數(shù)字秒表電路設(shè)計.doc

數(shù)字秒表電路設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計要求：（1）5v電源供電。（2）數(shù)碼管顯示時間范圍為：059秒。 （3）可自動復(fù)位和手動復(fù)位，能實現(xiàn)手動調(diào)整時間。二、設(shè)計方案：1、方案分析論證：啟動清零復(fù)位電路主要由u6a、u6b、u7b、u7d組成，其本質(zhì)是一個rs觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。s1控制數(shù)字秒表的啟動和停止，s2控制數(shù)字秒表的清零復(fù)位。開始時把s1合上，s2打開，運行本電路，數(shù)字秒表正在計數(shù)。當(dāng)打開s1，合上s2鍵，s2與地相接得到低電平加到u6b的輸入端，u6b輸出高電平又加到u6a的輸入端，而u6a的另一端通過電阻r15與電源相接得到高電平，（此時u6b與u6a組成rs觸發(fā)器），u6a輸出低電加到u7a的輸入端，u7a被封鎖輸出高電平加到u5的時鐘端，因u5不具備時鐘脈沖條件，u5不能輸出脈沖信號，因此u3、u4時鐘端無脈沖而停止計數(shù)。當(dāng)s1合上時，打開s2鍵，s1與地相接得到低電平加到u6a的輸入端，u6a輸出高電平加到u6b的輸入端，u6b輸出低電平加至u7b，使u7b輸出高電平，因電容兩端電壓不能躍變，因此在r7上得到高電平加到u7d輸入端，u7d輸出低電平（進(jìn)入暫態(tài)）同時加到u3、u4、u5的清零端，使得u3、u4的qd-qa輸出0000，經(jīng)u1、u2譯碼輸出驅(qū)動u9、u10顯示“00”。因為u7b與u7d組成一個單穩(wěn)態(tài)電路，經(jīng)過較短的時間，u7d的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖剑试Su3、u4、u5計數(shù)。同時u6a輸出高電平加到u7a的輸入端，將u7a打開，讓3腳輸出100khz的振蕩信號經(jīng)u7a加到u5的時鐘脈沖端，使得u5具備時鐘脈沖條件，u5的9、10、7腳接高電平，u5構(gòu)成十分頻器，對時鐘脈沖計數(shù)。當(dāng)u5接收一個脈沖時，u5內(nèi)部計數(shù)加1，如果u5接收到第十個脈沖時，u5的15腳（rco端）輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖阶鳛閡4的時鐘脈沖，從而實現(xiàn)了對振蕩信號的十分頻，產(chǎn)生周期為0.1s的脈沖加至u4的時鐘端。u4的9、10、7腳接高電平，當(dāng)u4接收到來自u5的脈沖時，u4的qd-qa輸出0001加到u2的dcba端，經(jīng)u2譯碼輸出1001111經(jīng)電阻r8r14驅(qū)動數(shù)碼管u10顯示，此時數(shù)碼管顯示“1”，當(dāng)u4計數(shù)到1001時，u4的15腳輸出高電平接到u7c，經(jīng)反相后得到低電平，加到u3的時鐘脈沖端，u3a不具備時鐘脈沖條件，當(dāng)u4再接收一個脈沖時，u4的輸出由1001翻轉(zhuǎn)為0000，此時u4的15腳輸出低電平通過u7c反相輸出高電平，從而得到一上升沿脈沖加至u3的時鐘端，使得u3的qd-qa輸出0001加到u1的dcba輸入端，經(jīng)u1譯碼輸出100111，經(jīng)電阻r1r7驅(qū)動數(shù)碼管u9，數(shù)碼管顯示“1”。如此循環(huán)的計數(shù)，最后數(shù)碼管u9、u10顯示最大值99即9.9秒。 由集成塊、電阻r19、r18、電容c1、c2組成多諧振蕩器，當(dāng)接通電源，電源通過電阻r19與r18對電容c2進(jìn)充電，當(dāng)uc2上升到2/3vcc時，集成塊的3腳輸出低電平，內(nèi)部三極管導(dǎo)通，c2通電阻r19進(jìn)行放電，當(dāng)uc2下降到1/3vcc時，內(nèi)部三極管截止，集成塊的3腳輸出高電平，接著電源又通過電阻r19與r18對電容c2進(jìn)充電，當(dāng)uc2上升到2/3vcc時，集成塊的3腳輸出低電平，如此循環(huán)的充、放電，3腳輸出100hz的矩形方波信號加到u7a的輸入端。2、方框圖：3、功能說明：此電路是由8421碼十進(jìn)制計數(shù)電路，譯碼電路，數(shù)碼顯示電路，自動脈沖產(chǎn)生電路與門電路，手動復(fù)位電路，手動脈沖產(chǎn)生電路和電源電路八部分組成。數(shù)字秒表電路是利用8421碼十進(jìn)制計數(shù)電路的計數(shù)功能，同時利用譯碼驅(qū)動電路，驅(qū)動數(shù)碼顯示電路發(fā)光顯示數(shù)字。其中，自動脈沖產(chǎn)生電路同與門電路組合可以實現(xiàn)059的循環(huán)計數(shù)，手動脈沖產(chǎn)生電路同與門電路組合可以選擇059的任意數(shù)值，手動復(fù)位電路實現(xiàn)手動清零。三、電路設(shè)計：1、 8421碼十進(jìn)制計數(shù)電路和與門電路，自動脈沖產(chǎn)生電路，手動脈沖產(chǎn)生電路，自動脈沖產(chǎn)生電路及手動復(fù)位電路。a、8421碼十進(jìn)制計數(shù)電路采用集成異步十進(jìn)制計數(shù)器74ls90。74ls90是二一五一十進(jìn)制計數(shù)器，將輸入時鐘脈沖clk接于clk0端，并將clk1端與q0端相連，便構(gòu)成8421碼集成異步十進(jìn)制計數(shù)器。74ls90的邏輯圖如下：二一五一十進(jìn)制計數(shù)器74ls90邏輯圖集成異步十進(jìn)制計數(shù)器74ls90的電路圖如下：74ls90的功能表如下：2、 （1）列出邏輯方程組 列出時鐘信號的邏輯表達(dá)式 clk1=q0 ； clk2=q2 ； clk0=clk 激勵方程組 l0=k0=1 ； j1=+ ；k1=1 ; j2=j1=1 ; j3= ; k3=1 （1） 列出狀態(tài)表：b、秒表的個位是通過將該位計數(shù)器的q3與十位計數(shù)器的clk0相連實現(xiàn)逢9向十位進(jìn)1的邏輯功能。c、秒表的十位通過將計數(shù)器的q1、q2相連和mr1，mr2相連，實現(xiàn)逢6清零的功能（祥見 74ls90功能表），其中的與門電路用74ls08實現(xiàn)，其內(nèi)部邏輯圖如下所示：d、自動脈沖產(chǎn)生電路由函數(shù)信號發(fā)生器給出，可以實現(xiàn)059的循環(huán)計數(shù)。e、手動脈沖產(chǎn)生電路可以選擇059的任意數(shù)值，其電路圖如下所示：每按下開關(guān)就有一個脈沖產(chǎn)生，c2起防抖作用。f、手動復(fù)位電路可以實現(xiàn)手動清零，其電路圖如下所示：當(dāng)按下開關(guān)時個位和十位制零。（3）譯碼驅(qū)動電路和數(shù)碼顯示電路譯碼驅(qū)動電路采用74ls47譯碼器，數(shù)碼顯示電路采用七段碼共陽數(shù)碼官，兩者組成了七段顯示驅(qū)動器，其電路圖如下所示：譯碼驅(qū)動電路的設(shè)計需要用一只數(shù)碼管的基本單位是pn結(jié)，加正向電壓時，就能發(fā)出清晰的光線。單個pn結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管，多個pn結(jié)可以組成分段時封裝半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼管將十進(jìn)制數(shù)碼分成七段，每段為一個發(fā)光二極管。在共陽極半導(dǎo)體數(shù)碼管的七段輸入引腳上分別接入相應(yīng)的高低電平，觀察數(shù)碼管所顯示的十進(jìn)制數(shù)，并觀察各段的亮暗關(guān)系。電阻起到限流的作用。8421 bcd碼 二一十進(jìn)制譯碼器真值表：輸入8421代碼輸出對應(yīng)段亮暗顯示字型dcbaabcdefg000000000010000110011111001000100102001100001103010010011004010101001005011011000006011101011117100000000008100100011009（4）電源電路此電路由直流穩(wěn)壓電源給出+5v電壓。四、 整機電路圖電路總體設(shè)計圖：附后五、 安裝調(diào)試與性能檢測1、 焊接（或插接）調(diào)試及性能檢測首先，對元件進(jìn)行合理布局，然后按照原理圖連接各元氣件，連接導(dǎo)線按塊進(jìn)行。焊接完畢后，通電進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試，觀察手動脈沖產(chǎn)生電路，自動脈沖產(chǎn)生電路和手動復(fù)位電路能否均正常工作。若不能正常工作，需根據(jù)電路原理分析非電路進(jìn)行檢查維修，直到電路能夠正常工作為止。2、 性能指標(biāo)測量記錄在調(diào)試過程中，通過測量，電路中各個元器件的性能指標(biāo)均合格。3、元器件清單：（1）按鈕2個（2）數(shù)碼管 2個 （3）74ls08與門 1個（4）無極電容：82pf 1個 （5）74ls47七段譯碼器 2個 （6）74ls90十進(jìn)制計數(shù)器2個（7）電解電容10f/25v 1個（8）電阻：200 14個，10k 2個 二極管 2個六、 心得體會：通過本次課程設(shè)計，我們對數(shù)字秒表電路的工作原理有了較深入的認(rèn)識和了解。經(jīng)過多次通電調(diào)試及維修，實現(xiàn)了電路的手動復(fù)位，手動