數(shù)電課程設(shè)計電子秒表

1、學(xué)號： 2013 - 2014學(xué)年 第1學(xué)期 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課 程 設(shè) 計 報 告題 目： 電子秒表 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 2班 姓 名： 指導(dǎo)教師： 成 績： 電氣工程系2013年11月8日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書學(xué)生班級：11電氣工程及其自動化2班 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 設(shè)計名稱： 電子秒表 起止日期： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計要求：1. 秒表由5位七段LED顯示器顯示，其中一位顯示“min”,四位顯示“s”，其中顯示分辯率為0.01 s，計時范圍是09分59秒99毫秒；2. 具有清零、啟動計時、暫停計時及繼續(xù)計時等控制功能； 3. 控制開關(guān)為兩個：啟動（繼續(xù)）/暫停記時開關(guān)和

2、復(fù)位開關(guān)摘 要秒表應(yīng)用于我們生活、工作、運動等需要精確計時的方面。它由剛開始的機(jī)械式秒表發(fā)展到今天所常用的數(shù)字式秒表。秒表的計時精度越來越高，功能越來越多，構(gòu)造也日益復(fù)雜。本次數(shù)字電路課程設(shè)計的數(shù)字式秒表的要求為：顯示分辨率為1s/100，外接系統(tǒng)時鐘頻率為100KHz；計時最長時間為10min，6位顯示器，顯示時間最長為9m59.99s；系統(tǒng)設(shè)置啟停鍵和復(fù)位鍵。復(fù)位鍵用來消零，做好計時準(zhǔn)備、啟停鍵是控制秒表起停的功能鍵。針對上述設(shè)計要求，我們先前往校圖書館借閱了大量的數(shù)字電路設(shè)計方面的書籍，以及一本電子元件方面的工具書，以待查閱各種設(shè) 計中所需要的元件。其次安裝并學(xué)習(xí)了數(shù)字電路設(shè)計中所常用的

3、Multisim仿真軟件，在課程設(shè)計過程的電路圖設(shè)計與電路的仿真方面 幫助我們發(fā)現(xiàn)了設(shè)計電路方面的不足與錯誤之處。關(guān)鍵字：555定時器 十進(jìn)制計數(shù)器 六進(jìn)制計數(shù)器 多諧振蕩器目 錄第一章 方案設(shè)計與論證- 5 -第二章 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算- 5 -2.1 時鐘脈沖發(fā)生和控制信號- 5 -2.2 設(shè)計十進(jìn)制加法計數(shù)器- 6 -2.3 設(shè)計六進(jìn)制加法計數(shù)器- 7 -2.4 啟動與停止電路- 8 -2.5 清零電路設(shè)計- 9 -第三章 總電路工作原理及元器件清單- 9 -3.1 電路完整工作過程描述（總體工作原理）- 9 -3.2 總原理圖：（見下圖3-1）- 9 -第四章 主要芯片介紹- 10

4、 -4.1 74LS00- 10 -4.2 74LS160- 11 -第五章 仿真- 11 -自我評價- 14 -參考文獻(xiàn)- 15 -附 錄- 16 -插圖清單圖1-1 方案設(shè)計圖.5圖2-1 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器.6圖2-2 異步8421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器.7圖2-3 六進(jìn)制加法計數(shù)器.8圖2-4 啟動與停止電路.8圖2-5 清零電路.9圖3-1 總原理圖.10圖5-1電子秒表仿真結(jié)果圖1.12圖5-2電子秒表仿真結(jié)果圖2.13第1章 方案設(shè)計與論證總體分析：譯碼顯示十進(jìn)制計數(shù)器六進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器脈沖源 分個位 秒十位 秒個位 0.1s 0.01s 啟動

5、停止電路與非清零圖1-1 方案設(shè)計圖如圖1-1所示，該電路需要1個六進(jìn)制和4個十進(jìn)制的加計數(shù)器，一個555定時器組成的多諧振蕩器，RS觸發(fā)器啟動停止電路。由555多諧振蕩器產(chǎn)生100Hz的時鐘脈沖作為脈沖源（即0.01s為周期），通過與啟動停止電路的輸出與非后作為信號源輸入至第一個十進(jìn)制計數(shù)器即0.01s位的計數(shù)器。然后進(jìn)位至0.1s位的十進(jìn)制加計數(shù)器，以此類推逐個進(jìn)位。以此實現(xiàn)顯示分辨率為1s100，計時最長時間為10min，六位顯示器，顯示時間最長為9m59.99s，最后通過5個譯碼顯示LED數(shù)碼管輸出。第2章 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算2.1 時鐘脈沖發(fā)生和控制信號由集成電路定時器555與R

6、C組成的多諧振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖：暫穩(wěn)狀態(tài)的脈沖寬度tp1，即uc從(1/3)Ucc充電上升到(2/3)Ucc所需的時間：tp1（R1R2）Cln20.7（R1R2）C脈沖寬度tp2，即uc從(2/3)Ucc放電下降到(1/3)Ucc所需的時間：tp2R2Cln20.7R2C振蕩周期： T=tp1+tp20.7(R12R2)C因此，令R1=4K,R2=5K,輸出頻率為100Hz即T=0.01s，則可求出C=1.02F。得下圖2-1中100Hz的555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器：圖2-1 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器從3腳(OUT)輸出100Hz的脈沖信號。2.2 設(shè)計十進(jìn)制加法計數(shù)器使用74LS16

7、0芯片實現(xiàn)十進(jìn)制加法計數(shù)器：當(dāng)=ENP=ENT=1時，74161處于計數(shù)狀態(tài),電路從0000狀態(tài)開始，連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖后，電路將從1111狀態(tài)返回到0000狀態(tài)，RCO端從高電平跳變至低電平?？梢岳肦CO端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號。如下圖2-2： 圖 2-2 異步8421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器2.3 設(shè)計六進(jìn)制加法計數(shù)器使用74LS160芯片實現(xiàn)六進(jìn)制加法計數(shù)器：74160從0000狀態(tài)開始計數(shù)，當(dāng)輸入第6個CP 脈沖（上升沿）時，輸出Q3 Q2 Q1 Q00110，此時=0，反饋給端一個清零信號，立即使Q3 Q2 Q1 Q0返回0000狀態(tài)，接著,端的清零信號也隨之消失，74

8、160重新從0000狀態(tài)開始新的計數(shù)周期。反饋歸零邏輯為代碼中為1的Q相與非。電路如圖2所示，圖 2-3 六進(jìn)制加法計數(shù)器2.4 啟動與停止電路如圖：圖2-4 啟動與停止電路 當(dāng)開關(guān)接低電平即斷開時，使計時器處于暫停狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)接高電平即閉合時，使計時器處于啟動狀態(tài)。因此這個開關(guān)為“啟動/暫?！卑存I。2.5 清零電路設(shè)計如圖:圖2-5 清零電路當(dāng)開關(guān)接低電平即斷開時，所有計數(shù)器清零；當(dāng)開關(guān)接高電平即閉合時，所有計數(shù)器正常工作。 第三章 總電路工作原理及元器件清單3.1 電路完整工作過程描述（總體工作原理） 電路通過555多諧振蕩器產(chǎn)生的100Hz時鐘脈沖經(jīng)過啟動與暫停開關(guān)輸入到第一個計數(shù)器即0

9、.01s位的74LS160十進(jìn)制計數(shù)器使其進(jìn)行頻率為100Hz的十進(jìn)制加法運算。并進(jìn)位至下一位0.1s位的十進(jìn)制加法計數(shù)器，頻率縮減為10Hz。以此類推依次進(jìn)位至最高位，并以5個LED數(shù)碼管將計數(shù)器輸出的信號顯示出來。當(dāng)“啟動/停止”開關(guān)處于低電平時計數(shù)器處于保持狀態(tài)，即暫停；當(dāng)開關(guān)處于高電平時，計數(shù)器繼續(xù)正常工作。而清零開關(guān)為低電平時，所有計數(shù)器清零；處于高電平時所有計數(shù)器可正常工作。3.2 總原理圖：（見下圖3-1）圖3-1 總原理圖第四章 主要芯片介紹Inputs輸入Ouput輸出ABYLLHLHHHLHHHL4.1 74LS0074LS00功能為四2 輸入與非門其真值表及管腳圖為： 4

10、.2 74LS16074LS160 十進(jìn)制同步計數(shù)器(異步清零)其真值表如下( H:高電平，L:低電平，:上升沿，X:任意，D0 D3 :AD穩(wěn)態(tài)輸入電平)輸入輸出CrLDS1S2CPABCDQAQBQCQDLXXXXXXXXLLLLHLXXD0D1D2D3D0D1D2D3HHHHXXXX計數(shù)數(shù)HHLXXXXXX保持持HHXLXXXXX保持持第五章 仿真 按照上面的總電路圖建立仿真電路，觀察計數(shù)器上面的輸出，下面的圖就是仿真的輸出結(jié)果圖 5-1電子秒表仿真結(jié)果圖1圖 5-2電子秒表仿真結(jié)果圖2自我評價經(jīng)過這次的數(shù)字電子秒表課程設(shè)計后，我從中學(xué)到了好多東西。在我上了一個學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課后

11、，我已經(jīng)對數(shù)字電子技術(shù)有一定的了解，加上之前學(xué)過的電路課和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課，我可以獨立完成數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計了，不過當(dāng)中還是遇到許多不懂的問題。通過這次自己動手的課程設(shè)計，我學(xué)會了設(shè)計數(shù)字電子電路的一般方法，還進(jìn)一步熟悉數(shù)字電子器件的使用。這個課程設(shè)計課我還不是很熟悉，第一次做難免會感到陌生，而且對很多基本的東西都不是很清楚，在一定程度上影響了我的課程設(shè)計的質(zhì)量，希望能在以后的時間里認(rèn)真學(xué)習(xí)好這些基礎(chǔ)的東西。我對這個課程設(shè)計課有著深刻的體會：要想做好這個課程設(shè)計，就必須認(rèn)認(rèn)真真地去做，不要怕麻煩，遇到不懂的問題就要主動去問同學(xué)或者老師。最后我希望課程設(shè)計課能夠再多一點給我們提供動手的機(jī)

12、會，并讓我們多點發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造能力，這樣可以在學(xué)到東西的同時又能發(fā)散大家的思維。總之，通過這次練習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強(qiáng)了動手能力。參考文獻(xiàn)1楊欣.王玉鳳.電子設(shè)計從零開始.清華大學(xué)出版社,20052黃仁欣.電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練.清華大學(xué)出版社,2004 3彭銘泉.通用集成電路速查手冊.山東科學(xué)技術(shù)出版社，20044高志清.數(shù)字電路邏輯設(shè)計.大連理工出版社,20025張慶權(quán).電子元器件的選用與檢測.機(jī)械工業(yè)出版社,20026沈明山.常用電子元件手冊.機(jī)械工業(yè)出版社,20017郭培源.電子電路及電子器件.高等教育出版社,20048楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出