數(shù)字式秒表課程設(shè)計(jì).doc

24531dac40ba554853b17847b79403da.pdf電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 數(shù)字式秒表 指導(dǎo)教師（簽字） 目錄摘要4關(guān)鍵字4技術(shù)要求4系統(tǒng)綜述4系統(tǒng)框圖5總圖6單元電路設(shè)計(jì)71. 時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路72. 計(jì)數(shù)電路83. 譯碼器94. 控制電路115. 鬧鐘定時(shí)報(bào)警13（1） 鬧鐘預(yù)置數(shù)（定時(shí)）模塊13（2） 預(yù)置，實(shí)際時(shí)間對比模塊14（3） 時(shí)間比較模塊14（4） 報(bào)警模塊15總結(jié)16參考文獻(xiàn)16鳴謝17收獲與體會(huì)17元器件列表18數(shù)字式秒表摘要該數(shù)字計(jì)數(shù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)較簡單，是由控制電路，復(fù)位電路，0.01秒脈沖發(fā)生器，譯碼顯示電路構(gòu)成的。利用555構(gòu)建多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為100Hz的時(shí)鐘脈沖。結(jié)合74LS160的功能利用J1和J2兩個(gè)功能開關(guān)實(shí)現(xiàn)秒表的計(jì)數(shù)、暫停、清零功能。關(guān)鍵詞 計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器技術(shù)要求1 秒表最大計(jì)時(shí)值為99分59.99秒；2 6位數(shù)碼管顯示，分辨率為0.01秒；3 具有清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能；4 控制操作鍵不超過二個(gè)。一、系統(tǒng)綜述本計(jì)時(shí)器由時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路、加計(jì)數(shù)器電路、譯碼電路和數(shù)碼管顯示器幾大部分構(gòu)成。利用555構(gòu)建多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為100Hz的時(shí)鐘脈沖，以滿足精確到0.01s的課題要求。加計(jì)數(shù)器構(gòu)成計(jì)時(shí)器的分位、秒位和毫秒位。除秒位采取60進(jìn)制，其余采取100進(jìn)制故選用74LS160。顯示部分用譯碼器配合數(shù)碼管構(gòu)成。結(jié)合74LS160的功能利用J1和J2兩個(gè)功能開關(guān)實(shí)現(xiàn)秒表的計(jì)數(shù)、暫停、清零功能。為增強(qiáng)該數(shù)字秒表的實(shí)用性能。特添加定時(shí)功能和整點(diǎn)報(bào)警功能，但在該報(bào)告中不予以重點(diǎn)論述。方案論證及誤差分析方案論證詳述 一：振蕩器作為數(shù)字式秒表的基礎(chǔ)核心，產(chǎn)生一個(gè)頻率標(biāo)準(zhǔn)，其精度與穩(wěn)定度基本決定了秒表的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度和精度。其所產(chǎn)生的精度影響將影響到整個(gè)數(shù)字式秒表的成敗。故在振蕩器的選擇上應(yīng)當(dāng)特別注意1.振蕩器的方案選擇：方案一：集成時(shí)鐘芯片.計(jì)劃使用DS1302 來作為所需的集成時(shí)鐘芯片. DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。方案二;使用555定時(shí)器。555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 表1 555定時(shí)器的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能00導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)10 10 11 0導(dǎo)通截止置1 清零表2 555定時(shí)器的內(nèi)部電路圖 方案三:石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器，石英諧振器簡稱為晶振，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時(shí)，振動(dòng)便變得很強(qiáng)烈，這就是晶體諧振特性的反應(yīng)。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、一般主要用于精度要求較高的時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路中。方案論證與比較對于方案一：DS1302 存在時(shí)鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)時(shí)鐘混亂等缺點(diǎn)。DS1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。這種記錄對長時(shí)間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找具有重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒有具體的時(shí)間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且，某些測控系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時(shí)鐘芯片DS1302，則能很好地解決這個(gè)問題。然而其價(jià)格高且一般不用于這種功能簡單的電路當(dāng)中，故此時(shí)鐘芯片僅作為一種讀者參考提出。對于方案三：可知通過Multism仿真模擬可知利用晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號更加的穩(wěn)定，精度也更加的高。但是使用晶體振蕩器需要繁復(fù)的分頻電路，然而對于此次課程設(shè)計(jì)而言也需考慮實(shí)際運(yùn)用的需要，即在同樣可以滿座設(shè)計(jì)要求的條件下選擇更簡易的方案的原則。 最終方案選擇：在進(jìn)行三種方案的權(quán)衡比較下我組將選用：555振蕩器來產(chǎn)生100HZ的信號。原因如下： 第一：因?yàn)橥ㄟ^改變相應(yīng)的電阻電容值可使頻率微調(diào)，不必使用分頻器來對高頻信號進(jìn)行分頻使電路繁復(fù)。 第二：通常R取值在幾百歐姆到幾兆歐姆，電容取值在幾百皮發(fā)到幾百微法。因此，電路產(chǎn)生的脈沖寬度從幾微秒到數(shù)分鐘，精度可達(dá)0.1.（這個(gè)也是選擇此振蕩器的主要原因之一）第三：經(jīng)濟(jì)因素也是在電子設(shè)計(jì)中的重要一部分，而定時(shí)器運(yùn)用廣泛，技術(shù)成熟，價(jià)格相比于前幾種均較低，有利于降低電子設(shè)備的造價(jià)，更加有效地占據(jù)市場。故雖然此振蕩器沒有石英晶體穩(wěn)定度和精確性高，由于設(shè)計(jì)方便，操作簡單，成為了設(shè)計(jì)時(shí)的首選，但是由于與實(shí)驗(yàn)中使用的555芯片產(chǎn)生的脈沖相比較，利用晶振產(chǎn)生的脈沖信號更加的穩(wěn)定，同過電壓表的測量能很好的觀察到這一點(diǎn)，同時(shí)在顯示上能夠更加接進(jìn)預(yù)定的值，受外界環(huán)境的干擾較少，一定程度上優(yōu)于使用555芯片產(chǎn)生信號方式。但我們組依然選擇555信號產(chǎn)生電路。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告中著重按照原方案設(shè)計(jì)的555電路進(jìn)行說明二.精度及穩(wěn)定度因素分析：（1）振蕩器，其作為數(shù)字式秒表的基礎(chǔ)核心，產(chǎn)生一個(gè)頻率標(biāo)準(zhǔn)，其精度與穩(wěn)定度基本決定了秒表的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度和精度。故在振蕩器的選擇上應(yīng)當(dāng)特別注意。.（2）整體延遲的計(jì)算與分析 ：原因1：（計(jì)數(shù)芯片）本數(shù)字式秒表的計(jì)數(shù)使用的是，其中主要考慮此芯片性能穩(wěn)定器傳輸延遲時(shí)間（）典型延遲為20ns. 圖3 74ls160AC CHARACTERISTICS (TA = 25)交流特性表Symbol 符號Parameter 參數(shù)控制等方面Limits限制范圍UNIT 單位Test Conditions 測試條件最小典型最大fMaxMaximum Clock Frequency最大時(shí)鐘頻率2532-MHzVCC=5.0V CL=15pFtPLH tPHLPropagation Delay傳播延遲 ClOCk 到 TC-20 35 ns1835tPLH tPHLPropagation Delay傳播延遲 ClOCk 到 Q-13 24 ns1827tPLH tPHLPropagation Delay傳播延遲 CET 到 TC-9.0 14 ns9.014tPHLMR or SR to Q MR 或 SR 到 Q-2028ns在74LS160其內(nèi)部最基本的器件是邊沿觸發(fā)JK觸發(fā)器，可知觸發(fā)器狀態(tài)的變化僅與CP脈沖下降沿到達(dá)前JK輸入端的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)CP有1變?yōu)?時(shí)，G11門 G21門先被封鎖，其輸出0.而由于G門，G門的傳輸延遲，S,R端的狀態(tài)還維持在CP下降沿作用前又JK的輸入狀態(tài)所確定的輸出值，因此要求在CP脈沖下降沿到達(dá)前，S1, ,R1處于已建立的穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)間為tset表示，要求tsettpd.然而對于CP脈沖而言在CP脈沖處于0期間要保證基本RS觸發(fā)器 TPLH 2TPH的而可靠翻轉(zhuǎn)，時(shí)鐘的低電平延遲時(shí)間TPLH應(yīng)大于兩級與或非門的延遲時(shí)間TPH 。 CP脈沖的最小工作周期 故綜上所述為保證JK觸發(fā)器的 T= TPLH+T.tpd.可靠工作，要求tsettpd.而由表3，可知 tpd. Max=35ns,Min=0ns 在74ls160處的延時(shí)為T1=3.8*0=0 ns T2=3.8*35=136 ns : 原因二：由CP脈沖引起的延時(shí) T=0.01s由方案可知其產(chǎn)生的脈沖頻率為故： T=1f=0.01s故：當(dāng)開關(guān)key-space時(shí)恰好遇到第一個(gè)下降沿結(jié)束其等待第二個(gè)下降沿的到來才可以觸發(fā)74LS160分頻計(jì)數(shù) 此時(shí)的T=0.01s 為CP脈沖所能產(chǎn)生的最大延遲。原因三： 表4 74ls48由表4中對74LS48的動(dòng)態(tài)特性的分析T延遲 Max=100ns Min=0 ns 精度計(jì)算流程詳述圖 Keyspace處 CP延遲74LS16074LS48D T延遲=0.01s + T延遲 Max=136ns Min=0ns + T延遲 Max=100nbs Min=0ns故其總延遲為T延遲 Max=0.01000236 s Min=0.01s數(shù)字式秒表的校驗(yàn)方案方案一 ：基于原子鐘的高精度校驗(yàn)方案原理：根據(jù)量子物理學(xué)的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續(xù)的。當(dāng)原子從一個(gè)“能量態(tài)”躍遷至低的“能量態(tài)”時(shí)，它便會(huì)釋放電磁波。這種電磁波特征頻率是不連續(xù)的，這也就是人們所說的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的例如銫133的共振頻率為每秒9192631770周。因此銫原子便用作一種節(jié)拍器來保持高度精確的時(shí)間。 我們可以用此銫原子鐘時(shí)間作為基準(zhǔn)，以一分鐘或一小時(shí)為一個(gè)階段對比銫原子鐘時(shí)間與數(shù)字式秒表時(shí)間的差值T，與其總秒數(shù)甚至是毫秒數(shù)相比較得出精度g(s) 或g(ns)。方案二：使用時(shí)間檢定儀的精度校驗(yàn)方案測量方法:將被校表放入夾具固定好,啟動(dòng)時(shí)間檢定儀，觸發(fā)被校秒表走時(shí)，侍時(shí)間檢定儀再次觸發(fā)被校表停此走時(shí)后，讀取被校表示值誤差。即可得出0.01s分度電子表的誤差。其具體方案請讀者參見附錄1.電子秒表示值誤差測量結(jié)果不確定度分析報(bào)告1 概述1.1 測量依據(jù)： J JG237-2010秒表檢定規(guī)程1.2 環(huán)境條件：溫度20.1，相對濕度53%。1.3 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)： 主要計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備為時(shí)間檢定儀表1實(shí)驗(yàn)室的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備設(shè)備名稱準(zhǔn)確度測量范圍時(shí)間檢定儀(210-7T+0.003) s（199999）s電子秒表日差檢定儀優(yōu)于0.05 s/d24h1.4 被測對象：電子秒表1.5 測量方法:將被校表放入夾具固定好,啟動(dòng)時(shí)間檢定儀，觸發(fā)被校秒表走時(shí)，侍時(shí)間檢定儀再次觸發(fā)被校表停此走時(shí)后，讀取被校表示值誤差。2、數(shù)學(xué)模型式中：被檢表示值誤差 ：測量值； ： 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔發(fā)生器的給定值；3、不確定度傳播率：式中，靈敏系數(shù)： 4 輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析：4.1 被校秒表測量時(shí)間間隔重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用A類不確定度評定以校準(zhǔn)一跳動(dòng)量為0.01s的電子秒表的3600s為例，將被校秒表與時(shí)間檢定儀連接好后，重復(fù)性測量10次，得到系列測量值3600.01、3600.01、3600.01、3600.01、3600.01、3600.01、3600.01、3600.01、3600.01、3600.02。=3600.011 s，單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差=0.0032s。在實(shí)際檢定中，只取一次測量值(其中誤差最大的)作為測量結(jié)果，故標(biāo)準(zhǔn)不確定度：=0.0032 s 4.2 時(shí)間檢定儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，用B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定。時(shí)間檢定儀送一級計(jì)量檢定合格，按使用說明書得知時(shí)間檢定儀檢定秒表準(zhǔn)確度為(210-7T+0.003) s，在輸出時(shí)段為3600s時(shí)，走時(shí)誤差為均勻分布， ，=0.00215 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度5.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表不確定度來源（）（mV）（mV）重復(fù)性0.003210.003時(shí)間檢定儀最大測時(shí)誤差0.00370.00215.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成不確定度為。 =0.0038(s) 5.3擴(kuò)展不確定度計(jì)算: =0.008(s) （取k = 2 ） 6 對使用時(shí)間檢定儀校準(zhǔn)機(jī)械秒表的測量不確定度評估根據(jù)JJG237-2010秒表檢定規(guī)程的規(guī)定，常規(guī)校準(zhǔn)應(yīng)對電子秒表的10 s、600 s、3600s、24h進(jìn)行校準(zhǔn)，使用最大允許誤差(210-7T+0.003) s時(shí)間檢定儀和電子秒表日差檢定儀校準(zhǔn)上述時(shí)間間隔時(shí)，其測量不確定度評估如下： 校準(zhǔn)點(diǎn)（s）不確定度分量（s）（s）U（s）10 s0.00170.0030.00360.01600 s0.00200.0030.00370.013600 s0.00320.0030.00450.0124h0.0290.00740.0300.067 校準(zhǔn)和測量能力0.01s分度的電子秒表是使用最大允許誤差(210-7T+0.003) s時(shí)間檢定儀和測量準(zhǔn)確度優(yōu)于0.05s/d電子秒表日差檢定儀可校準(zhǔn)的最佳被校電子秒表，因此該項(xiàng)目的CMC為：1 s 3600s，U = 0.01 s，24 h ，U = 0.06 s。完整電路如下圖所示：Key-space開關(guān)多諧振蕩器60進(jìn)制100進(jìn)制譯碼器顯示器譯碼器顯示器器譯碼器顯示器七段數(shù)碼管- 33 -二、單元電路設(shè)計(jì)1、時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路時(shí)鐘脈沖發(fā)生器可有很多構(gòu)成方式。例如：利用石英晶體振蕩器配合分頻器即可得到相應(yīng)的脈沖信號。還可以利用電壓比較器得到時(shí)鐘脈沖電路。相比之下，利用555構(gòu)建多諧振蕩器來得到時(shí)鐘脈沖信號比較便利，信號的精度較電壓比較器要高，更符合本設(shè)計(jì)的要求。 555多諧振蕩器構(gòu)成的100Hz脈沖發(fā)生器555多諧振蕩器的參數(shù)計(jì)算：T=RCLn2=(R1+2R2)CLn2 = Ln2 *(288.6+577.2)*103*10-81.00021*10-2s則f=1/T99.97900Hz 555多諧振蕩器構(gòu)成的100Hz脈沖發(fā)生器仿真 秒計(jì)數(shù)仿真2.計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)根據(jù)課設(shè)要求最大計(jì)時(shí)值為99分59秒99毫秒。故采用74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。毫秒位和分位是百進(jìn)制計(jì)數(shù)，用兩片160級聯(lián)構(gòu)成。秒位采用兩片160反饋置數(shù)法構(gòu)成60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)秒計(jì)數(shù)。工作原理：555多諧振蕩器產(chǎn)生的100Hz時(shí)鐘脈沖信號作為毫秒位的CP脈沖每來一次CP脈沖160進(jìn)行一次加計(jì)數(shù)（10進(jìn)制09之間）當(dāng)計(jì)數(shù)至9則產(chǎn)生進(jìn)位。毫秒滿100向秒位進(jìn)位。將進(jìn)位信號作為秒位的CP脈沖，則沒收到一次信號，秒加一。秒位滿60向分位進(jìn)位。同樣的秒位的進(jìn)位信號作為分位的CP脈沖，主導(dǎo)分為計(jì)數(shù)。秒不同于分位和毫秒位在于其是60進(jìn)制。所以要先將兩片160級聯(lián)成100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，然后采用反饋置數(shù)法將其設(shè)計(jì)成60進(jìn)制.這里采用74LS00與非門將Qc和Qa輸出端的信號與非（即1（Qc）0（Qb）1（Qa）得到Ld=0，則160被置為初始值。分位和毫秒位的計(jì)數(shù)器級聯(lián)方式秒位計(jì)數(shù)器的級聯(lián)方式3.譯碼器由于160輸出的是二進(jìn)制數(shù)碼不能直接被數(shù)碼管識別。因此要添加譯碼電路進(jìn)行譯碼。這里選用74LS48D。 輸出端（YaYg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極VLED。當(dāng)要求輸出 015 時(shí)，消隱輸入（ ）應(yīng)為高電平或開路，對于輸出為0 時(shí)還要求脈沖消隱輸入（ ）為高電平或者開路。當(dāng) 為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，YaYg均為低電平。當(dāng)RBI和地址端（A0A3）均為低電平，并且燈測試輸入端（ ）為高電平時(shí)， Ya Yg為低電平，脈沖消隱輸出（ ）也變?yōu)榈碗娖?。?dāng) 為高電平或開路時(shí)， 為低電平可使YaYg均為高電平。48 與248 的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅在顯示6 和9,248 所顯示的6 和9 比48 多出上杠和下杠。引出端符號 A0A3 譯碼地址輸入端 / 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效） 燈測試輸入端（低電平有效） 脈沖消隱輸入端（低電平有效） YaYg 段輸出74ls48功能表七段譯碼驅(qū)動(dòng)器功能表十進(jìn)數(shù)或功能輸入BI/RBO輸出備注LTRBID C B Aabcdefg0HH0 0 0 0H111111011Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL00000002RBIHL0 0 0 0L00000003LTLxx x x xH111111144.數(shù)碼管顯示部分7段數(shù)碼管又分共陰和共陽兩種顯示方式。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，以此類推。如果7段數(shù)碼管是共陽顯示電路，那就需要選用74LS47譯碼驅(qū)動(dòng)集成電路。共陽就是把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。無論共陰共陽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)間長了發(fā)光管易燒壞。對于大功率7段數(shù)碼管可根據(jù)實(shí)際情況來選取限流電阻及電阻的瓦數(shù)。數(shù)碼管顯示與8421BCD碼的關(guān)系如下圖：下圖是七段和八段數(shù)碼管（LED）的示意圖本設(shè)計(jì)采用共陰極數(shù)碼管與74LS48匹配。顯示模塊匹配電路一個(gè)顯示譯碼單位如下圖：本次課設(shè)計(jì)時(shí)模塊和定時(shí)鬧鐘模塊使用的顯示譯碼部分如下圖：5.控制電路要實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、暫停、清零功能需要用到74LS160的使能端。當(dāng)Rd、 Ld 、Ep 、Et均為1是計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)，即秒表執(zhí)行計(jì)數(shù)功能。當(dāng)Rd=0是計(jì)數(shù)器清零，即秒表執(zhí)行清零功能。當(dāng)Rd=Ld=1，Ep*Et=0，則計(jì)數(shù)器保持原狀態(tài)不變，即秒表執(zhí)行暫停功能。160功能表CPRdLdEpEt狀態(tài)X0XXX清零cp上升沿10XX置數(shù)X110X保持X11X0保持cp上升沿1111加計(jì)數(shù)這里利用兩個(gè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對160使能端的控制。當(dāng)J1、J2均為閉合狀態(tài)時(shí)Rd、 Ld 、Ep 、Et均為1,計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)J1斷開Rd=0，清零狀態(tài)。當(dāng)J2斷開Ep*Et=0.保持狀態(tài)。6. 鬧鐘定時(shí)報(bào)警（1）鬧鐘預(yù)置數(shù)（定時(shí)）模塊置數(shù)模塊置數(shù)原理與秒表模塊的原理基本相同。除了秒分進(jìn)位處保留其六進(jìn)制的級聯(lián)關(guān)系，其他計(jì)數(shù)器為了便捷使用了各自置數(shù)的方式。利用常閉開關(guān)時(shí)各計(jì)數(shù)器的CP脈沖輸入維持在高電平;當(dāng)按下常閉開關(guān)過后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)低電平，即會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下降沿使計(jì)數(shù)器加“1”，按幾次就加幾，這樣就會(huì)保證可以隨意設(shè)定時(shí)間。通過輸出至顯示模塊即可非常直觀的顯示出所定的時(shí)間。（2）預(yù)置，實(shí)際時(shí)間對比模塊調(diào)出預(yù)置時(shí)間的目的在于與從秒表模塊調(diào)出的時(shí)間進(jìn)行比較。由于兩個(gè)模塊的時(shí)間顯示與統(tǒng)計(jì)的原理相同，編碼都同為8421BCD碼，所以都只需要從計(jì)數(shù)輸出端取出相同位置的信號進(jìn)行比較即可輸出兩者比較的信號，而后通過數(shù)值比較器進(jìn)行比較。比較部分將在后文進(jìn)行解釋。（3）時(shí)間比較模塊時(shí)間比較模塊采用的是數(shù)值比較器74LS85對上一部分采集的信號進(jìn)行比較和判斷。下面是74LS85的功能表：由74LS85的功能表可知：只有當(dāng)A1=B1/A2=B2/A3=B3/A4=B4且Ia=b=1時(shí)，輸出FA=B=1,所以可以通過這個(gè)邏輯進(jìn)行兩組數(shù)據(jù)的比較，為了取出兩組相等的數(shù)據(jù)比較時(shí)只需將IAB=IAB=0, Ia=b=1。一個(gè)單元結(jié)構(gòu)如下圖：此次課設(shè)需要比較的是六組4位8421BCD碼，所以采用了6片并行74LS85進(jìn)行數(shù)值比較。比較原理是6個(gè)數(shù)值比較器的A1A4端分別接置數(shù)模塊74LS160的Q1Q4端，6個(gè)數(shù)值比較器的B1B4端分別接秒表模塊的74LS160的Q1Q4端，然后將6個(gè)74LS85的輸出FA=B端3個(gè)一組分別輸入數(shù)據(jù)選擇器74LS253的地址輸入端，將E=1，這樣只有當(dāng)6組數(shù)據(jù)完全相同時(shí)，Y1會(huì)輸出C0的輸入值。為了和后面的報(bào)警電路配合故將C0置為0將別的輸入置為1，這樣就可以保證在所有6組數(shù)據(jù)相等時(shí)數(shù)據(jù)選擇器74LS253會(huì)輸出一個(gè)低電平而在別的時(shí)候處于高電平。（4）報(bào)警模塊為了獲得能夠持續(xù)一段時(shí)間的輸出高電平來驅(qū)動(dòng)LED或者揚(yáng)聲器所以報(bào)警模塊采用的是由555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，這就是為什么會(huì)在上一模塊的最后輸出低電平的原因。報(bào)警電路及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖所示：2.? 整分提示功能2.? .1 整分信號采集整分信號采集相對于鬧鐘的信號采集簡單，由于在分鐘單位的計(jì)數(shù)器是在上一位即秒位進(jìn)位之后再加一，所以采用直接在分鐘位的CP脈沖處取出信號即可。2.? .2 整分提示經(jīng)設(shè)計(jì)，在整分報(bào)警處需要進(jìn)行1秒的提示，而74LS160的進(jìn)位信號可以維持一秒，所以不需要使用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器而只需要直接利用取出的信號觸發(fā)提示設(shè)備。本次課設(shè)采用的是LED提示，也可以用揚(yáng)聲器提示。提示模塊如下圖：2.? .3整分提示系統(tǒng)綜述2.? 溢出報(bào)警模塊2.?.1 溢出信號采集因?yàn)楫?dāng)最后一片74LS160進(jìn)位的時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了最大量程，所以只需要在最后一片74LS160的進(jìn)位輸出端收集即可收集到系統(tǒng)超量程的信號。由于根據(jù)設(shè)計(jì)要在后面加上一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的報(bào)警電路，所以要將進(jìn)位輸出端輸出的信號進(jìn)行取反，令其在超出量程時(shí)輸出低電平（下降沿）而在正常時(shí)處于高電平。采集系統(tǒng)如下圖：2.?.2 溢出報(bào)警提示模塊溢出報(bào)警提示與鬧鐘模塊一樣采取的是由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，所以在此處不在做說明，該模塊如下圖：三、總結(jié)本次設(shè)計(jì)中我們用到的知識基本都來自與課程所學(xué)，將學(xué)到的充分加以利用。例如555多諧振蕩器、74LS160計(jì)數(shù)器、7段顯示器等等。對于這些器件的使用，讓我各進(jìn)一步的了解到期作用和基本功能。從應(yīng)用中能更好的掌握器件功能，便于記憶?？傮w設(shè)計(jì)是成功的，但是還存在一定的問題比如說誤差比較大。采用555多諧振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖的頻率不構(gòu)穩(wěn)定，不比利用使用晶體振蕩器穩(wěn)定等等。這些問題都是需要我們注意的。在以后的設(shè)計(jì)中，要加以改善。參考文獻(xiàn)1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 主編：林濤 清華大學(xué)出版社 20062、電子技術(shù)實(shí)踐與訓(xùn)練 主編：黃仁欣 清華大學(xué)出版，20073.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 主編 ： 彭介華 高等教育出版社 2007.094.綠版電子電路 主編：劉福太 科學(xué)出版社 2007鳴謝特別感謝楚言老師和鄧秋霞老師的耐心指導(dǎo)。本次設(shè)計(jì)中我們遇到了很多問題，自己解決不了的只能求助于老師，老師的提點(diǎn)