電子秒表計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)

1、電子秒表的設(shè)計(jì)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，電子測量儀表，電視，雷達(dá)，通信等各個(gè)領(lǐng)域。例如在現(xiàn)代測量技術(shù)中，數(shù)字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能強(qiáng)，而且容易實(shí)現(xiàn)測量的自動(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)更廣泛地滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。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

2、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.我相信通過本次實(shí)驗(yàn),將進(jìn)一步加深對各數(shù)字單元電路的理解,同時(shí)也對基礎(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: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 StopwatchAbstract: Current digital electronics technology has been widely used in computers, au

3、tomatic 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

4、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 el

5、ectronic 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 i

6、s 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

7、, 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-f

8、lop, one-shot, the clock generator, counters, decoding display 目 錄1 電子秒表介紹12 電子秒表功能要求及元器件介紹32.1電子秒表基本功能32.2 元器件介紹32.2.1 74LS00與非門32.2.2 基本RS觸發(fā)器42.2.3 555定時(shí)器52.2.4 555多諧振蕩器72.2.5 74LS90計(jì)數(shù)器82.2.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器103 電路設(shè)計(jì)113.1電路設(shè)計(jì)方案113.1.1 工作原理113.1.2計(jì)數(shù)器工作波形圖113.2 核心電路設(shè)計(jì)133.2.1 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)133.2.2 主控電路設(shè)計(jì)134 PCB板的制作154.

9、1 PCB板設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則7154.1.1 布局154.1.2 布線154.1.3 焊盤164.2 PCB板電路抗干擾措施164.2.1 電源線設(shè)計(jì)164.2.2 地線設(shè)計(jì)164.3 制板164.4 焊接的基本常知識(shí)174.5 元器件的安裝185  系統(tǒng)測試195.1 基本RS觸發(fā)器的調(diào)試195.2 555多諧振蕩器的調(diào)試195.3 計(jì)數(shù)器的調(diào)試195.4 譯碼器的調(diào)試205.5 電子秒表的整體調(diào)試205.6系統(tǒng)的功能205.7.1 設(shè)計(jì)小結(jié)215.7.2 設(shè)計(jì)收獲及體會(huì)215.7.3 改善設(shè)計(jì)的建議21參考文獻(xiàn)23致謝24附錄1電子秒表裝配圖25附錄2電子秒表PCB版圖26附錄3電

10、子秒表實(shí)驗(yàn)原理圖27附錄4電子秒表電路板實(shí)圖281 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1l00s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1l00s，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

11、，即可出現(xiàn)秒表功能，如圖（a）所示。按一下按鈕 開始自動(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)

12、若要再次測量就按住 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 ，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 ，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。2 電子秒表功能要求及元器件介紹2.1電子秒表基本功能 電子秒表通過十分巧妙的設(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)簡單成本低廉。電子秒表的顯示是由2位LE

13、D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)也可以通過控制按鈕就可以實(shí)現(xiàn)。2.2 元器件介紹2.2.1 74LS00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R1的IR1通過VD3流入A輸入

14、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?？紤]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通過電阻R1向V2注入基極驅(qū)動(dòng)電流

15、，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=2.2.2 基本RS觸發(fā)器K2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

16、基本RS觸發(fā)器構(gòu)成圖如圖Q12.3 Q2Q1K2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 Q21 00 10 11 01 1保持0 0K1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)按鈕開關(guān)S1，則Q2由0變?yōu)?，為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。Q1由1變?yōu)?，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

17、表的工作。2.2.3 555定時(shí)器2555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呻娐穬?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。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。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、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

18、C為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(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0.01F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)器的功能見表2.2清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Qn+1放電管T功能00導(dǎo)通直接清零10導(dǎo)通置011截止置11Qn不變保持表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，

19、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。2.2.4 555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 Vo2.5對于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R1、R2向電容C充電，VC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時(shí)間為：

20、TPH=（R1+R2）C ln2=0.7（R1+R2）C （2-2）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)。2.2.5 74LS90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)中它既被用來構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1），又被用來構(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。

21、 圖2.6為74LS90的引腳排列圖通過不同的連接方式，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。（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。 輸入 輸出 功能 清0 置9 時(shí)鐘QD QC QB QAR0（1）R0（2）R9（1）R9（2）CK

22、A CKB 1 1 0 X X 0 X X 0 0 0 0 清00 X X 0 1 1 X X 1 0 0 1 置90 XX 00 X X 0 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) QAQD 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) 1 1 不變 保持表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（

23、2）中有“0”時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即Q3Q2Q1Q0=0000。 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。 2.2.6 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RO

24、FF。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 圖2.8 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器各點(diǎn)波形圖3 電路設(shè)計(jì)3.1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3.1.1 工作原理 電子秒表

25、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位就開始工作，而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。3.1.2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。圖3.2 計(jì)數(shù)器工作波形圖3.2 核心電路設(shè)計(jì) 3.2.1 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，它是用來將由多諧振蕩器產(chǎn)生的50HZ

26、的矩形方波進(jìn)行計(jì)數(shù)。用來記錄秒表的0.01S位。見圖3.36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，它是用來記錄秒表的0.1S位，并用譯碼顯示器來顯示。由于計(jì)數(shù)器（2）是十進(jìn)制，當(dāng)其計(jì)數(shù)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)重新開始計(jì)數(shù)，秒表也會(huì)重新開始顯示時(shí)間。 3.2.2 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

27、觸發(fā)器通過其輸出端的復(fù)位和置零來控制單穩(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?；綬S觸發(fā)器與多諧振蕩器之間的聯(lián)接是通過用一個(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，此時(shí)多諧振蕩器所產(chǎn)生的信號(hào)才能通過與非門輸出去。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。4 PCB板的制作4.1 PCB板設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則

28、74.1.1 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)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)

29、離發(fā)熱元件。 4 對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(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)。 5 應(yīng)留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置 4.1.2 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 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。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.020.3

30、mm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58mm。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。4.1.3 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。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.

31、0)mm。4.2 PCB板電路抗干擾措施4.2.1 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。4.2.2 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。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。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。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

32、它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應(yīng)在23mm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。4.3 制板對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，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2842%之間，不斷搖晃，加速反應(yīng)。待把能看見的銅都腐蝕完了之后把扳子從三氯化鐵溶液中取出來用清水洗凈，用砂紙將沒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

33、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。4.4 焊接的基本常知識(shí)9首先是選擇電烙鐵。對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。千萬不要使用酸性助焊劑，否則對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

34、，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，一般不宜超過三秒；第三，撤離烙鐵后千萬不可晃動(dòng)引腳，必須要焊錫凝固后再松開鑷子。焊接質(zhì)量可從焊錫是否填滿通孔、焊點(diǎn)是否圓滑光亮來判斷。對于焊點(diǎn)周圍的松香焊渣，可用乙醇擦去，千萬不要使用含有氯化物的溶劑、汽油或肥皂水。手工焊接對焊點(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。造成焊接質(zhì)量不好的常見原因1.焊錫用量過多，形成焊點(diǎn)的錫堆積；焊錫過少，就不足一包裹焊點(diǎn)。2.冷焊。焊接時(shí)烙鐵溫度過低或加熱時(shí)間不足，焊錫未完全熔化，浸潤，焊錫表面不光亮

35、（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。指焊錫量過多，造成元器件的焊點(diǎn)之間短路。這在對超小元器件及細(xì)小印刷電路板進(jìn)行焊接時(shí)要尤為注意。 5.焊劑過量。焊點(diǎn)周圍松香殘?jiān)芏?。?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)間過長或焊劑過多掌握不當(dāng)，以及烙鐵離開焊點(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)際上和焊盤并沒有接觸，造成虛焊，一般不易查出，所以在焊接中一定要注

36、意。4.5 元器件的安裝在安裝元件時(shí)，我們應(yīng)該對元件進(jìn)行檢測使它能達(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)間過長就有可能將元器件損壞。5  系統(tǒng)測試由于整個(gè)電路系統(tǒng)是由多個(gè)小模塊構(gòu)成，因此在對整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試之前，應(yīng)先對各個(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，它是通過高低電平的顯示來進(jìn)行調(diào)試。）來對其進(jìn)行調(diào)試。5.1 基本RS觸發(fā)器的調(diào)試10 基本RS

37、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ISIS仿真軟件，這些情況都能進(jìn)行測試。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”）來顯示，這樣就能直觀的測試基本RS觸發(fā)器的工作是否正常。5.2 555多諧振蕩器的調(diào)試 本次

38、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)示波器來觀察其輸出波形，并測試波形的頻率，要求得到頻率為50HZ的方波。該多諧振蕩器的可調(diào)頻是通過調(diào)節(jié)電阻R1來實(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)。5.3 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）來對其進(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）接邏輯開關(guān)輸出插口，CP2接單次脈沖源，CP

39、1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測試其邏輯功能。5.4 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

40、，用來驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管。（3）LT為測試輸入端，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）對其進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試的過程中可以借助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。5.5 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，進(jìn)行電子秒表的總體調(diào)試。先按一下按鈕開關(guān)K2，此時(shí)電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)K1，則計(jì)數(shù)器清零后便開始計(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

41、下開關(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)對電子秒表進(jìn)行測試。5.6系統(tǒng)的功能本次設(shè)計(jì)的電子秒表系統(tǒng)是用于測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。5.7.1 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)題目后我們并沒有立即開始設(shè)計(jì)，而是先參考了大量的關(guān)于電子技術(shù)設(shè)計(jì)方面的書過后才開始著手設(shè)計(jì)。我們第一步是按照設(shè)計(jì)要求來確定該題目可能需要的電子元件，再慢慢根據(jù)個(gè)電子元件的