電子秒表的設計.doc

電子秒表的設計目 錄一、設計要求 2二、設計的目的與作用 2三、設計的具體體現(xiàn) 2 1. 電子秒表的基本組成 32.電子秒表的工作原理33.電子秒表的原理圖44. 單元電路設計4 5.設計仿真與PCB制版12四、心得體會17五、附錄18六、參考文獻20 一、設計要求1. 以0.01秒為最小單位進行顯示。2. 秒表可顯示0.0159:59:99秒的量程。3. 該秒表具有清零、開始計時、停止計時功能。二、設計方案 方案一：通過單片機來實現(xiàn)電子秒表 基于51單片機電子秒表，設計簡單，而且技術準確，缺點是價格相比于數(shù)字電路實現(xiàn)的秒表技術要昂貴。方案二：采用數(shù)字電路來實現(xiàn)秒表計數(shù)，優(yōu)點是價格便宜，計數(shù)精確，反應較快，缺點是，電路芯片較多，設計電路復雜。經(jīng)過比較選擇了較為經(jīng)濟適用的數(shù)字電路。二、設計的目的與作用1.培養(yǎng)我們運用有關課程的基礎理論和技能解決實際問題，并進一步提高專業(yè)基本技能、創(chuàng)新能力。通過課程設計，學習到設計寫作方法，能用文字、圖形和現(xiàn)代設計寫作方法系統(tǒng)地、正確地表達課程設計和研究成果。2. 熟悉555方波振蕩器的應用。3.熟悉計數(shù)器的級聯(lián)及計數(shù)、譯碼、顯示電路的整體配合。4.建立分頻的基本概念。三、設計的具體體現(xiàn)1.電子秒表的基本組成電子秒表電路的基本組成框圖如圖所示，它主要由基本RS觸發(fā)器、多諧振蕩器、計數(shù)器和數(shù)碼顯示器4個部分組成。電子秒表電路的基本組成（方框圖）如下：基本RS觸發(fā)器多諧振蕩器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器計數(shù)器譯碼顯示器圖（1）電子秒表基本組成方框圖2.電子秒表的工作原理由555定時器構成多諧振蕩器，用來產(chǎn)生50Hz的矩形波。第塊計數(shù)器作5分頻使用，將555輸來的50Hz的脈沖變?yōu)?.1秒的計數(shù)脈沖，在輸出端Qd取得，作為第2塊計數(shù)器的始終輸入，第2、第3塊計數(shù)器QA與CP2相連，都已接成8421碼十進制計數(shù)電路 ，第4塊接成六進制形式，其輸出端與譯碼顯示器的相應輸入端連接，可顯示00:00：0059:59:99s 3.電子秒表的原理圖圖（2）原理圖4. 單元電路設計（1）由NE555P組成的多諧振蕩器(多諧振蕩器) ne555是一種應用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應用。ne555的作用是用內(nèi)部的定時器來構成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。ne555時基電路有兩種封裝形式有，一是dip雙列直插 8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。其他ha17555、lm555、ca555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結構和工作原理都相同。ne555的內(nèi)部結構可等效成23個晶體三極管.17個電阻.兩個二極管.組成了比較器.RS觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構成了一個電阻分壓器.為上.下比較器提供基準電壓.所以稱之為555。555內(nèi)部結構及引腳如下圖所示：圖（3）555內(nèi)部結構及引腳圖 (A)、555時鐘電路可以構成多諧振蕩器，真值表如下： RSTTHRTRIOUTTD0XX0導通123VCC13VCC0導通113VCC不變不變123VCC23VCC13VCC1截止表（1）555功能真值表注明：6腳為THR，觸發(fā)器輸入端，低電平有效。2腳為TRI，閥值輸入端，高電平有效。4腳為RST，總復位端，低電平有效。7腳為DIS，放電端。5腳為CON，控制端。1腳接地，8腳接電源。3腳為輸出端。TD為內(nèi)部三極管。 (B)時鐘信號產(chǎn)生電路圖（4）555組成的多諧振蕩器NE555定時器是一種電路結構簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。利用閉合回路的反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩。TTL電路延遲時間短，難以控制頻率。電路接入RC回路有助于獲得較低的振蕩頻率，由于門電路的作用時間極短，TTL電路自有幾十納秒，所以想獲得稍低一些的振蕩頻率式很困難的，而且頻率不易調(diào)節(jié)。在電路中接入RC電路可以有助于獲得較低的振蕩頻率，而且通過改變R，C的數(shù)值可以很容易實現(xiàn)對頻率的調(diào)節(jié)。振蕩電路是數(shù)字秒表的核心部分，電容充放電的速度決定了電路的振蕩頻率R1 .R2 .C決定了多諧振蕩器的周期，即決定了形成的方波的頻率利用閉合回路中的負反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩，利用閉合回路中的延遲負反饋作用也能產(chǎn)生自激振蕩，只要負反饋作用足夠強。為了得到頻率更加準確的頻率信號，加入了電容和電阻，其中電容為0.01uf和0.1uf，電阻為100K歐姆。（2） 基本RS觸發(fā)器圖（5）RS觸發(fā)器電路用集成與非門構成基本RS觸發(fā)器，屬低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復位的功能。它的一路輸出 作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出作為與非門的輸入控制信號。 按動按鈕開關J1（接地），則門1輸出 =1；門2輸出Q=0，J1復位后Q、 狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關J2，則Q由0變?yōu)?，門5開啟，為計數(shù)器啟動作好準備。 由1變?yōu)?，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作?；綬S觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作.（3）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖（6）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路用集成與非門構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負脈沖信號Vi由基本RS觸發(fā)器 端提供，輸出負脈沖Vo通過非門加到計數(shù)器的清除端R。靜態(tài)時，門4應處于截止狀態(tài)，故電阻R必須小于們的關門電阻Roff。定時元件RC取值不同，輸出脈沖寬度也不同。當觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的Rp和Cp。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計數(shù)器提供清零信號。（4）計數(shù)及譯碼顯示（A）74L160(計數(shù)器)簡介74LS160是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器，他可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能它的引腳功能如下：圖（7）74LS160引腳圖功能表如下：當清零端CR=“0”，計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。當CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關系是CO=Q0Q1Q2Q3CET。合理應用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。（B）十進制加法計數(shù)器74LS160與譯碼顯示器構成電子秒表的計數(shù)單元圖（8）電子表秒計數(shù)單元電路5. 設計仿真與PCB制版1.、將各部分電路在MULTISIM11中連接并進行仿真（1） 時鐘發(fā)生器的仿真用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使輸出100Hz矩形波。仿真結果如下：圖（9）多諧振蕩器信號波形圖（2）與非門基本RS觸發(fā)器的仿真用示波器觀察基本 RS 觸發(fā)器的波形圖如下（先閉合J1后再打開J1，再閉合J2后再打開）。仿真結果如下：圖（10）RS觸發(fā)器仿真圖(3) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的仿真將啟停電路單元的按鈕按下, 則此電路輸出一個有效信號（負脈沖），但持續(xù)時間很短。仿真結果如下：圖（11）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形（4）計數(shù)電路的仿真仿真結果如下:圖（12）計數(shù)單元的仿真2.電子秒表的整體測試各單元電路測試正常后，按總圖把幾個單元電路連接起來，進行電子秒表的總體仿真。仿真結果如下：圖（13）電子秒表總體仿真圖3.PCB版電路電路制作 在MULTISIM11畫好電路圖，仿真成功以后，設置個原件封裝，直接導出網(wǎng)絡表。在protell99se中導入生成的網(wǎng)絡表截圖可見電子秒表網(wǎng)絡表（2）PCB制版PCB制版圖四.心得體會經(jīng)過這次的數(shù)字電子秒表課程設計后，我從中學到了好多東西。綜合我們上一個學期的數(shù)字電子技術基礎課，我們已經(jīng)對數(shù)字電子技術有一定的了解，主要是我們熟悉了protell99se軟件和multisim11兩個軟件。加上之前學過的電路課和模擬電子技術基礎課，我們可以獨立完成電路CAD基礎課程設計了。不過，在課設當中還是遇到許多不懂的問題，都積極向老師同學請教，基本都攻克了難題。學會了設計數(shù)字電子電路的一般方法，還進一步熟悉數(shù)字電子器件的使用。課設過程中遇到的問題:1、在繪制電路圖的過程中對數(shù)電中學習過的555芯片不是很熟悉，通過上網(wǎng)查找，發(fā)現(xiàn)555產(chǎn)生方波的參數(shù)方程為T=1.1RC，這是一個很關鍵的方程，調(diào)節(jié)RC可以改變方波周期，使我能夠順利的得到100HZ的方波。2、在生成網(wǎng)絡表后，在protel99se中導入網(wǎng)絡表，產(chǎn)生許多問題，例如：multisim中的封裝名跟protel中的不一樣，或者是封裝原件沒有，最關鍵的問題是在pcb板上有好幾個74ls160，考慮怎么能減少，將各個與非門合并到一個74ls160中，進過向老師請教，修改了原來的電路原理圖，找到了解決辦法，從新生成網(wǎng)絡表，在pcb中減少了4個74ls160，感覺原件減少了許多。這個課程設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們的課程設計的質量，希望能在以后的時間里認真學習好這些基礎的東西。我對這個課程設計課有著深刻的體會：要想做好這個課程設計，就必須認認真真地去做，不要怕麻煩，遇到不懂的問題就要主動去問同學或者老師。最后我希望課程設計課能夠再多一點給我們提供動手的機會，并讓我們多點發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造能力，這樣可以在學到東西的同時又能發(fā)散大家的思維。總之，通過這次練習我有了很多收獲。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設計思維，增強了動手能力。五.附錄元器件清單：序號名稱型號數(shù)量備注1計數(shù)器74LS9042