電子秒表計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì).doc

電子秒表的設(shè)計(jì)電子秒表的設(shè)計(jì) 摘要摘要 目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī) 自動(dòng)控制 電子測(cè)量?jī)x表 電視 雷達(dá) 通信等各個(gè)領(lǐng)域 例如在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中 數(shù)字測(cè)量?jī)x表不僅比 模擬測(cè)量?jī)x表精度高 功能強(qiáng) 而且容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化和智能化 隨著集 成技術(shù)的發(fā)展 尤其是中 大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展 數(shù)字電子技術(shù) 的應(yīng)用范圍將會(huì)更廣泛地滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門 并將產(chǎn)生越來(lái)越深刻的 影響 隨著現(xiàn)代社會(huì)的電子科技的迅速發(fā)展 要求我們要理論聯(lián)系實(shí)際 數(shù)字 電路課題設(shè)計(jì)的進(jìn)行使我們有了這個(gè)非常好的機(jī)會(huì) 通過(guò)這種綜合性訓(xùn)練 我 們的動(dòng)手能力 實(shí)際操作能力 綜合知識(shí)應(yīng)用能力得到了更好的提升 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是電子秒表 電子秒表是用于測(cè)量較短且較精確的時(shí)間 它 在體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目上有著廣泛的應(yīng)用 本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用了多種數(shù)字電路中的單元電 路 如基本 RS 觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 時(shí)鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)器 譯碼顯示器等 我 相信通過(guò)本次實(shí)驗(yàn) 將進(jìn)一步加深對(duì)各數(shù)字單元電路的理解 同時(shí)也對(duì)基礎(chǔ)電子 設(shè)計(jì)有一定的了解 為今后的學(xué)習(xí)和工作打下一定的基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 電子秒表 基本 RS 觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 時(shí)鐘發(fā)生器 計(jì)數(shù)器 譯碼顯示 器 The Design of Digital Stopwatch Abstract Current digital electronics technology has been widely used in computers automatic control electronic measuring instruments TV radar communications and other fields For example in the modern measurement technology digital measuring instrument is not only accurate than analog gauges powerful and easy measurement of automation and intelligence With the integration of technology particularly in large scale and ultra large scale integrated circuit development application of digital electronic technology will be more widely infiltrated into all sectors of the national economy and will have more profound impact With modern society the rapid development of electronic technology requires us to integrate theory with practice digital circuit design the project so that we have this great opportunity through this comprehensive training our ability practical skills ability of comprehensive knowledge applications get better promotion The course design is the subject of electronic stopwatch Stopwatch is a shorter and more accurate for measuring time it projects in sports has been widely used The design of the application of a variety of digital circuit elements in the circuit such as basic RS flip flop one shot the clock generator and counter decoder display I believe that through this experiment will further deepen the understanding of the digital cell circuits but also on the basis of a certain electronic design understanding for future study and work to lay a certain foundation Keywords electronic stopwatch the basic RS flip flop one shot the clock generator counters decoding display 目目 錄錄 1 1 電子秒表介紹電子秒表介紹 1 1 2 2 電子秒表功能要求及元器件介紹電子秒表功能要求及元器件介紹 3 3 2 1 電子秒表基本功能 3 2 2 元器件介紹 3 2 2 1 74LS00 與非門 3 2 2 2 基本 RS 觸發(fā)器 4 2 2 3 555 定時(shí)器 5 2 2 4 555 多諧振蕩器 7 2 2 5 74LS90 計(jì)數(shù)器 8 2 2 6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 10 3 3 電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì) 1 11 1 3 1 電路設(shè)計(jì)方案 11 3 1 1 工作原理 11 3 1 2 計(jì)數(shù)器工作波形圖 11 3 2 核心電路設(shè)計(jì) 13 3 2 1 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) 13 3 2 2 主控電路設(shè)計(jì) 13 4 4 PCBPCB 板的制作板的制作 1 15 5 4 1 PCB 板設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則 7 15 4 1 1 布局 15 4 1 2 布線 15 4 1 3 焊盤 16 4 2 PCB 板電路抗干擾措施 16 4 2 1 電源線設(shè)計(jì) 16 4 2 2 地線設(shè)計(jì) 16 4 3 制板 16 4 4 焊接的基本常知識(shí) 17 4 5 元器件的安裝 18 5 5 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試 1 19 9 5 1 基本 RS 觸發(fā)器的調(diào)試 19 5 2 555 多諧振蕩器的調(diào)試 19 5 3 計(jì)數(shù)器的調(diào)試 19 5 4 譯碼器的調(diào)試 20 5 5 電子秒表的整體調(diào)試 20 5 6 系統(tǒng)的功能 20 5 7 1 設(shè)計(jì)小結(jié) 21 5 7 2 設(shè)計(jì)收獲及體會(huì) 21 5 7 3 改善設(shè)計(jì)的建議 21 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 2 23 3 致謝致謝 2 24 4 附錄附錄 1 1 電子秒表裝配圖電子秒表裝配圖 2 25 5 附錄附錄 2 2 電子秒表電子秒表 PCBPCB 版圖版圖 2 26 6 附錄附錄 3 3 電子秒表實(shí)驗(yàn)原理圖電子秒表實(shí)驗(yàn)原理圖 2 27 7 附錄附錄 4 4 電子秒表電路板實(shí)圖電子秒表電路板實(shí)圖 2 28 8 1 1 1 電子秒表介紹電子秒表介紹 電子秒表是一種較先進(jìn)的電子計(jì)時(shí)器 目前國(guó)產(chǎn)的電子秒表一般都是利 用石英振蕩器的振蕩頻率作為時(shí)間基準(zhǔn) 采用6 位液晶數(shù)字顯示時(shí)間 電 子秒表的使用功能比機(jī)械秒表要多 它不僅能顯示分 秒 還能顯示時(shí) 日 月及星期 并且有1 l00s 的功能 一般的電子秒表連續(xù)累計(jì)時(shí)間為59min 59 99s 可讀到 1 l00s 平均日差 0 5s 電子秒表配有三個(gè)按鈕 如圖所示 圖中為秒表按鈕 為功能變換按 鈕 為調(diào)整按鈕 基本顯示的計(jì)時(shí)狀態(tài)為 時(shí) 分 秒 電子秒表的基本使用方法如下 1 在計(jì)時(shí)器顯示的情況下 將按鈕 按住 2s 即可出現(xiàn)秒表功能 如 圖 a 所示 按一下按鈕 開(kāi)始自動(dòng)計(jì)秒 再按一下 按鈕 停止計(jì)秒 顯 示出所計(jì)數(shù)據(jù) 如圖 b 所示 按住 兩秒 則自動(dòng)復(fù)零 即恢復(fù)到圖 a 所示狀態(tài) 圖 1 1 電子秒表 2 若要紀(jì)錄甲 乙兩物體同時(shí)出發(fā) 但不同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 可采 用雙計(jì)時(shí)功能方式 即首先按住 兩秒鐘 秒表出現(xiàn)如圖 a 所示的狀態(tài) 然后按一下 秒表開(kāi)始自動(dòng)計(jì)秒 待甲物體到達(dá)終點(diǎn)時(shí)再按一下 則顯 示甲物體的計(jì)秒數(shù)停止 此時(shí)液晶屏上的冒號(hào)仍在閃動(dòng) 內(nèi)部電路仍在繼續(xù) 為乙物體累積計(jì)秒 把甲物體的時(shí)間記錄下后 再按一下 顯示出乙物體 的累積計(jì)數(shù) 待乙物體到達(dá)終點(diǎn)時(shí) 再按一下 冒號(hào)不閃動(dòng) 顯示出乙物 體的時(shí)間 這時(shí)若要再次測(cè)量就按住 兩秒 秒表出現(xiàn) a 所示的狀態(tài) 若 需要恢復(fù)正常計(jì)時(shí)顯示 可按一下 秒表就進(jìn)入正常計(jì)時(shí)顯示狀態(tài) 在圖 c 中顯示出 9h 17min 18s 3 若需要進(jìn)行時(shí)刻的校正與調(diào)整 可先 持續(xù)按往 待顯示時(shí) 分 秒的計(jì)秒數(shù)字閃動(dòng)時(shí) 松開(kāi) 然后間斷地按 直到顯示出所需要調(diào)整的正確秒數(shù)時(shí)為止 如還需校正分 可按一下 2 此時(shí) 顯示分的數(shù)字閃動(dòng) 再間斷地按 直到顯示出所需的正確分?jǐn)?shù)時(shí) 為止 時(shí) 日 月及星期的調(diào)整方法同上 3 2 2 電子秒表功能要求及元器件介紹電子秒表功能要求及元器件介紹 2 12 1 電子秒表基本功能電子秒表基本功能 電子秒表通過(guò)十分巧妙的設(shè)計(jì)僅用 8 塊數(shù)字芯片便實(shí)現(xiàn)了其計(jì)數(shù)功能 結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉 電子秒表的顯示是由 2 位 LED 數(shù)碼管組成 能夠顯示 0S 9 9S 當(dāng)需要計(jì)時(shí)的時(shí)候只需要按下計(jì)時(shí)按鈕就可以計(jì)時(shí) 當(dāng)需要暫停與清零 時(shí)也可以通過(guò)控制按鈕就可以實(shí)現(xiàn) 2 22 2 元器件介紹元器件介紹 2 2 12 2 1 74LS0074LS00 與非門與非門 一 電路組成 與非門 74LS00 是一種四 2 輸入的與非門 其內(nèi)部有四個(gè)兩輸入端的與非 門 其電路圖和引腳及其真值表如圖 2 1 所示 在圖 2 1 中 引腳 7 和 14 分別接地 GND 和電源 5V 左右 圖 2 1 74LS00 與非門電路圖和引腳以及真值表 二 工作原理 1 1 輸入有低電平時(shí) 設(shè)輸入端 A 為低電平 0 35V B 為高電平 3 4V 由圖 2 2 可知 與 A 端相連的肖特基二極管 VD3 正偏 流過(guò) R1 的 IR1 通過(guò) VD3 流入 A 輸入端 假設(shè) UVD3 0 35 則 UB2 0 7V 三極管 V2 V5 V6 截止 UC2 約為 5V 左右 V3 和 V4 導(dǎo)通 輸出高電平 UOH UC2 UBE3 UBE4 5 0 7 0 7 3 6V 考 慮到 R4 上存在著電壓 應(yīng)產(chǎn)生一定的電流 V3的基極也有一定的電流 在 R2 上會(huì)產(chǎn)生一定的壓降 實(shí)際的輸出高電平約為 3 4V 在此狀態(tài)下 輸出管 V5 4 截止 故稱截止?fàn)顟B(tài)或關(guān)門狀態(tài) 此時(shí) V3 和 V4 導(dǎo)通 從輸出端看進(jìn)去的等 效電阻是很 R1 20k R2 8k R5 120k R4 4k R3 1 5k R6 3k VD1 VD5 VD6 VD4 VD3 VD2 V2 V6 V3 V4 V5 VCC A B Y 圖 2 2 74LS00 與非門工作原理 小的 相當(dāng)于射極跟隨器的輸出電阻 2 輸入全為高電平時(shí) 輸入全為高電平 3 4V VD3 VD4截止 電源電壓 VCC 通過(guò)電阻 R1向 V2注入基極驅(qū)動(dòng)電流 使 V2飽和 V2導(dǎo)通后 就向 V5的基 極注入電流 使 V5管工作于抗飽和狀態(tài) 故輸出低電平 UOL 0 35V 這時(shí) UE2 0 7V UC2 UE2 UCES2 1V UC2這個(gè)電壓不足以使 V3和 V4都導(dǎo)通 所以 V4截 止 輸出端和電源之間可看成開(kāi)路 減少了電路功耗 此時(shí) 輸出管 V5飽和導(dǎo)通 故稱為導(dǎo)通狀態(tài)或開(kāi)門狀態(tài) 由以上分析可知 當(dāng)電路的任一輸入端有低電平時(shí) 輸出為高電平 當(dāng)輸 入全為高電圖平時(shí) 輸出為低電平 即偶 0 或 1 全 1 出 0 電路輸出與輸入為 與非邏輯關(guān)系 即 Y AB 2 2 22 2 2 基本基本 RSRS 觸發(fā)器觸發(fā)器 用集成與非門構(gòu)成的基本 RS 觸發(fā)器屬于低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器 有直接 置位和復(fù)位的功能 本次設(shè)計(jì)所用的基本 RS 觸發(fā)器構(gòu)成圖如圖2 3 K2 Q1 5 圖 2 3 基本 RS 觸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖 基本 RS 觸發(fā)器的一路輸出 Q1 作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入 另一路輸出 Q2 作 為多諧振蕩器輸出端的控制信號(hào) R SQ1 Q2 1 00 1 0 11 0 1 1 保持 0 0 禁止 表 2 1 基本 RS 觸發(fā)器的功能表 根據(jù)基本 RS 觸發(fā)器的功能表 表 2 1 可知 當(dāng)按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān) S2 到接地 時(shí) 則門 1 的輸出 Q1 1 高電平 門 2 的輸出 Q2 0 低電平 S2 復(fù)位后 Q1 Q2 的狀態(tài)保持不變 再按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān) S1 則 Q2 由 0 變?yōu)?1 為計(jì)數(shù)器啟 動(dòng)作好準(zhǔn)備 Q1 由 1 變?yōu)?0 送出負(fù)脈沖 啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作 該基本 RS 觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動(dòng)和停止秒表的工作 2 2 32 2 3 555555 定時(shí)器定時(shí)器 2 555 定時(shí)器 又稱時(shí)基電路 是一個(gè)模擬與數(shù)字混合型的集成電路 按其 工藝分雙極型和 CMOS 型兩類 其應(yīng)用非常廣泛 之所以稱為 555 是因?yàn)樵摷?成電路內(nèi)部有三個(gè) 5K 的分壓電阻 圖 2 4 是 555 定時(shí)器內(nèi)部組成框圖 它主 要由兩個(gè)高精度電壓比較器 A1 A2 一個(gè) RS 觸發(fā) 器 一個(gè)放電三級(jí)管和三個(gè) 5K 電阻的分壓器而構(gòu)成 K2 K1 Q1 Q2 6 1 腳 外接電源負(fù)端 VSS或接地 一般情況下接地 2 腳 低觸發(fā)端 3 腳 輸出端 Vo TL 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 22 Jun 2005Sheet of File E 書書書 書書書書書書書 書書書書 ddbDrawn By 5K 5K 5K T Q Q A A S R V1 V2 1 D Q V TH TL VR CC VSS 1 2 84 5 6 3 7 1 2 C D 圖 2 4 555 定時(shí)器內(nèi)部組成框圖 4 腳 是直接清零端 當(dāng)端接低電平 則時(shí)基電路不工作 此時(shí)不論 DRDRTL TH 處于何電平 時(shí)基電路輸出為 0 該端不用時(shí)應(yīng)接高電平 5 腳 VC為控制電壓端 若此端外接電壓 則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電 壓 當(dāng)該端不用時(shí) 應(yīng)將該端串入一只 0 01 F 電容接地 以防引入干擾 6 腳 TH 高觸發(fā)端 7 腳 放電端 該端與放電管集電極相連 用做定時(shí)器時(shí) 電容的放電 8 腳 外接電源 VCC 雙極型時(shí)基電路 VCC的范圍是 4 5 16V CMOS 型時(shí)基電路 VCC的范圍為 3 18V 一般用 5V 555 定時(shí)器的功能見(jiàn) 表 2 2 清零端 DR 高觸發(fā)端 TH 低觸發(fā)端 TL Qn 1 放電管 T 功能 0 0 導(dǎo)通 直接清 零 1CC V 3 2 CC V 3 1 0 導(dǎo)通置 0 1CC V 3 2 CC V 3 1 1 截止置 1 1CC V 3 2 CC V 3 1 Qn 不變保持 7 表 2 2 555 定時(shí)器的功能表 由于 555 定時(shí)器有著特定的功能 它可構(gòu)成多種數(shù)字元件 例如 555 單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器 多諧振蕩器 施密特觸發(fā)器等 因此 555 定時(shí)器在電子技術(shù)領(lǐng)域得 到了廣泛的應(yīng)用 2 2 42 2 4 555555 多諧振蕩器多諧振蕩器 3 本次設(shè)計(jì)中所用的多諧振蕩器是由 555 定時(shí)器構(gòu)成 其電路圖如圖2 5 對(duì)于 555 多諧振蕩器 當(dāng)電源接通后 電容 C 被充電 VC 上升 當(dāng) VC 上 升到 2 3VCC 時(shí) 觸發(fā)器被復(fù)位 同時(shí)放電 BJT T 導(dǎo)通 此時(shí) V0 為低電平 電 容 C 通過(guò) R2 和 T 放電 使 VC 下降 當(dāng)下降到 1 3VCC 時(shí) 圖 2 5 555 定時(shí)器電路圖 觸發(fā)器又被置位 V0 翻轉(zhuǎn)為高電平 電容器放電所需時(shí)間為 TPL R2Cln2 0 7R2C 2 1 當(dāng)放電結(jié)束時(shí) T 截止 VCC 將通過(guò) R1 R2 向電容 C 充電 VC 由 1 3VCC 上升到 2 3VCC 所需的時(shí)間為 TPH R1 R2 C ln2 0 7 R1 R2 C 2 Vo 8 2 當(dāng) VCC 上升到 2 3VCC 時(shí) 觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn) 如此周而復(fù)始 在輸出端就 得到一個(gè)周期性的方波 其頻率為 F 1 TPL TPH 1 43 R1 2R2 C 2 3 在本次設(shè)計(jì)中 555 多諧振蕩器為計(jì)數(shù)器 1 提供頻率為 50HZ 的矩形脈 沖信號(hào) 2 2 52 2 5 74LS9074LS90 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 74LS90 計(jì)數(shù)器是一種異步的二 五 十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 它既可以作為二進(jìn) 制的計(jì)數(shù)器 又可以作為五進(jìn)制和十進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器 在本次設(shè)計(jì)中它既被 用來(lái)構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器 1 又被用來(lái)構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 2 與計(jì)數(shù)器 3 圖 2 6 為 74LS90 的引腳排列圖 圖 2 6 為 74LS90 的引腳排列圖 通過(guò)不同的連接方式 74LS90 可以實(shí)現(xiàn) 4 種不同的邏輯功能 而且還可 以借助 R0 1 R0 2 對(duì)計(jì)數(shù)器清零 借助 R9 1 R9 2 將計(jì)數(shù)器置 9 表 2 3 為其功能表 其具體功能如下 1 當(dāng)計(jì)數(shù)器脈沖從 CK1 輸入 QA 作為輸出端 為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 2 當(dāng)計(jì)數(shù)器脈沖從 CK2 輸入 QD QC QB 作為輸出端 為異步五進(jìn)制加 法計(jì)數(shù)器 9 3 若將 CK2 和 QD 相連 計(jì)數(shù)脈沖由 CP1 輸入 QA QB QC 和 QD 作為 輸出端 則構(gòu)成異步 8421 碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 表 2 3 74LS90 計(jì)數(shù)器功能表 4 4 若將 CK1 和 QA 相連 計(jì)數(shù)脈沖由 CP2 輸入 QA QB QC 和 QD 作為 輸出端 則構(gòu)成異步 5421 碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 5 清零 置 9 功能 a 異步清零 當(dāng) R0 1 R0 2 均為 1 且 R9 1 R9 2 中有 0 時(shí) 可以實(shí)現(xiàn)異步清零功能 即 Q3Q2Q1Q0 0000 輸入 輸出 清 0 置 9 時(shí)鐘 R0 1 R0 2 R9 1 R9 2 CKA CKB QD QC QB QA 功能 1 1 0 X X 0 X X 0 0 0 0 清 0 0 X X 0 1 1 X X 1 0 0 1 置 9 1 QA 輸出 二進(jìn)制計(jì)數(shù) 1 QD QC QB 輸出 五進(jìn)制計(jì)數(shù) QA QD QC QB QA 輸 出 8421BCD 碼 十進(jìn)制計(jì)數(shù) QD QD QC QB QA 輸 出 5421BCD 碼 十進(jìn)制計(jì)數(shù) 0 X X 0 0 X X 0 1 1 不變 保持 10 b 置 9 功能 當(dāng) S9 1 S9 2 均為 1 且 R0 1 R0 2 中有 0 時(shí) 可以實(shí)現(xiàn)置 9 功能 即 QAQBQCQD 1001 74LS90 計(jì)數(shù)器除了有以上功能外還有分頻作用 因 74LS90 計(jì)數(shù)器可以構(gòu) 成二 五 十三種計(jì)數(shù)器 即可實(shí)現(xiàn)二分頻 五分頻和十分頻 2 2 62 2 6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖 2 7 為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖 2 8 為各點(diǎn)波形圖 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)脈沖信號(hào) V1 由基本 RS 觸發(fā)器 端提供 輸出負(fù)脈 沖 V0 通過(guò)非門加到計(jì)數(shù)器的清除端 R 靜態(tài)時(shí) 門 4 應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài) 故電阻 R 必須小于門的關(guān)門電阻 ROFF 定 時(shí)元件 RC 取值不同 輸出脈沖寬度也不同 當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度 時(shí) 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(jì)數(shù)器提供清零信號(hào) 圖 2 7 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 11 圖 2 8 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器各點(diǎn)波形圖 3 3 電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì) 3 13 1 電路設(shè)計(jì)方案電路設(shè)計(jì)方案 根據(jù)題目的要求 主要設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng) 譯碼驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼顯示系統(tǒng) 控 制系統(tǒng) 一個(gè)穩(wěn)壓電源 其主要核心技術(shù)在于產(chǎn)生秒信號(hào)的計(jì)數(shù)脈沖與計(jì)數(shù)器 之間的級(jí)聯(lián) 其組成原理框圖如圖 3 1 所示 原理圖見(jiàn)附錄三 數(shù)碼管 數(shù)碼管 數(shù)碼管 譯碼驅(qū)動(dòng) 器 譯碼驅(qū)動(dòng) 器 譯碼驅(qū)動(dòng) 器 計(jì)數(shù)器 3 計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)器 1 控制端 頻 率 振 蕩 源 穩(wěn)壓電源 3 1 電路組成原理框圖 3 1 13 1 1 工作原理工作原理 電子秒表是由頻率振蕩源產(chǎn)生 50HZ 的脈沖信號(hào)經(jīng)控制端送入 0 01S 位計(jì) 數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù) 而 0 01S 計(jì)數(shù)器位的構(gòu)成是五進(jìn)制計(jì)數(shù)器當(dāng)其記滿 5 個(gè)脈沖時(shí) 自動(dòng)歸零 同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位脈沖 0 1S 位計(jì)數(shù)器 0 1S 位就開(kāi)始工作 而 12 0 1S 位計(jì)數(shù)器的構(gòu)成是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器當(dāng)其記滿 10 個(gè)脈沖自動(dòng)歸零 同時(shí)也會(huì) 產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位脈沖 1S 位計(jì)數(shù)器 1S 位就開(kāi)始工作它的構(gòu)成也是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù) 器 當(dāng)其記滿后會(huì)自動(dòng)歸零 3 1 23 1 2 計(jì)數(shù)器工作波形圖計(jì)數(shù)器工作波形圖 計(jì)數(shù)器工作波形圖 5 如圖 3 2 所示 13 圖 3 2 計(jì)數(shù)器工作波形圖 3 23 2 核心電路設(shè)計(jì)核心電路設(shè)計(jì) 3 2 13 2 1 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) 在這里 74LS90 計(jì)數(shù)器 1 接成五進(jìn)制的形式所構(gòu)成 它是用來(lái)將由多諧振 蕩器產(chǎn)生的 50HZ 的矩形方波進(jìn)行計(jì)數(shù) 用來(lái)記錄秒表的 0 01S 位 見(jiàn)圖 3 3 6 圖 3 3 計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)圖 計(jì)數(shù)器 2 是由 74LS90 計(jì)數(shù)器接成十進(jìn)制形式構(gòu)成的 它是用來(lái)記錄秒 表的 0 1S 位 并用譯碼顯示器來(lái)顯示 由于計(jì)數(shù)器 2 是十進(jìn)制 當(dāng)其計(jì)數(shù) 14 到 9 的時(shí)候 就會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào) 而該進(jìn)位信號(hào)就作為計(jì)數(shù)器 3 的輸入信號(hào) 計(jì)數(shù)器 3 也是由 74LS90 計(jì)數(shù)器接成十進(jìn)制形式構(gòu)成的 只是它是作為秒表 的高位計(jì)數(shù)單位 即最小計(jì)數(shù)單位為 1 秒 并用譯碼顯示器來(lái)顯示 當(dāng)其計(jì)數(shù) 到 9 的時(shí)候就會(huì)返回到 0 此時(shí)計(jì)數(shù)器就會(huì)重新開(kāi)始計(jì)數(shù) 秒表也會(huì)重新開(kāi)始 顯示時(shí)間 3 2 23 2 2 主控電路設(shè)計(jì)主控電路設(shè)計(jì) 1 基本 RS 觸發(fā)器與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器之間的聯(lián)接 基本 RS 觸發(fā)器通過(guò)其輸出端的復(fù)位和置零來(lái)控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是否工作 當(dāng)其輸出端 Q1 為高電平時(shí) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能被觸發(fā) 即停止工作 當(dāng)其輸出 端 Q1 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能被觸發(fā) 即開(kāi)始工作 2 基本 RS 觸發(fā)器與 555 多諧振蕩器之間的聯(lián)接 由于多諧振蕩器屬于自激型的振蕩器 不需要外界的觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生矩 形脈沖方波 基本 RS 觸發(fā)器與多諧振蕩器之間的聯(lián)接是通過(guò)用一個(gè)與非門將兩 者的輸出端相連 因此只有當(dāng)基本 RS 觸發(fā)器的輸出為高電平時(shí) 與非門才能打 開(kāi) 此時(shí)多諧振蕩器所產(chǎn)生的信號(hào)才能通過(guò)與非門輸出去 在這里基本 RS 觸發(fā) 器就起到了控制多諧振蕩器輸出的作用 15 4 4 PCBPCB 板的制作板的制作 4 14 1 PCBPCB 板設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則板設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則 7 7 4 1 14 1 1 布局布局 首先 要考慮電氣要求 散熱 封裝尺寸等 在確定 PCB 尺寸后 再確定 特殊元件的位置 最后 根據(jù)電路的功能單元 對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局 1 盡可能縮短高頻元器件之間的連線 設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互 間的電磁干擾 易受干擾的元器件不能相互挨得太近 輸入和輸出元件應(yīng)盡量 遠(yuǎn)離 2 某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差 應(yīng)加大它們之間的距離 以免放電引出意外短路 帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的 地方 3 重量超過(guò) 15g 的元器件 應(yīng)當(dāng)用支架加以固定 然后焊接 那些又大 又重 發(fā)熱量多的元器件 不宜裝在印制板上 而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上 且應(yīng)考慮散熱問(wèn)題 熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件 4 對(duì)于電位器 可調(diào)電感線圈 可變電容器 微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布 局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求 若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié) 應(yīng)放在印制板上方便于調(diào)節(jié)的地方 若是機(jī)外調(diào)節(jié) 其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng) 16 5 應(yīng)留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置 4 1 24 1 2 布線布線 1 輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行 最好加線間地線 以免發(fā) 生反饋藕合 2 印制攝導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和流過(guò)它 們的電流值決定 當(dāng)銅箔厚度為 0 05mm 寬度為 1 15mm 時(shí) 通過(guò) 2A 的電 流 溫度不會(huì)高于 3 因此 導(dǎo)線寬度為 1 5mm 可滿足要求 對(duì)于集成電路 尤其是數(shù)字電路 通常選 0 02 0 3mm 導(dǎo)線寬度 當(dāng)然 只要允許 還是盡可能 用寬線 尤其是電源線和地線 導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣 電阻和擊穿電壓決定 對(duì)于集成電路 尤其是數(shù)字電路 只要工藝允許 可使 間距小至 5 8mm 3 印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形 而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電 氣性能 此外 盡量避免使用大面積銅箔 否則 長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí) 易發(fā)生銅箔 膨脹和脫落現(xiàn)象 必須用大面積銅箔時(shí) 最好用柵格狀 這樣有利于排除銅箔 與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體 4 1 34 1 3 焊盤焊盤 焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些 焊盤太大易形成虛焊 焊盤外徑 D 一般不小于 d 1 2 mm 其中 d 為引線孔徑 對(duì)高密度的數(shù)字電路 焊盤最小 直徑可取 d 1 0 mm 4 24 2 PCBPCB 板電路抗干擾措施板電路抗干擾措施 4 2 14 2 1 電源線設(shè)計(jì)電源線設(shè)計(jì) 根據(jù)印制線路板電流的大小 盡量加租電源線寬度 減少環(huán)路電阻 同時(shí) 使電源線 地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致 這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力 4 2 24 2 2 地線設(shè)計(jì)地線設(shè)計(jì) 8 地線設(shè)計(jì)的原則是 1 數(shù)字地與模擬地分開(kāi) 若線路板上既有邏輯電路又有線性電路 應(yīng)使 它們盡量分開(kāi) 低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地 實(shí)際布線有困難時(shí)可 部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地 高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地 地線應(yīng)短而租 高頻 元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔 17 2 接地線應(yīng)盡量加粗 若接地線用很紉的線條 則接地電位隨電流的變 化而變化 使抗噪性能降低 因此應(yīng)將接地線加粗 使它能通過(guò)三倍于印制板 上的允許電流 如有可能 接地線應(yīng)在 2 3mm 以上 3 接地線構(gòu)成閉環(huán)路 只由數(shù)字電路組成的印制板 其接地電路布成團(tuán) 環(huán)路大多能提高抗噪聲能力 4 34 3 制板制板 對(duì)于手工自制印刷電路板 按板面的實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸剪裁敷銅板可用鋼鋸沿 邊線鋸開(kāi) 將敷銅板表面處理后 直接在銅箔面涂保護(hù)層 表面處理 可用水砂 紙去氧化層和油污 然后將打印好 PCB 轉(zhuǎn)印紙鋪在敷銅板上通過(guò)熱壓機(jī)將 PCB 印在敷銅板上 然后在板子放入配好的三氯化鐵溶液中 濃度在 28 42 之間 不斷搖晃 加速反應(yīng) 待把能看見(jiàn)的銅都腐蝕完了之后把扳子從三氯化鐵溶液 中取出來(lái)用清水洗凈 用砂紙將沒(méi)有被腐蝕的銅表面沙干凈 然后再把已經(jīng)配 好的松香酒精溶液立即涂在洗凈晾干的印制電路板上 使它分布均勻且很薄 再加熱烘干到不粘手為止 最后在鉆孔 完成制板的最后工作 4 44 4 焊接的基本常知識(shí)焊接的基本常知識(shí) 9 首先是選擇電烙鐵 對(duì)于小型的電子制作項(xiàng)目 20W 的烙鐵就能滿足要求 如果初學(xué)焊接時(shí)使用大功率烙鐵 很容易燙壞元件 再次 注意焊錫與助焊劑的選用 千萬(wàn)不要使用酸性助焊劑 否則對(duì)烙鐵 頭和電路板都有腐蝕作用 最好使用含松香芯的焊錫絲 用松香或松香酒精溶 液作助焊劑 砂紙打磨是重要的過(guò)程 否則更難上錫甚至上不上錫 正確的方 法是用細(xì)砂紙輕磨幾下 再用烙鐵頭磨蹭引腳 如果引腳只有少數(shù)部位能上錫 這種元器件就得用砂紙多磨幾下引腳 否則會(huì)成為虛焊的隱患 搪錫后 將引腳插入通孔 用鑷子夾住引腳根部 再用烙鐵接觸引腳和通 孔 一旦焊錫流滿通孔 應(yīng)立即移開(kāi)烙鐵 此時(shí)應(yīng)注意 第一 烙鐵應(yīng)與引腳 接觸 第二 焊接的時(shí)間要短 一般不宜超過(guò)三秒 第三 撤離烙鐵后千萬(wàn)不 可晃動(dòng)引腳 必須要焊錫凝固后再松開(kāi)鑷子 焊接質(zhì)量可從焊錫是否填滿通孔 18 焊點(diǎn)是否圓滑光亮來(lái)判斷 對(duì)于焊點(diǎn)周圍的松香焊渣 可用乙醇擦去 千萬(wàn)不 要使用含有氯化物的溶劑 汽油或肥皂水 手工焊接對(duì)焊點(diǎn)的要求 1 電連接性能良好 2 有一定的機(jī)械強(qiáng)度 3 光滑圓潤(rùn) 造成焊接質(zhì)量不好的常見(jiàn)原因 1 焊錫用量過(guò)多 形成焊點(diǎn)的錫堆積 焊錫過(guò)少 就不足一包裹焊點(diǎn) 2 冷焊 焊接時(shí)烙鐵溫度過(guò)低或加熱時(shí)間不足 焊錫未完全熔化 浸潤(rùn) 焊錫表面不光亮 不光滑 有細(xì)小裂紋 如同豆腐渣一樣 3 夾松香焊接 焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香 造成電連 接不良 4 焊錫的連橋 指焊錫量過(guò)多 造成元器件的焊點(diǎn)之間短路 這在對(duì)超 小元器件及細(xì)小印刷電路板進(jìn)行焊接時(shí)要尤為注意 5 焊劑過(guò)量 焊點(diǎn)周圍松香殘?jiān)芏?當(dāng)少量松香殘?jiān)魰r(shí) 可以用電 烙鐵再輕輕加熱一下 讓松香揮發(fā)掉 也可以用蘸有無(wú)水酒精的棉球 擦去多 余的松香或焊劑 6 拖尾 即焊點(diǎn)表面的焊錫形成尖銳的突尖 是由于加熱溫度時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 或焊劑過(guò)多掌握不當(dāng) 以及烙鐵離開(kāi)焊點(diǎn)時(shí)角度不當(dāng)造成的 7 虛焊 焊點(diǎn)表面好像很飽滿 實(shí)際上和焊盤并沒(méi)有接觸 造成虛焊 一般不易查出 所以在焊接中一定要注意 4 54 5 元器件的安裝元器件的安裝 在安裝元件時(shí) 我們應(yīng)該對(duì)元件進(jìn)行檢測(cè)使它能達(dá)到電路所需的要求 應(yīng)盡量避免裝錯(cuò)元件不然調(diào)試時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多麻煩 然后仔細(xì)對(duì)照原理圖和元件 裝配圖進(jìn)行安裝 再進(jìn)行元器件的安裝焊接 在安裝焊接時(shí)應(yīng)注意避免虛焊 假焊現(xiàn)象 并且要注意掌握焊接時(shí)間 如果焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就有可能將元器件損 壞 19 5 5 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試 由于整個(gè)電路系統(tǒng)是由多個(gè)小模塊構(gòu)成 因此在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試之前 應(yīng)先對(duì)各個(gè)小模塊進(jìn)行調(diào)試 因整個(gè)系統(tǒng)都是數(shù)字電路 因此可以用 ISIS 仿真 軟件 ISIS 仿真軟件是一種既能畫圖又能仿真的軟件 它是通過(guò)高低電平的顯 示來(lái)進(jìn)行調(diào)試 來(lái)對(duì)其進(jìn)行調(diào)試 5 15 1 基本基本 RSRS 觸發(fā)器的調(diào)試觸發(fā)器的調(diào)試 10 基本 RS 觸發(fā)器是由集成與非門構(gòu)成 可以根據(jù)其功能進(jìn)行調(diào)試 其功能表 如表 3 1 由基本 RS 觸發(fā)器的功能表可以看出 基本 RS 觸發(fā)器屬于低電平觸發(fā) 當(dāng) 輸入端 R S 分別為 1 0 時(shí) 輸出端 Q1 Q2 就分別為 0 1 當(dāng)輸入 端 R S 分別為 0 1 時(shí) 輸出端 Q1 Q2 就分別為 1 0 當(dāng)輸入端 R S 都為 1 時(shí) 輸出端 Q1 Q2 保持不變 通過(guò) ISIS 仿真軟件 這些情況 都能進(jìn)行測(cè)試 當(dāng)基本 RS 觸發(fā)器正常工作時(shí) 在觸發(fā)器的各輸入或輸出端都能 用紅色的小點(diǎn) 代表高電平 1 綠色的小點(diǎn) 代表低電平 0 來(lái)顯示 這 樣就能直觀的測(cè)試基本 RS 觸發(fā)器的工作是否正常 5 25 2 555555 多諧振蕩器的調(diào)試多諧振蕩器的調(diào)試 20 本次設(shè)計(jì)用的多諧振蕩器是由 555 構(gòu)成的可調(diào)頻振蕩器 由于其本身就具 有自激功能 不需要外界的觸發(fā) 因此在調(diào)試時(shí)可以用一個(gè)示波器來(lái)觀察其輸 出波形 并測(cè)試波形的頻率 要求得到頻率為 50HZ 的方波 該多諧振蕩器的可調(diào)頻是通過(guò)調(diào)節(jié)電阻 R1 來(lái)實(shí)現(xiàn)的 根據(jù)其頻率公式 公 式 3 4 就可看出只要 R1 R2 C 的參數(shù)取得恰當(dāng) 就可以獲得頻率為 50HZ 的 方波信號(hào) 5 35 3 計(jì)數(shù)器的調(diào)試計(jì)數(shù)器的調(diào)試 本次設(shè)計(jì)中用的三個(gè)計(jì)數(shù)器都是由 74LS90 構(gòu)成 可以根據(jù)其功能表 表 3 3 來(lái)對(duì)其進(jìn)行調(diào)試 具體調(diào)試情況如下 1 將計(jì)數(shù)器 1 接成五進(jìn)制形式 R0 1 R0 2 R9 1 R9 2 接邏輯開(kāi)關(guān)輸出插口 CP2 接單次脈沖源 CP1 接高電平 1 QD QCQBQA 接實(shí) 驗(yàn)設(shè)備上的輸入端 D C B A 按表 3 2 測(cè)試其邏輯功能 2 將計(jì)數(shù)器 2 及計(jì)數(shù)器 3 都接成 8421 碼十進(jìn)制形式 同時(shí) R0 1 R0 2 R9 1 R9 2 接邏輯開(kāi)關(guān)輸出插口 CP2 接單次脈沖源 CP1 接高 電平 1 QD QCQBQA 接實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的輸入端 D C B A 按表 3 2 測(cè)試其邏 輯功能 3 將計(jì)數(shù)器 1 2 3 級(jí)聯(lián) 按表 3 3 測(cè)試其邏輯功能 5 45 4 譯碼器的調(diào)試譯碼器的調(diào)試 74LS248 有以下一些特征 1 A B C D 為 BCD 碼的輸入端 2 a b c d e f g 為譯碼顯示器的輸出端 輸出 1 有效 用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極 LED 數(shù)碼管 3 LT 為測(cè)試輸入端 當(dāng) LT 1 時(shí) 譯碼輸出全為 1 4 BI 為消隱輸入端 當(dāng) BI 1 時(shí) 譯碼輸出全為 0 根據(jù) 74LS248 的以上這些特征以及參照其功能表 表 3 4 對(duì)其進(jìn)行調(diào)試 在調(diào)試的過(guò)程中可以借助 LED 數(shù)碼管的顯示功能 這樣可以直觀的觀察 74LS248 是否正常工作 21 5 55 5 電子秒表的整體調(diào)試電子秒表的整體調(diào)試 各單元模塊調(diào)試正常后 按方案的連接方式將各模塊的實(shí)際電路在 ISIS 軟 件上連接起來(lái) 進(jìn)行電子秒表的總體調(diào)試 先按一下按鈕開(kāi)關(guān) K2 此時(shí)電子秒 表不工作 再按一下按鈕開(kāi)關(guān) K1 則計(jì)數(shù)器清零后便開(kāi)始計(jì)時(shí) 觀察數(shù)碼管顯 示計(jì)數(shù)情況是否正常 如不需要計(jì)時(shí)或暫停時(shí) 按一下開(kāi)關(guān) K1 則計(jì)時(shí)立即停 止 但數(shù)碼管保留所計(jì)時(shí)之值 對(duì)于電子秒表的準(zhǔn)確精度 可以利用電子鐘或手表的秒計(jì)時(shí)對(duì)電子秒表進(jìn) 行測(cè)試 5 65 6 系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能 本次設(shè)計(jì)的電子秒表系統(tǒng)是用于測(cè)量較短而且較精確的時(shí)間 它具體有以 下一些功能 1 整個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)開(kāi)關(guān) S1 S2 控制 2 系統(tǒng)在應(yīng)用之前能清零 即電子秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)之前 顯示器應(yīng)顯示零 3 如果不需要計(jì)時(shí)或需要中途暫停計(jì)時(shí) 則秒表能及時(shí)停止計(jì)時(shí) 但能 保留停止計(jì)時(shí)之前所計(jì)的時(shí)間 4 電子秒表的計(jì)時(shí)范圍在 0S 到 9 9S 之間 5 7 15 7 1 設(shè)計(jì)小結(jié)設(shè)計(jì)小結(jié) 本次課程設(shè)計(jì)的題目是電子秒表 在選定這個(gè)題目后我們并沒(méi)有立即開(kāi)始