數(shù)字秒表的仿真與制作

1、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：王吉陽(yáng) 專業(yè)班級(jí)：電信1005指導(dǎo)教師：工作單位: 信息工程學(xué)院 題 目： 數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)仿真與制作 初始條件: 利用集成譯碼器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表的功能。用數(shù)碼管顯示時(shí)間計(jì)數(shù)值。(也可以用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)）要求完成的主要任務(wù): (包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書撰寫等具體要求)1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周內(nèi)完成對(duì)數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求： 設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)量8名運(yùn)動(dòng)員短跑成績(jī)的數(shù)字秒表.要求用四位數(shù)碼管顯示時(shí)間，格式為00:00s。 秒表設(shè)置9個(gè)開關(guān)輸入（清零開

2、關(guān)1個(gè)和記錄開關(guān)8個(gè)）.按下“記錄”開關(guān),則 將當(dāng)前計(jì)數(shù)時(shí)間暫存并顯示在數(shù)碼管上.確定設(shè)計(jì)方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計(jì)分電路,畫出總體電路原理圖，闡述基本原理.3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn).按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文用A4紙打印,圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時(shí)間安排：1、第12天,查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原理。2、第34天，方案選擇和電路設(shè)計(jì)仿真。3、第45天，電路調(diào)試和設(shè)計(jì)說(shuō)明書撰寫。4、第6天,上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告,同時(shí)進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日系主任（或責(zé)任教師)簽名： 年 月 日1 protues軟件簡(jiǎn)介32方案設(shè)計(jì)與選擇42。1

3、 方案一：基于單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表42。2 方案二:基于組合邏輯電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表43電路圖設(shè)計(jì)43。1 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)43。2 譯碼器及數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)63.3 鎖存器電路的設(shè)計(jì)73。4 防抖動(dòng)開關(guān)的設(shè)計(jì)83。5時(shí)鐘脈沖發(fā)生器94 protues仿真104。1 電路原理圖105 硬件焊接115。1 元件清單115。2 焊接實(shí)物圖116 參考文獻(xiàn)141 protues軟件簡(jiǎn)介Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有近20年的歷史，在全球廣泛使用,除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿

4、真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動(dòng)的，針對(duì)微處理器的應(yīng)用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試,如有顯示及輸出,還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等,Proteus能夠很容易的為用戶建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 Proteus產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù),用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。不愧為一款非常優(yōu)秀的單片機(jī)仿真軟件。Proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真，PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng).此系統(tǒng)受益于15年來(lái)的持續(xù)開發(fā)，被電子世界在其對(duì)

5、PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的比較文章中評(píng)為最好產(chǎn)品“The Route to PCB CAD”。Proteus產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù)，用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。其功能模塊：個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具;PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB設(shè)計(jì)。 PROSPICE 仿真器的一個(gè)擴(kuò)展PROTEUS VSM：便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真.此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤,開關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯

6、示CPU模型。 支持許多通用的微控制器，如PIC,*R,HC11以及8051。 交互的裝置模型包括:LED和LCD顯示,RS232終端，通用鍵盤,強(qiáng)大的調(diào)試工具，包括寄存器和存儲(chǔ)器,斷點(diǎn)和單步模式IAR CSPY 和Keil uVision2等開發(fā)工具的源層調(diào)試應(yīng)用特殊模型的DLL界面提供有關(guān)元件庫(kù)的全部文件 Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)

7、于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講,是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。2方案設(shè)計(jì)與選擇2。1 方案一：基于單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表利用C51單片機(jī)控制外圍電路,通過(guò)編程定時(shí)計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示，以及軟件編程方法實(shí)現(xiàn)防抖動(dòng)開關(guān)控制清零，啟動(dòng)，記錄。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表功能.優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)的外圍硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,利用C語(yǔ)言編程的可移植性較強(qiáng).缺點(diǎn):對(duì)C語(yǔ)言的編程能力要求高，需要重復(fù)調(diào)試程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表的基本功能，調(diào)試電路的工作量大。2.2 方案二：基于組合邏輯電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表通過(guò)組合邏輯電路的設(shè)計(jì),包括計(jì)數(shù)器,譯碼器,鎖存器，數(shù)碼管,以及555定時(shí)器設(shè)計(jì)的脈沖發(fā)生器和門電路各個(gè)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)

8、現(xiàn)數(shù)字秒表的基本功能.優(yōu)點(diǎn)：減少電路調(diào)試的時(shí)間,通過(guò)仿真可以確定電路的基本線路。缺點(diǎn)：對(duì)各個(gè)芯片的選擇要求準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)電路圖較復(fù)雜，制作硬件的條件要求高。對(duì)組合邏輯電路設(shè)計(jì)的基本方法要熟悉.3電路圖設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)選擇基于組合邏輯電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表3。1 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)圖1選擇芯片74LS90時(shí)鐘脈沖信號(hào)從CKA輸入,CKB連接Q0端，即可實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)；利用兩片74LS90的級(jí)聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制的記數(shù)功能，將Q3端連接下個(gè)芯片的時(shí)鐘輸入端CKA，將下一個(gè)芯片的Q1，Q2端分別連接到兩個(gè)芯片的清零端，R0（1),R0（2).以此即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表的基本記數(shù)功能。74LS90的功能表如圖2圖23。

9、2 譯碼器及數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)圖3選擇74LS48譯碼器驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管，數(shù)碼管選用共陰極，電路連接如圖4所示.74LS48中BI/RBO,RB1，LT為使能端，當(dāng)全為高電平時(shí)，譯碼器正常工作.數(shù)碼管的a，b,c，d，e，f,g端分別連接譯碼器的QA，QB,QC,QD，QE，QF，QG端.譯碼器和數(shù)碼管之間連接電阻值為5.1k的限流電阻。74LS48的功能表如圖4圖4共陰極七段數(shù)碼管連接原理圖如圖5圖53.3 鎖存器電路的設(shè)計(jì)鎖存器選用74HC573芯片，LE為使能控制端，OE接低電平表示鎖存器正常工作。鎖存器的主要功能是鎖存暫停時(shí)數(shù)碼管上顯示的運(yùn)動(dòng)員數(shù)據(jù).通過(guò)防抖動(dòng)開關(guān)來(lái)控制記錄運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)

10、。鎖存器設(shè)計(jì)電路圖如圖6所示圖674HC573功能表如圖7所示圖73。4 防抖動(dòng)開關(guān)的設(shè)計(jì)利用與非門電路設(shè)計(jì)消抖動(dòng)開關(guān)設(shè)計(jì)電路圖如圖8所示利用基本與非門構(gòu)成的防抖動(dòng)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)從上撥到下時(shí)，離開上還未到下時(shí)，輸入R=1S=1，電路處于保持階段，總的輸出不變,Q=0。到達(dá)下時(shí),則R=1，S=0.電路置1，而開關(guān)在接觸下之后，短時(shí)間出現(xiàn)微小的抖動(dòng)而造成與下多次接通和斷開，因此造成R，S不斷在R=1，S=1和，之間變化，但輸入信號(hào)并不影響輸出信號(hào).從而達(dá)到防抖動(dòng)的目的。圖83。5時(shí)鐘脈沖發(fā)生器555組成的多些振蕩器可以組成各種時(shí)鐘脈沖發(fā)生器。如下圖8的電路圖,可以產(chǎn)生脈沖可調(diào)的矩形脈沖發(fā)生器,改變電

11、容C可以獲得超常時(shí)間的低頻脈沖,調(diào)節(jié)電位器RP可以的到任意頻率的脈沖如秒脈沖.由于電容C的充放電時(shí)間不等，輸出矩形脈沖的占空比隨頻率變化.F=1/1。43（R1+2R2）。下圖為頻率為100HZ的脈沖信號(hào)發(fā)生器。圖9圖14 protues仿真4。1 電路原理圖圖115 硬件焊接5。1 元件清單名稱型號(hào)數(shù)量備注鎖存器74HC5732焊錫電路板，導(dǎo)線，烙鐵，焊錫絲，芯片底座，單刀開關(guān)，發(fā)光二極管，電阻，電容若干?；蜷T74LS324與非門74LS20（2輸入)6555定時(shí)器NE5551計(jì)數(shù)器74LS904譯碼器74LS484七段數(shù)碼管共陰極45。2 焊接實(shí)物圖圖12圖136參考文獻(xiàn)1 謝自梅。電子線路設(shè)計(jì)。武漢：華中科技大學(xué)出版社，20002 華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組編，康華光主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版）北京：高等教育出版社，1986年3 Mark N Horenstein。 Microelectronic Circuits and Devices。 2nd ed. New Jersey:Prentice-Hall Inc,19964 Adel S Sedr