電子秒表課程設(shè)計

1、電子秒表設(shè)計課題名稱電子秒表姓 名*學 號*院、系、部物理與電子科學系專 業(yè)電子信息科學與技術(shù)指導教師* 2011年 11月20日 一、設(shè)計任務及要求：設(shè)計任務：用中小規(guī)模集成電路設(shè)計一個電子秒表。要 求： 1.能顯示兩位數(shù)10制數(shù)，其計數(shù)范圍099。2.具有清零、預置數(shù)、停止等功能。指導教師簽名： 2011年11月20日 二、指導教師評語：指導教師簽名： 2011 年 11 月27日 三、成績 指導教師簽名： 2011年 12 月25日 電子秒表設(shè)計1 設(shè)計目的（1）學習數(shù)字電路中基本rs觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應用。（2）學習電子秒表的調(diào)試方法。2

2、設(shè)計思路（1）設(shè)計基本rs觸發(fā)器電路。（2）設(shè)計單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。（3）設(shè)計時鐘發(fā)生器電路。（4）設(shè)計計數(shù)及譯碼顯示電路。3 設(shè)計過程 3.1方案論證電子秒表總體方框圖如圖1所示： 控制電路秒信號發(fā)生器秒計數(shù)器譯碼電路數(shù)碼顯示器圖1 數(shù)字式秒表的原理框圖3.2電路設(shè)計電子秒表電路如圖2所示：圖2 電子秒表電路圖（1） 基本rs觸發(fā)器圖2中用集成與非門構(gòu)成的基本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q作為與非門5的輸入控制信號。按動按鈕開關(guān)s2讓其接地，則u7a輸出=1，u8a輸出q=0，s2復位后其狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開

3、關(guān)s1，則q由01，u8a開啟，作好準備啟動計數(shù)器。由10，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。rs觸發(fā)器原理圖 rs觸發(fā)器仿真截圖 *注：由于基本的rs觸發(fā)器的s1=s2=0是應該避免的不穩(wěn)定狀態(tài)，所以在調(diào)試過程中應當避免將s1和s2同時接地。（2） 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖2中用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，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。當電路處于靜態(tài)時，電阻r須小于門的關(guān)門電阻roof rc取值不同所以輸出脈沖寬度不同。當觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時,可將省去輸入微分電路的rp和cp?；緍s觸發(fā)器提供負脈沖信號vi，輸出負脈沖vo由非門加到計數(shù)器的清除端r。 單穩(wěn)態(tài)

4、觸發(fā)器原理圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真截圖 （3）時鐘發(fā)生器圖7中單元由集成運放ua741構(gòu)成的方波發(fā)生電路。此電路由反相輸入的滯回比較器和rc電路組成。rc回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過rc充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時刻輸出電壓+uz,此時滯回電壓比較器的門限電壓為uth2。輸出信號通過r2對電容c正向充電，充電波形如圖3箭頭所示。當該電壓上升到th2時，電路的輸出電壓變?yōu)閡z,門限電壓也隨之變?yōu)閡th1，電容c1經(jīng)電阻r2放電。當該電壓下降到th時輸出電壓又回到+uz，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。輸出方波如圖八所示，調(diào)節(jié)滑動變阻器rw2可改變方波的

5、周期。 可調(diào)方波發(fā)生電路仿真截圖 （4） 計數(shù)及譯碼顯示計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件,它不僅可用來計脈沖數(shù),還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時,分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其它特定的邏輯功能.計數(shù)器種類繁多。如果按計數(shù)其中的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)分類，可以將計數(shù)器分為同步式和異步式兩種。在同步計數(shù)器中，當時鐘脈沖輸入時觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是同時發(fā)生的。而在異步計數(shù)器中，觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，不是同時發(fā)生的。如果按計數(shù)過程中計數(shù)器中的增減分類，又可以分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。如果按計數(shù)器中的數(shù)字編碼方式分類，還可以以分成二進制計數(shù)器、二-十進制計數(shù)器、格雷碼計數(shù)器等。74ls90是異步二五十進制加法計數(shù)器

6、，它既可以作二進制加法計數(shù)器，又可以作五進制和十進制加法計數(shù)器。 其中計數(shù)器u1接成五進制形式，對頻率為50hz的時鐘脈沖進行五分頻，在輸出端取得周期為0.1s的矩形脈沖，作為計數(shù)器u2的時鐘輸入。計數(shù)器u2及計數(shù)器u3接成8421碼十進制形式其輸出端與實驗裝置上譯碼顯示單元的相應輸入端連接可顯示0109秒：l99秒計時。74ls90是二五十進制異步計數(shù)器，從000計到111為例。先接成加法計數(shù)狀態(tài)，在輸出為1000時（既q4為高電平時）把q4輸出接到r01和r02腳上（即異步置0），此時當計數(shù)到1000時則立刻置0，從新從0開始計數(shù)。1000的狀態(tài)為瞬態(tài)。 狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖中是0000到0111是

7、有效狀態(tài)，1000是瞬態(tài)，跳轉(zhuǎn)從這個狀態(tài)跳回到0000狀態(tài)。（1） 計數(shù)脈沖從cp1輸入，qa作為輸出端，為二進制計數(shù)器。（2） 計數(shù)脈沖從cp2輸入，qdqlqh作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。（3） 若將cp2和qa相連，計數(shù)脈沖由cp1輸入，qd、qc、qb、qa作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進制加法計數(shù)器。（4） 若將cp1與qd相連，計數(shù)脈沖由cp2輸入，qa、qd、qc、qb作為輸出端，則構(gòu)成 異步5421碼十進制加法計數(shù)器。（5） 清零、置9功能。a) 異步清零當r0（1）、r0（2）均為“1”；s9（1）、s9（2）中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即qdqcqbqa=0

8、000。b) 置9功能當s9（1）、s9（2）均為“1”；r0（1）、r0（2）中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即qdqcqbqa =1001. 74ls90引腳圖4系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果 由于電路中使用器件較多，設(shè)計前必須合理安排各器件在實驗裝置上的位置，使電路邏輯清楚接線較短。應按照設(shè)計任務的次序?qū)⒏鲉卧娐分饌€進行接線和調(diào)試即分別測試基本rs觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計數(shù)器的邏輯功能待備單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路逐級連接起來進行測試，直到測試電子秒表整個電路的功能。這樣的測試方法有利于檢查和排除故障，保證實驗順利進行。(1)組裝調(diào)試電子秒表(2)對多諧振蕩器進行調(diào)試(3)調(diào)試單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

9、器(4)調(diào)試清零、停止功能的基本rs觸發(fā)器電路仿真開始測試(5)觀察計數(shù)和數(shù)碼管的顯示最后進行電子秒表的整體測試：各單元電路測試正常后按圖2把幾個單元電路連接起來，進行電子秒表的總體測試。先按一下按鈕開關(guān)s2此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)s1，則計數(shù)器清零后使開始計時，觀察數(shù)碼管顯示計數(shù)情況是否正常。如不需要計時或暫停計時按一下開關(guān)s1，計時立即停止，但數(shù)碼管保留所計時之值。5主要儀器與設(shè)備數(shù)字電路試驗箱1臺示波器數(shù)字萬用表數(shù)字頻率計譯碼顯示器74ls002 74ls90d3 電位器、電阻、電容若干6設(shè)計總結(jié) 電子技術(shù)課程設(shè)計是電子技術(shù)基礎(chǔ)這門課程的一個實踐環(huán)節(jié)，是對所學電子技術(shù)理論知識

10、的一次綜合運用。在本次設(shè)計過程中，我獨自查閱一些資料并且虛心向同學請教，在老師的指導下,設(shè)計電路，完成課程設(shè)計說明書，這樣培養(yǎng)了我的動腦、動手能力，提高了我的綜合能力。通過這次對電子秒表的設(shè)計，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于秒表的基本原理與設(shè)計理念。我們需要有扎實的知識基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對實驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決，要有耐心和毅力。一個復雜的電路原理圖，涉及到很多的接線與元器件，任何一根線連接錯誤，都有可能導致輸出不正確,所以可以同學間進行互相檢查,改正錯誤。連線的時候，要特別注意結(jié)點。參數(shù)的選擇要準確，板塊的布局要緊湊美觀等等。所有的這些，都是我在課堂上學不到的。通過對細節(jié)的修正，使自己設(shè)計