數(shù)電課程設(shè)計(jì)數(shù)字毫秒計(jì)3

1、目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2二、題目分析 2三、整體構(gòu)思 2四、具體實(shí)現(xiàn) 3五、各部分定性說(shuō)明 4（一）所選器件5（二）器件介紹5（三）功能模塊17六、總體設(shè)計(jì)電路圖 20七、設(shè)計(jì)心得與體會(huì) 21八、參考文獻(xiàn) 22數(shù)字毫秒計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 。設(shè)計(jì)一個(gè)能夠測(cè)量脈沖寬度的數(shù)字式毫秒計(jì)：1 、測(cè)量時(shí)間范圍 199毫秒。2 、可以測(cè)量單個(gè)正脈沖或負(fù)脈沖寬度時(shí)間。3 、測(cè)量誤差為 1個(gè)數(shù)字。4 、能手動(dòng)清零。二、題目分析：數(shù)字毫秒計(jì)是用數(shù)碼管顯示時(shí)間數(shù)字來(lái)測(cè)量脈沖寬度的數(shù)字式顯示裝置三、整體構(gòu)思：基本的數(shù)字毫秒計(jì)電路主要由譯碼顯示器、計(jì)數(shù)器和門電路組成一個(gè)方案一：首先構(gòu)成一個(gè)555定時(shí)器產(chǎn)生震蕩周期

2、為1mS的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基脈沖, 由74LS160采用清零法分別組成九十九進(jìn)制的毫秒記數(shù)器。 用產(chǎn)生的時(shí)基脈沖作 為毫秒記數(shù)器的CP脈沖，使用BCD數(shù)碼管作為顯示電路。案二：首先構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器,產(chǎn)生周期為 1KHz 的脈沖,再經(jīng)過(guò)由 74LS160 構(gòu)成的三級(jí)十進(jìn)制的分頻電路，從而產(chǎn)生周期為 1ms 的時(shí)基脈沖，由 74LS160 采用置數(shù)法分別組成九十九進(jìn)制的毫秒秒記數(shù)器。用產(chǎn)生的時(shí)基脈沖 作為毫秒記數(shù)器的 CP 脈沖使用 74LS48 為驅(qū)動(dòng)器， BCD 數(shù)碼管作為顯示器。方案一和方案二的設(shè)計(jì)都很正確， 但是方案一在產(chǎn)生時(shí)基脈沖時(shí)比方案一效果要 好，且不用分頻電路，本著設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，效果穩(wěn)定的

3、前提下采用方案一。四、具體實(shí)現(xiàn)總體框圖1、原理框圖如下，它主要由555振蕩器，門控電路，主控門，計(jì)數(shù)器, 譯碼器和數(shù)碼顯示器等部分組成。測(cè)量啟動(dòng)信號(hào)W555振 蕩 器、4控門計(jì) 數(shù) 器譯碼 器時(shí)基信號(hào)cp門控信號(hào)k圖一原理框圖在脈沖寬度為tx的被測(cè)信號(hào)連續(xù)輸入到門控電路時(shí)，測(cè)量啟動(dòng)信號(hào)W每作 用一次，門控電路產(chǎn)生一個(gè)寬度與被測(cè)脈沖寬度 tx相等的門控信號(hào)K。門控信號(hào) K輸入主控門，用來(lái)控制主控門的開(kāi)與關(guān)。在門控信號(hào)K為高電平期間，主控門打開(kāi)，時(shí)基信號(hào)CP脈沖通過(guò)主控門，并送至計(jì)數(shù)譯碼顯示電路進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示。當(dāng)被測(cè)的第一個(gè)正脈沖結(jié)束時(shí)，門控信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，主控門隨之關(guān)閉，計(jì)數(shù)結(jié) 束。顯示器的數(shù)字為

4、被測(cè)脈沖寬度的時(shí)間。每進(jìn)行一次測(cè)量，只能測(cè)一個(gè)正脈沖 寬度的時(shí)間。2、模塊功能說(shuō)明及設(shè)計(jì)思路(1) 脈沖信號(hào)發(fā)生器脈沖信號(hào)發(fā)生器需要產(chǎn)生一定精度和幅度的矩形波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這樣矩形 波的方法很多， 可以由非門和石英振蕩器構(gòu)成， 可以由單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成， 可以由 施密特觸發(fā)器構(gòu)成，也可以由 555 電路構(gòu)成等等。 對(duì)不同的電路對(duì)矩形波頻率的精度要求不同， 由此可以用不同電路結(jié)構(gòu)的的脈沖 信號(hào)發(fā)生器。 由于我所設(shè)計(jì)的電路對(duì)矩形波頻率的精度要求不高， 所以我使用的 是用 555 定時(shí)器接成的多諧振蕩器來(lái)代替秒脈沖信號(hào)發(fā)生器。（2） 分頻電路利用計(jì)數(shù)器來(lái)構(gòu)成一個(gè)分頻電路， 讓多諧振蕩器發(fā)出的矩形波信號(hào)轉(zhuǎn)變

5、成我所需要的時(shí)基脈沖波信號(hào)， 然后達(dá)到毫秒計(jì)測(cè)量精度是 1毫秒的要求。 根據(jù) 所查閱的資料，只需要十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器就能構(gòu)成我所需要的分頻電路。（3） 門電路利用邏輯門構(gòu)成門控開(kāi)關(guān)，只需要用兩個(gè) D 觸發(fā)器和部分邏輯非門跟 與門就能夠形成一個(gè)邏輯門控電路， 從而得到需要的脈沖寬度與被測(cè)脈沖寬度相 等的門控信號(hào)。（4） 計(jì)數(shù)器構(gòu)成1-99 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，用來(lái)記錄表示測(cè)量結(jié)果， 構(gòu)成 99進(jìn)制的方法 很多，可一選用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因?yàn)橛?jì)數(shù)方便，簡(jiǎn)單，用以實(shí)現(xiàn)。（5）譯碼器和顯示電路 測(cè)量結(jié)果需要通過(guò)顯示電路表示出來(lái)，這里我選用譯碼管來(lái)完成結(jié)果 的顯示功能， 選用譯碼管既可以對(duì)計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行譯碼， 也可

6、以同時(shí)把結(jié)果顯 示出來(lái)，這樣選用器件少，效率高。選用脈沖信號(hào)發(fā)生器f用555定時(shí)器所接成的多諧振蕩器選用計(jì)數(shù)器 十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器選用譯碼器 4 線 7 段譯碼器五、各部分定性說(shuō)明（一）所 選 器 件表一器件表器件名稱Multisim仿真系統(tǒng)中代號(hào)數(shù)量備注D觸發(fā)器74LS742非門74LS041與門74LS082計(jì)數(shù)器74LS1602譯碼器DCB-HEX24線-7段555定時(shí)器555-VIRTUAL2電阻R R2 R3 R4 R5 R66Ri = R6=R3=10KF5=100R=2.2KR1=22K電源V：C25V電容C G G G4G=C=10 nFC3=100 nFG=33nF開(kāi)關(guān)TD S

7、W12（二）器件介紹：1、555定時(shí)器圖 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A、A,一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電三極管和三個(gè) 5KQ電阻的分壓器而構(gòu)成它的各個(gè)引腳功能如下:1腳：外接電源負(fù)端VSs或接地，一般情況下接地8腳：外接電源Vcc,雙極型時(shí)基電路 Vcc的范圍是4.5 16V , CMO型時(shí)基 電路Vcc的范圍為3 18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo2腳：TL低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：Rd是直接清零端。當(dāng)Rd端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論 TL、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：V：為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變

8、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卩F電容接地，以防引入干擾。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。其邏輯框圖如下圖1：VCC屈DTHTRGNLTOCO邏輯符號(hào)如下圖2：uoRdCO123圖2內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖如下圖3:圖3 555定時(shí)器內(nèi)部原理圖在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A、基準(zhǔn)電壓分別為2Vcc,-Vcc33的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表一示。清零端Rd高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TLQn+1放電管T功能00導(dǎo)通直接清零13VCC3VCC0導(dǎo)通置013VCC1截止置113VCC*Qn不變保持555定時(shí)器邏輯功能表2、 74LS1

9、6074LS160為同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其邏輯符號(hào)，邏輯功能表，內(nèi)部原理圖分別如下：74LS160邏輯功能表CPlDEP ET工作狀態(tài)X0XXX置零脈沖10XX預(yù)置數(shù)X110 1保持X11X 0保持（RCO=）脈沖111 1計(jì)數(shù)74LS160管腳圖如下圖4,邏輯符號(hào)圖如下圖5：CT114I巧i144U3IT廿?14*QFLOADRC&urr:0CLK 4取74LS16 0內(nèi)部原理圖如下圖6:3. 74LS0874LS08是四組二輸入端的與門。其邏輯框圖如下圖（7）:圖（7）其邏輯輯符號(hào)如下圖&1A 4B1B4A1Y4Y2A74LS083B2B 3A2Y 3Y圖8其邏輯功能表如下:1A1B1Y2A

10、2B2Y3A3B3Y4A4B4Y000000000000010010010010100100100100111111111111只要兩個(gè)輸入端A、B的輸入電平有一個(gè)是低電平0,輸出端丫即為低電平0;只 有A、B的輸入電平全為1,輸出端丫才為高電平1。4、 74LS04它實(shí)際上就是一個(gè)非門。（亦稱反向器）。所用芯片74LS04是一個(gè)有六個(gè)反相 器的芯片，其邏輯框圖如下圖9所示：1Y 3 EO El E a E2A2Y3A6A6Y5Y4A4Y圖9芯片74LS04管腳圖邏輯功能表如下圖:1A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6Y010101010101101010101010邏輯符號(hào)如下:U1

11、A74LS04D邏輯功能描述如下：當(dāng)輸入端為低電平0時(shí)，輸出端為高電平1;當(dāng)輸入端為低電平1時(shí)，輸出端為高電平0；即輸出端的電平與輸入端的電平總是相反的。5、 74LS7474LS74芯片的管腳圖如下:U1A41PR51CLK1Q21D1Q611CLR丄74LS74D邏輯功能表如下:DCPQn+1Qn=0Qn=10000111101特征方程:Qn 1 D內(nèi)部原理圖如下圖（10）:LOGIC DIAGRAM 何M Flip-Flop i圖10內(nèi)部原理圖6 LEDLED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū) 動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距

12、離 遠(yuǎn)、規(guī)格品種全等特點(diǎn)。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體， 已經(jīng)成為 城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。BCD七段顯示譯碼器：LED數(shù)碼管有共陽(yáng)、共陰之分。圖11a是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，圖1 1b是其表示符號(hào)。使用時(shí)，公共陰極接地，7個(gè)陽(yáng)極ag由相應(yīng)的BCD七段譯碼 器來(lái)驅(qū)動(dòng)（控制），如圖11c所示。D圖11BCD七段譯碼器的輸入是一位 BCD碼（以D C B A表示），輸出是數(shù)碼管各段 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)（以FaFg表示），也稱47譯碼器。若用它驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管， 則輸出應(yīng)為高有效，即輸出為高（1）時(shí)，相應(yīng)顯示段發(fā)光。同理，根據(jù)組成09這10個(gè)字形的要求可以列出8421BCDt段譯碼器

13、的真值表：BCDt段譯碼器就是根據(jù)上述原理組成的，圖（11）（c）是BCD七段譯碼器驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管（共陰）的接法。圖中，電阻是上拉電阻，也稱限流電阻，當(dāng)譯碼器內(nèi) 部帶有上拉電阻時(shí)，則可省去。管腳12 34分別接輸出段的Q 、Qi、Q2、Q3.圖形顯示如下圖（12）所示:U14圖127、直流穩(wěn)壓電源（本實(shí)驗(yàn)需要4個(gè)）采用5V的直流穩(wěn)壓電源。8、數(shù)字電子技術(shù)試驗(yàn)箱用于搭接硬件，從而驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果。（三）功能模塊。1）時(shí)基脈沖信號(hào)時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，可由定時(shí)器 555構(gòu)成的多諧振 蕩器產(chǎn)生，用于測(cè)定脈沖寬度。電容取 C=33nF, C2=10nF,R仁2.2KQ ,R2=22KQ

14、VCC取 5Vo .電路圖如下圖13:圖13 555脈沖發(fā)生信號(hào)振蕩周期為 T=T+T2=(Ri+2R)C2ln2=0.69 (R+2R)C2仿真圖如下：2）門控電路門控電路如下圖14:它包括清零控制門，控制電路和控制門，這里采用 發(fā)74LS74,與非門74LS03,與門74LS08和非門74LS04組成圖14門控電路測(cè)量前先按下清零開(kāi)關(guān) S,產(chǎn)生清零信號(hào)L的高電平觸發(fā)FF、FF2以及計(jì)數(shù) 器清零，這時(shí)Q=Q=O.測(cè)量時(shí)按下測(cè)量開(kāi)關(guān) S,獲得一個(gè)測(cè)量信號(hào)正脈沖 W由 于FF的D輸入端接1,因此W的上升沿到來(lái)后Q由0翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài)，即Q=1, FF2的D2=1.在輸入被測(cè)正脈沖信號(hào)Fx的上升沿后，

15、F的輸出有0翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài), 即Q=1, Q2=0, Q2經(jīng)U6送至FF1的R端，使FF1清零，Q=0, D2=O.FF2只有在下 一個(gè)被測(cè)脈沖的上升沿到來(lái)后才能重新置 0。因此，Q2的高電平時(shí)間是兩個(gè)被測(cè) 脈沖之間的時(shí)間間隔，即被測(cè)脈沖 Fx的周期。為了獲得脈沖寬度與被測(cè)脈沖寬 度相等的門控信號(hào)，將Q的輸出波形與被測(cè)信號(hào)Fx經(jīng)控制門U5相與即可得到。仿真圖如下：rOscilloscope-XCl3）主控門如圖:U6A74LS08D主控門U6為正與門，它的一個(gè)輸入信號(hào)來(lái)自主控們 G5的輸出，另一個(gè)輸入 信號(hào)為時(shí)基脈沖信號(hào)，當(dāng)控制門 U5輸出高電平時(shí)，主控門U6打開(kāi)，周期T=1ms 的時(shí)基脈沖通過(guò)

16、主控門送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)控制門U5輸出低電平時(shí)，主控門U關(guān)門，時(shí)基脈沖不能通過(guò)主控門，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。主控門可以選用74LS08 構(gòu)成。仿真圖如下:Oxi lloscope -XSC1旦5）計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路計(jì)數(shù)器是將主控門輸出的時(shí)基脈沖進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，由于計(jì)數(shù)器的最大容量為99ms因此需采用2級(jí)8421BCD碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)，分別代表十進(jìn)制的個(gè)位， 十位，它們可又同步計(jì)數(shù)器 74LS16 0計(jì)數(shù)器組成。計(jì)數(shù)脈沖有CLK端輸入，為來(lái)自主控門輸出的時(shí)基脈沖，進(jìn)位信號(hào)由低位 計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端送到高位的 ENT和ENP端。4位譯碼器選用BCD!入的4線一一7段譯碼器，其輸入端A、B、C、D分別接計(jì)

17、數(shù)器的Q、Q、Q、Q。如圖15：U756CLR LOADENTRCOENPCLKl|AQABQBCQCDQD1023474LS160D*vccU815V15DCD HEX14J131211U9U10CORDENTRCOENPCLK-1rAQABQBCQCDQD14413121121071974LS160D*15DCD HEX計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路圖15六、總體設(shè)計(jì)電路圖1,當(dāng)開(kāi)關(guān)A打到高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，準(zhǔn)備測(cè)量時(shí)，開(kāi)關(guān) A打到低電平, 啟動(dòng)電路，開(kāi)關(guān)B打到高電平，開(kāi)始計(jì)數(shù)，數(shù)碼管有數(shù)字顯示，當(dāng)數(shù)碼管停止時(shí), 顯示的數(shù)字就是當(dāng)前被測(cè)脈沖的寬度，記錄顯示結(jié)果。如果要進(jìn)行下一次脈沖寬 度測(cè)量時(shí)，首

18、先將開(kāi)關(guān)A打到高電平進(jìn)行清零，然后再進(jìn)行測(cè)量。仿真結(jié)果能正 確測(cè)量脈沖寬度，符合設(shè)計(jì)要求。仿真圖如下圖（16）：圖（16）2 、在硬件實(shí)驗(yàn)時(shí)，依據(jù)電路圖，在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上連線，檢查無(wú)誤后接 通電源，進(jìn)行了門電路和計(jì)數(shù)顯示電路的搭接實(shí)驗(yàn)，時(shí)基信號(hào)采用固定脈沖，實(shí)驗(yàn)取得了很好的預(yù)期效果，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。七、設(shè)計(jì)心得與體會(huì)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)略顯急促，又是臨近考試，所以設(shè)計(jì)的不是很認(rèn)真，一 周的課程設(shè)計(jì)，遇到了很多困難，有好多不會(huì)的東西，理解不了。磕磕絆絆的做 了下來(lái)在課程設(shè)計(jì)之前，我們通過(guò)各個(gè)渠道查找資料后分析驗(yàn)證， 經(jīng)過(guò)多次的修 改和整理，作了如上的設(shè)計(jì)思路。雖然這次設(shè)計(jì)一開(kāi)始是按照設(shè)計(jì)要求去完成的， 但由于在實(shí)際操作中，出現(xiàn)了比較大的問(wèn)題，導(dǎo)致很多的準(zhǔn)備資料，在實(shí)際操作 中都未能派上用場(chǎng)。在這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我懂得了很多，課程設(shè)計(jì)不光是 讓我們?nèi)ァ霸O(shè)計(jì)”，更重要的是培養(yǎng)我們的能力！通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)數(shù)字 電子技術(shù)又有了進(jìn)一步的了解，增加了對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用其次對(duì)這個(gè)課題的理解 問(wèn)題。因?yàn)閿?shù)電的知識(shí)本來(lái)就不容易懂， 所以查找資料和查閱基礎(chǔ)知識(shí)， 花了我 們很長(zhǎng)的時(shí)間。這些都應(yīng)歸咎于自己基礎(chǔ)知識(shí)的匱乏。在這次的課程設(shè)計(jì)中，我們通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐操作，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握了有