)器和1個異步五進制計數(shù)器組成。如果計數(shù)脈沖由CPA端輸入，輸出由QA端引出，即得二進制計數(shù)器；如果計數(shù)脈沖由CPB端輸入，輸出由QBQD引出，即是五進制計數(shù)器；如果將QA與CPB相連，計數(shù)脈沖由CPA輸入，輸出由QAQD引出，即得8421碼十進制計數(shù)器。因此,它又稱為二-五-十進制計數(shù)器。7.3 鎖存器 鎖存器在這個設(shè)計中必有很重要的作用，因為根據(jù)設(shè)計的要求，秒表具有記憶的功能，要實現(xiàn)這一功能，必須使用鎖存器來存儲那一時刻的數(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

37、鎖存器能夠進行控制，還要明白鎖存器74L373的各個管腳的功能，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 這樣就可以實現(xiàn)對鎖存器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)分配器實現(xiàn)對鎖存器的控制，這也是多組記憶秒表的核心，同時我們利用計數(shù)器記錄脈沖的個數(shù)，通過個數(shù)控制74HC138的輸出，從而實現(xiàn)對鎖存器的控制。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 要靈活運用74

38、HC138，還必須掌握它的各個管腳的功能，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)于多個輸出的多擲開關(guān)，其示意圖如7.5.4。這樣我通過一個開關(guān)，外加一個分頻器，數(shù)據(jù)分配器，構(gòu)成一個電路，就可以實現(xiàn)一個開關(guān)對多組數(shù)據(jù)的存儲及調(diào)動。 圖7.4.4 數(shù)據(jù)分配器示意圖小 結(jié)時間過得真快，轉(zhuǎn)眼間為期一個星期的電子課程設(shè)計就要結(jié)束了。在這短短的一周時間里,我卻收獲很多東西，同時也深刻的體會到了自己知識的匱乏。在掌握課本知識的基礎(chǔ)上，通過這次學(xué)習(xí)，充分的鍛煉了自己的動手能力,讓我懂得了理論與實踐相結(jié)合的重要性。電子課程設(shè)計從一開始我就感覺到了難度，所以認(rèn)真的對待

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