課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

1、第一章.設(shè)計(jì)目的了解數(shù)字秒表的主體電路的組成及工作原理；熟悉集成電路及有關(guān)電子元器件的使用；學(xué)習(xí)和掌握數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。第二章.設(shè)計(jì)原理2.1電路原理 本電路由啟動(dòng)、清零復(fù)位電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼顯示電路等組成。 啟動(dòng)清零復(fù)位電路主要由兩個(gè)單刀單擲開(kāi)關(guān)組成，開(kāi)關(guān)1控制數(shù)字秒表的啟動(dòng)和清零復(fù)位，開(kāi)關(guān)2控制數(shù)字秒表的繼續(xù)暫停。開(kāi)始時(shí)把開(kāi)關(guān)1合上，開(kāi)關(guān)2合上，運(yùn)行本電路，數(shù)字秒表正在計(jì)數(shù)，此時(shí)電路為啟動(dòng)。其主要工作為開(kāi)關(guān)1、2閉合時(shí)，整個(gè)電路正常工作，再通過(guò)74LS90計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，7448譯碼器進(jìn)行譯碼，由顯示器顯示。 當(dāng)把開(kāi)關(guān)1閉合，開(kāi)關(guān)2打開(kāi)

2、，電路運(yùn)行停止，數(shù)字秒表停止工作，此時(shí)電路為暫停；當(dāng)把開(kāi)關(guān)1閉合，開(kāi)關(guān)2閉合，電路運(yùn)行繼續(xù)，數(shù)字秒表繼續(xù)工作此時(shí)電路為繼續(xù)；當(dāng)把開(kāi)關(guān)1斷開(kāi)，電路運(yùn)行停止，數(shù)字秒表停止工作，整個(gè)電路回到原來(lái)的位置，即初始位置0000，此時(shí)電路為清零復(fù)位。本電路中毫秒與秒之間為10進(jìn)制，秒與分之間是60進(jìn)制，它們都是由74LS90計(jì)數(shù)器組成的分頻計(jì)數(shù)電路進(jìn)行控制。2.2 Protues軟件使用Protues代碼表：數(shù)碼管：7SEG-MPX8-CC 八個(gè)公陰二極管顯示器 12345678 是陰公共端7SEG-MPX4-CA 四個(gè)公陽(yáng)二極管顯示器 1234 是陽(yáng)公共端7SEG-MPX8-CA 八個(gè)公陽(yáng)二極管顯示器 1

3、2345678 是陽(yáng)公共端共陰極數(shù)碼表uchar dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;共陽(yáng)極數(shù)碼表uchar dispcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0XD8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x7f,0xbf,0x89,0xff共陽(yáng)極數(shù)碼管的公共陽(yáng)極接5V，當(dāng)各段陰極上的電平為“0”時(shí)，該段點(diǎn)亮，電平為“1”時(shí)，該段熄滅。AND 與門(mén)ANTENNA 天線(xiàn)B

4、ATTERY 直流電源BELL 鈴,鐘BVC 同軸電纜接插件BRIDEG 1 整流橋(二極管)BRIDEG 2 整流橋(集成塊)BUFFER 緩沖器BUZZER 蜂鳴器CAP 電容CAPACITOR 電容CAPACITOR POL 有極性電容CAPVAR 可調(diào)電容CIRCUIT BREAKER 熔斷絲COAX 同軸電纜CON 插口CRYSTAL 晶體整蕩器DB 并行插口DIODE 二極管DIODE SCHOTTKY 穩(wěn)壓二極管DIODE VARACTOR 變?nèi)荻O管DPY_3-SEG 3段LEDDPY_7-SEG 7段LEDDPY_7-SEG_DP 7段LED(帶小數(shù)點(diǎn))ELECTRO 電解電

5、容FUSE 熔斷器INDUCTOR 電感INDUCTOR IRON 帶鐵芯電感INDUCTOR3 可調(diào)電感JFET N N溝道場(chǎng)效應(yīng)管JFET P P溝道場(chǎng)效應(yīng)管LAMP 燈泡LAMP NEDN 起輝器LED 發(fā)光二極管METER 儀表MICROPHONE 麥克風(fēng)MOSFET MOS管MOTOR AC 交流電機(jī)MOTOR SERVO 伺服電機(jī)NAND 與非門(mén)NOR 或非門(mén)NOT 非門(mén)NPN NPN三極管NPN-PHOTO 感光三極管OPAMP 運(yùn)放OR 或門(mén)PHOTO 感光二極管PNP 三極管NPN DAR NPN三極管PNP DAR PNP三極管POT 滑線(xiàn)變阻器PELAY-DPDT 雙刀雙

6、擲繼電器RES1.2 電阻RES3.4 可變電阻RESISTOR BRIDGE ? 橋式電阻RESPACK ? 電阻SCR 晶閘管PLUG ? 插頭PLUG AC FEMALE 三相交流插頭SOCKET ? 插座SOURCE CURRENT 電流源SOURCE VOLTAGE 電壓源SPEAKER 揚(yáng)聲器SW ? 開(kāi)關(guān)SW-DPDY ? 雙刀雙擲開(kāi)關(guān)SW-SPST ? 單刀單擲開(kāi)關(guān)SW-PB 按鈕THERMISTOR 電熱調(diào)節(jié)器TRANS1 變壓器TRANS2 可調(diào)變壓器TRIAC ? 三端雙向可控硅TRIODE ? 三極真空管VARISTOR 變阻器ZENER ? 齊納二極管DPY_7-SE

7、G_DP 數(shù)碼管SW-PB 開(kāi)關(guān)元件名稱(chēng) 中文名 說(shuō)明7407 驅(qū)動(dòng)門(mén)1N914 二極管74Ls00 與非門(mén)74LS04 非門(mén)74LS08 與門(mén)74LS390 TTL 雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器7SEG 4針BCD-LED 輸出從0-9 對(duì)應(yīng)于4根線(xiàn)的BCD碼7SEG 3-8譯碼器電路BCD-7SEG轉(zhuǎn)換電路ALTERNATOR 交流發(fā)電機(jī)AMMETER-MILLI mA安培計(jì)AND 與門(mén)BATTERY 電池/電池組BUS 總線(xiàn)CAP 電容CAPACITOR 電容器CLOCK 時(shí)鐘信號(hào)源CRYSTAL 晶振D-FLIPFLOP D觸發(fā)器FUSE 保險(xiǎn)絲GROUND 地LAMP 燈LED-RED 紅色發(fā)光二

8、極管LM016L 2行16列液晶 可顯示2行16列英文字符，有8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0-D7，RS，R/W，EN三個(gè)控制端口（共14線(xiàn)），工作電壓為5V。沒(méi)背光，和常用的1602B功能和引腳一樣（除了調(diào)背光的二個(gè)線(xiàn)腳）LOGIC ANALYSER 邏輯分析器LOGICPROBE 邏輯探針LOGICPROBEBIG 邏輯探針 用來(lái)顯示連接位置的邏輯狀態(tài)LOGICSTATE 邏輯狀態(tài) 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊,可改變?cè)摲娇蜻B接位置的邏輯狀態(tài)LOGICTOGGLE 邏輯觸發(fā)MASTERSWITCH 按鈕 手動(dòng)閉合,立即自動(dòng)打開(kāi)MOTOR 馬達(dá)OR 或門(mén)POT-LIN 三引線(xiàn)可變電阻器POWER 電源RES 電阻RESIS

9、TOR 電阻器SWITCH 按鈕 手動(dòng)按一下一個(gè)狀態(tài)SWITCH-SPDT 二選通一按鈕VOLTMETER 伏特計(jì)VOLTMETER-MILLI mV伏特計(jì)VTERM 串行口終端Electromechanical 電機(jī)Inductors 變壓器Laplace Primitives 拉普拉斯變換Memory IcsMicroprocessor IcsMiscellaneous 各種器件 AERIAL-天線(xiàn)；ATAHDD；ATMEGA64；BATTERY；CELL；CRYSTAL-晶振；FUSE；METER-儀表；Modelling Primitives 各種仿真器件 是典型的基本元器模擬，不表示

10、具體型號(hào)，只用于仿真，沒(méi)有PCBOptoelectronics 各種發(fā)光器件 發(fā)光二極管，LED，液晶等等PLDs & FPGAsResistors 各種電阻Simulator Primitives 常用的器件Speakers & SoundersSwitches & Relays 開(kāi)關(guān)，繼電器，鍵盤(pán)Switching Devices 晶閶管Transistors 晶體管（三極管，場(chǎng)效應(yīng)管）TTL 74 seriesTTL 74ALS seriesTTL 74AS seriesTTL 74F seriesTTL 74HC seriesTTL 74HCT seriesTTL 74LS serie

11、sTTL 74S seriesAnalog Ics 模擬電路集成芯片Capacitors 電容集合CMOS 4000 seriesConnectors 排座，排插Data Converters ADC,DACDebugging Tools 調(diào)試工具ECL 10000 Series 各種常用集成電路PROTEUS原理圖元器件庫(kù)詳細(xì)說(shuō)明Device.lib 包括電阻、電容、二極管、三極管和PCB的連接器符號(hào)ACTIVE.LIB 包括虛擬儀器和有源器件DIODE.LIB 包括二極管和整流橋DISPLAY.LIB 包括LCD、LEDBIPOLAR.LIB 包括三極管FET.LIB 包括場(chǎng)效應(yīng)管ASIM

12、MDLS.LIB 包括模擬元器件VALVES .LIB 包括電子管ANALOG.LIB 包括電源調(diào)節(jié)器、運(yùn)放和數(shù)據(jù)采樣ICCAPACITORS.LIB 包括電容COMS.LIB 包括 4000系列ECL.LIB 包括ECL10000系列MICRO.LIB 包括 通用微處理器OPAMP.LIB 包括 運(yùn)算放大器RESISTORS.LIB 包括 電阻FAIRCHLD .LIB 包括FAIRCHLD 半導(dǎo)體公司的分立器件LINTEC.LIB 包括 LINTEC公司的運(yùn)算放大器NATDAC.LIB 包括 國(guó)家半導(dǎo)體公司的數(shù)字采樣器件NATOA.LIB 包括 國(guó)家半導(dǎo)體公司的運(yùn)算放大器TECOOR.LI

13、B 包括TECOOR公司的 SCR 和TRIACTEXOAC.LIB 包括 德州儀器公司的運(yùn)算放大器和比較器ZETEX .LIB 包括ZETEX 公司的分立器件 第3章 .設(shè)計(jì)總圖3.1總體框圖 顯示器 譯碼電路 分頻計(jì)數(shù)電路 控制電路 信號(hào)源3.2單元電路（1） .0.02s脈沖發(fā)生器：0.1F電容和91K電阻及100K滑動(dòng)變阻器構(gòu)成。從電容端加入的信號(hào)，經(jīng)過(guò)電容、電阻，在電阻端輸出的信號(hào)波形為產(chǎn)生50Hz頻率脈沖，端口OUT為0.02s脈沖發(fā)生器的輸出端口。公式：T=0.1s，f=10Hz=1/0.695(R1+2R2)C 圖3-2-12、分頻電路：采用74LS90的五進(jìn)制功能：圖3-2-

14、23、計(jì)數(shù)器電路：左圖為74LS92管腳圖，右圖為74LS90引腳圖圖3-2-34、譯碼器電路：譯碼器電路是將數(shù)碼轉(zhuǎn)換為一定的控制信號(hào)。在此由74LS48集成元件構(gòu)成，它能將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換為輸出端的電平信號(hào)以控制顯示器圖3-2-45、七段數(shù)碼管（LED）：7段數(shù)碼管又分共陰和共陽(yáng)兩種顯示方式。如果把7段數(shù)碼管的每一段都等效成發(fā)光二極管的正負(fù)兩個(gè)極，那共陰就是把a(bǔ)bcdefg這7個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極連接在一起并接地；它們的7個(gè)正極接到7段譯碼驅(qū)動(dòng)電路74LS48的相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)端上（也是abcdefg）。此時(shí)若顯示數(shù)字1，那么譯碼驅(qū)動(dòng)電路輸出段bc為高電平，其他段掃描輸出端為低電平，以此類(lèi)推。如

15、果7段數(shù)碼管是共陽(yáng)顯示電路，那就需要選用74LS47譯碼驅(qū)動(dòng)集成電路。共陽(yáng)就是把a(bǔ)bcdefg的7個(gè)發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個(gè)負(fù)極接到74LS47相應(yīng)的abcdefg輸出端上。無(wú)論共陰共陽(yáng)7段顯示電路，都需要加限流電阻，否則通電后就把7段譯碼管燒壞了。限流電阻的選取是：5V電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除上10ma到15ma得數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管的工作電壓一般在1.8V-2.2V，為計(jì)算方便，通常選2V即可。發(fā)光二極管的工作電流選取在10-20ma，電流選小了，7段數(shù)碼管不太亮，選大了工作時(shí)間長(zhǎng)了發(fā)光管易燒壞。對(duì)于大功率7段數(shù)碼管可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選取限流

16、電阻及電阻的瓦數(shù)。本設(shè)計(jì)采用共陰數(shù)碼管與74LS48匹配，同時(shí)并入一個(gè)四輸入內(nèi)置譯碼器的7段數(shù)碼管，以驗(yàn)證譯碼部分的功能（注：驗(yàn)證成功后，兩種組合數(shù)碼管可以只保留一個(gè)）。數(shù)碼管與74ls48連接圖：圖3-2-53.3電路總圖由protuse仿真截圖所得 圖3-3-1圖3-3-2第4章 .設(shè)計(jì)元件4.1元件清單材料清單如下圖：表4-1-1器件名稱(chēng)及型號(hào)數(shù)量（個(gè)）NE555定時(shí)器174LS9044081（與門(mén)）174LS92174LS4847SEG共陰數(shù)碼管4定值電阻（91K）1滑動(dòng)變阻器（100K）10.1uF電容10.01uF電容1單刀單擲開(kāi)關(guān)2正5V電源3接地（GND）34.2各元件真值 本

17、設(shè)計(jì)用到74LS90,74LS48,故將真值表列入下：圖4-2-1圖4-2-2第5章 .組裝調(diào)試 本設(shè)計(jì)采用電路仿真對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了調(diào)試。運(yùn)用Protues軟件。在調(diào)試的過(guò)程中遇到不少的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的檢查和排除，最終實(shí)現(xiàn)了全部功能。調(diào)試方法：按模塊調(diào)試，在每個(gè)模塊的輸入端加理想的調(diào)試信號(hào)，在輸出端接示波器，觀察輸出波形，如果波形符合設(shè)計(jì)預(yù)期，則說(shuō)明此模塊工作正常，否則可按從輸出到輸入的順序逐一排查，直到解決問(wèn)題。當(dāng)各模塊調(diào)試無(wú)誤后，將各模塊連接起來(lái)，同時(shí)要注意接口的電平匹配問(wèn)題。本次課程設(shè)計(jì)在仿真組裝調(diào)試過(guò)程中曾出現(xiàn)以下故障：故障1：脈沖發(fā)生器（555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器）沒(méi)法實(shí)現(xiàn)0.

18、02s的脈沖信號(hào)。原因：參數(shù)不對(duì)。排除方法：利用f=1.43/R1+2R2)C適當(dāng)?shù)倪x取定值電阻、電容的大小并用頻率計(jì)檢測(cè)。故障2：數(shù)碼管顯示亂碼。原因：計(jì)數(shù)器74LS90管腳接線(xiàn)錯(cuò)誤，LED數(shù)碼管的共極性弄反（按共陽(yáng)極的接線(xiàn)方法接線(xiàn)）。排除方法：對(duì)計(jì)數(shù)器正確接線(xiàn)，調(diào)整數(shù)碼管的陰陽(yáng)極接線(xiàn)（按共陰極接線(xiàn)方法接線(xiàn)）。故障3：數(shù)碼管數(shù)字跳動(dòng)頻率不均勻。原因：輸入信號(hào)不是規(guī)則并且穩(wěn)定的脈沖方波。排除方法：用示波器觀察脈沖輸出和微分電路輸出端的波形，加入一個(gè)與門(mén)作為整形模塊，同時(shí)，這樣還能達(dá)到減小誤差的目的。故障5：無(wú)法實(shí)現(xiàn)上電清零功能。原因：開(kāi)關(guān)位置不對(duì)，電路連線(xiàn)有問(wèn)題。排除方法：改變上電清零電路電阻

19、的大小，通過(guò)模擬示波器觀察直到產(chǎn)生清零信號(hào)。故障6：進(jìn)位不能實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制。原因：自己本身對(duì)各種元器件了解不夠，導(dǎo)致電路連接問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制。排除方法：糾正連線(xiàn)錯(cuò)誤，把74LS90，與74LS92進(jìn)行比較，并實(shí)行連線(xiàn)。第6章 .課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過(guò)兩周的實(shí)踐，電路的設(shè)計(jì)仿真圓滿(mǎn)的完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)中提到的幾種功能并且將誤差控制在了2%以?xún)?nèi)，但仍然有一些美中不足，主要問(wèn)題是數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)分析我認(rèn)為主要原因有二：一是軟件的“虛擬時(shí)間”不穩(wěn)定，軟件仿真時(shí)需要以0.00001s為單位運(yùn)算，將現(xiàn)實(shí)時(shí)間拉長(zhǎng)，CPU負(fù)荷較大使仿真的“虛擬時(shí)間”難以像現(xiàn)實(shí)時(shí)間一樣平穩(wěn)。二是各級(jí)芯片以及門(mén)電路有一定的延

20、遲時(shí)間，有些部分還可能存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。在實(shí)驗(yàn)的后期我們還去實(shí)驗(yàn)室搭電路，但由于時(shí)間有限，我們對(duì)面包板又不夠熟悉，最終未能完全實(shí)現(xiàn)。由于兩周的課程設(shè)計(jì)時(shí)間短暫，設(shè)計(jì)結(jié)果并不完善，但在以后的學(xué)習(xí)中，相信我們可以為這個(gè)設(shè)計(jì)完善現(xiàn)有功能，增加新的功能。兩周的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，雖然很辛苦，但給我?guī)?lái)了從未有過(guò)的體驗(yàn)與喜悅。在設(shè)計(jì)實(shí)踐的過(guò)程中，我深深的體會(huì)到必須要有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析解決。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是利用Protues仿真，因?yàn)橐郧皼](méi)有學(xué)過(guò)這個(gè)軟件，所以我們要從頭學(xué)起，自行摸索的學(xué)習(xí)。我們?cè)诟鱾€(gè)單元電路的連接上花費(fèi)了大量時(shí)

21、間。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)曾做出了兩套方案以及仿真電路，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，這才確定了我們的電路。實(shí)習(xí)過(guò)程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮到各個(gè)元器件的功能和特性，要翻閱大量資料，參考別人的經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能把自己的電路設(shè)計(jì)的成功。 通過(guò)這次對(duì)數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的軟件，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字秒表的原理與設(shè)計(jì)理念。在此次的數(shù)字秒表設(shè)計(jì)過(guò)程中，我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)、管腳圖、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。而且這些知識(shí)是對(duì)我們大學(xué)生來(lái)說(shuō)十分寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是無(wú)法在課堂上獲得的，是現(xiàn)今社會(huì)最重視的同時(shí)也是我們最需要提高的部分。在設(shè)計(jì)電路中,完成電路圖只是完成了設(shè)計(jì)的一小部分，更加困難的是對(duì)電路的驗(yàn)證和糾錯(cuò)，在這