數(shù)字秒表畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)字秒表 專業(yè)（系） 班 級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 完成日期 前 言 如今，信息正是一個(gè)高度發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，而數(shù)字技術(shù)是信息的基礎(chǔ)，數(shù)字技術(shù)是目前發(fā)展最快的技術(shù)領(lǐng)域之一，數(shù)字技術(shù)在數(shù)字集成電路集成度越來越高的情況下，開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)的使用方法和用來實(shí)現(xiàn)這些方法的工具已經(jīng)發(fā)生了變化，但大規(guī)模集成電路中的基本模塊結(jié)構(gòu)仍然需要基本單元電源電路的有關(guān)概念，因此用基本邏輯電路來組成大規(guī)?；蛑幸?guī)模地方法仍然需要我們掌握。二進(jìn)制數(shù)及二進(jìn)制代碼是數(shù)字系統(tǒng)中信息的主要表示形式，與，或，非三種基本邏輯運(yùn)算是邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)，相應(yīng)的邏輯門成為數(shù)字電路中最基本的元件。數(shù)字電路的輸入，輸出信號為離散數(shù)字信號，電

2、路中電子元器件工作在開關(guān)狀態(tài)。除此之外，由與，或，非門構(gòu)成的組合邏輯功能器件編碼器，譯碼器，數(shù)字分配器，數(shù)字選擇器，加法器，比較器以及觸發(fā)器是常用的器件。與模擬技術(shù)相比，數(shù)字技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，這也是數(shù)字技術(shù)取代模擬技術(shù)被廣泛使用的原因。 數(shù)字式秒表是一種常用的計(jì)時(shí)工具，以其價(jià)格低廉、走時(shí)準(zhǔn)確、使用方便、功能多而廣泛用于體育比賽中，下文介紹了如何利用中小規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件進(jìn)行數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中數(shù)字秒表的最大計(jì)時(shí)是59分59.99秒，也就是說分辨率是0.01秒，最后計(jì)數(shù)結(jié)果用數(shù)碼管顯示，需要實(shí)現(xiàn)清零、啟動計(jì)時(shí)、暫停計(jì)時(shí)、繼續(xù)計(jì)時(shí)等功能。當(dāng)計(jì)時(shí)停止的時(shí)候，由開關(guān)給出一個(gè)清零信號，使得所

3、有顯示管全部清零 在本次實(shí)驗(yàn)中由六片74LS160構(gòu)成兩個(gè)100進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)秒表的計(jì)數(shù)功能。由于需要比較穩(wěn)定的信號，我們用555定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器產(chǎn)生100HZ的信號，用六個(gè)數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)，最后在電路中加入了兩個(gè)控制開關(guān)一個(gè)控制電路的啟動和暫停；另一個(gè)控制電路的清零。摘 要 電子式秒表是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，無機(jī)械裝置，具有較長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。 電子式秒表從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。本次實(shí)驗(yàn)所做電子式秒表由信號發(fā)生系統(tǒng)和計(jì)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)成。由于需要比較穩(wěn)定的信號，所以信號發(fā)生系統(tǒng)55

4、5定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器構(gòu)成，信號頻率為100HZ。計(jì)時(shí)系統(tǒng)由計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器組成。計(jì)數(shù)器由74 LS160構(gòu)成，由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成了一百進(jìn)制和六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用異步進(jìn)位方式。譯碼器由74LS48構(gòu)成，顯示器由數(shù)碼管構(gòu)成。具體過程為：由晶體震蕩器產(chǎn)生100HZ脈沖信號先進(jìn)入計(jì)數(shù)器，然后傳入譯碼器，將4位信號轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管可顯示的7位信號，結(jié)果以“分”、“秒”、“10毫秒”依次在數(shù)碼管顯示出來。該秒表最大計(jì)時(shí)值為59分59.99秒， “10毫秒”為一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，“分”和“秒”為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。關(guān)鍵詞：計(jì)時(shí) 精度 計(jì)數(shù)器 顯示器 第1章 任務(wù)與要求11 系統(tǒng)概述 所為數(shù)

5、字式秒表，所以必須有一個(gè)數(shù)字顯示。按設(shè)計(jì)要求，須用七段數(shù)碼管來做顯示器。題目要求最大記數(shù)值為59，59，99，那則需要六個(gè)數(shù)碼管。 選擇信號發(fā)生器時(shí)，有兩種方案：一種是用晶體震蕩器，另一種方案是采用集成電路555定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。其核心部分使用六個(gè)74LS160計(jì)數(shù)器采用串聯(lián)方式構(gòu)成，這種連接方式簡單，使用元器件數(shù)量少。由于555定時(shí)器的比較器靈敏度較高，輸出驅(qū)動電流大，功能靈活，再加上電路結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算比較方便，所以CP脈沖是由555多諧振蕩器產(chǎn)生的。 數(shù)字式秒表實(shí)際上是一個(gè)頻率（100HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于數(shù)字式秒表計(jì)數(shù)的需要，故需要在電路上加一個(gè)控制電路，該控制

6、電路清零、啟動計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能，同時(shí)需要一個(gè)分頻電路把100kHZ分成100HZ的時(shí)間信號達(dá)到到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字電子鐘的總體圖如圖所示。由圖可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：555振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；秒表控制開關(guān)；一百進(jìn)制秒、六十進(jìn)制分計(jì)數(shù)器和六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器；以及秒、分的譯碼顯示部分等 第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1方案論證與選擇 數(shù)字式秒表，就需要顯示數(shù)字。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要用數(shù)碼管來做顯示器。題目要求最大記數(shù)值為99分59.99秒，則需要一個(gè)8段數(shù)碼管作為秒位（有小數(shù)點(diǎn)）和五個(gè)7段數(shù)碼管作為分秒位。要求計(jì)數(shù)分辨率為0.0 1秒，那

7、么我們需要相應(yīng)頻率的信號發(fā)生器。 選擇信號發(fā)生器時(shí)，有兩種方案：一種是用晶體振蕩器，另一種方案是采用集成電路555定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。石英晶振蕩器精度很高，一般都需要多級分頻。 秒表核心部分計(jì)數(shù)器，此次選擇74LS160計(jì)數(shù)器。它具有同步置數(shù)和異步清零功能。主要是利用它可以十分頻的功能。 計(jì)數(shù)脈沖是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，產(chǎn)生100赫茲脈沖。如果精度要求高，也可采用石英振蕩器。 在選擇譯碼器的時(shí)候，有多種選擇，如74LS47，74LS48等4-7線譯碼器。如果選擇7447，則用來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管；如果選擇7448，則用來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。在選擇數(shù)碼顯示管時(shí)，可以利用六個(gè)

8、數(shù)碼管；也可以借鑒簡易數(shù)字頻率計(jì)中的四位數(shù)碼管來顯示后四位，再用兩個(gè)數(shù)碼管顯示分鐘的兩位。本次設(shè)計(jì)中選擇前一種方法。2.2 總體設(shè)計(jì)方案框圖圖1 總體設(shè)計(jì)思路方框圖2.3設(shè)計(jì)原理本數(shù)字秒表電路主要包括以下三部分(如上圖所示)：2.3.1控制電路及時(shí)鐘 本部分主要包括，555定時(shí)器電路產(chǎn)生100Hz矩形波振蕩脈沖，兩個(gè)控制按鈕S1,S2分別控制秒表的復(fù)位/啟動和暫停/繼續(xù)。2.3.2時(shí)鐘分頻計(jì)數(shù)電路時(shí)鐘分頻電路的主要芯片為74LS160，主要電路為由74LS160與74LS04組成的十分頻的分頻電路以及由74LS160和74LS00組成的六分頻的時(shí)鐘分頻電路。2.3.3顯示譯碼電路該部分主要由顯

9、示譯碼電路7448和顯示數(shù)碼管組成。第3章 系統(tǒng)器件選擇3.1.時(shí)鐘脈沖信號發(fā)生器及所需芯片3.1.1用555定時(shí)器構(gòu)成方波發(fā)生器（1）555定時(shí)器引腳排列及功能表 圖3.1 555定時(shí)器引腳排列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，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo2腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端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：VC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

10、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。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。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如下表所示：表3.1 555時(shí)基電路的功能表（2）用555定時(shí)器構(gòu)成方波發(fā)生器電路如下圖所示。其中 T1=(R1+R2)Cln2 為充電時(shí)間 T2=R1Cln2 為放電時(shí)間T=T1+T2=(R2+2R1)Cln2 為脈沖周期F=1/T 為振蕩頻率圖3.2 555定時(shí)器構(gòu)成方波發(fā)生器電路調(diào)節(jié)R1使得多諧振蕩器的輸出為100Hz時(shí)鐘脈沖，并接集成芯片74LS00(SA)的

11、2號管腳,而SA的1號管腳則接暫停/繼續(xù)按鈕, 暫停/繼續(xù)按鈕通過高低電平的轉(zhuǎn)換以及74LS00的與邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對時(shí)鐘脈沖CP的封鎖與開通控制,而其他電路不受其影響。74LS00的3號管腳輸出接至U1（最低位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160）的時(shí)鐘輸入端作為時(shí)鐘分頻計(jì)數(shù)的基本時(shí)鐘。3.2時(shí)鐘分頻計(jì)數(shù)電路時(shí)鐘脈沖分頻計(jì)數(shù)部分：首先由十進(jìn)制模塊通過串行計(jì)數(shù)組成100分頻電路，因?yàn)?4LS160是同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在Q3Q0輸出端為1001（即9）時(shí)，其進(jìn)位端TC同時(shí)由0變?yōu)?，設(shè)計(jì)過程中采用的是置數(shù)清零法，而集成芯片74LS160為同步置數(shù)，此處如果TC直接接入下一級的時(shí)鐘輸入端，則會發(fā)生本位數(shù)字為9，

12、而它的高位數(shù)字已經(jīng)進(jìn)位的現(xiàn)象。要消除這種現(xiàn)象則可以在TC端與下一級的時(shí)鐘端之間接入一個(gè)非門，使得TC輸出反相，在本位輸出進(jìn)位脈沖時(shí)，其高位時(shí)鐘接收到的為時(shí)鐘的無效邊沿（下降沿），而在本位自然清零時(shí)，高位才會接收到一有效時(shí)鐘邊沿（上升沿），從而達(dá)到正確進(jìn)位的目的。而六十進(jìn)制與下級模塊的級連，由于六進(jìn)制模塊在實(shí)現(xiàn)過程中已經(jīng)接入了一個(gè)74LS00的與非門，故其輸出不必再接非門，而是從該74L 0的輸出端接至高位時(shí)鐘脈沖端。應(yīng)用74LS160的異步清零功能，將所有74LS160（U1U6）的清零端MR全部并接至控制按鈕S1（復(fù)位開始按鈕），通過S1對高低電平的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)清零。圖中所示（1）（6）的Q0Q

13、3端分別接從低位到高位的六個(gè)7448的AD輸入端。集成芯片74LS160，其管腳排列如圖所示。圖3.3 74LS160管腳排列表3.2引腳功能如下表所示：輸入輸出MRPECETCEPCLKP3P2P1P0Q3Q2Q1Q00XXXXXXXX000010XX  D3D2D1D0D3D2D1D01111  XXXX計(jì)數(shù)110XXXXXX保持11X0XXXXX保持3.2.1 由集成芯片74LS160構(gòu)成十分頻器74LS160本身即為同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用以構(gòu)成十分頻器直接使用其進(jìn)位輸出端即可，需要注意的是，在級聯(lián)過程中，因?yàn)?4LS160計(jì)數(shù)過程為上升沿有效，而進(jìn)位輸出時(shí)CO端是由0

14、變1，為上升沿，要使計(jì)數(shù)狀態(tài)不缺失，需在CO與下一級的連接中串入一個(gè)非門。如下圖所示：圖3.4 十分頻器電路圖3.2.2 使用芯片74LS160構(gòu)成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器 由74LS160組成的六分頻電路如下圖所示電路，給CLK以點(diǎn)動單脈沖或頻率較低的連續(xù)脈沖，Q端接發(fā)光二極管，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)。同時(shí)進(jìn)位輸出端接發(fā)光二極管，觀察并記錄現(xiàn)象，看是否為六進(jìn)制輸出。判斷其正確性與可靠性，經(jīng)驗(yàn)證該電路動作可靠，輸出正確。圖3.5 6進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖3.2.3 由十分頻電路及六分頻電路組成一百分頻及六十分頻電路（1）一百分頻電路如下圖所示： 兩級十分頻電路串聯(lián)，中間通過74LS04的一個(gè)非門把進(jìn)位輸出端的時(shí)鐘

15、信號送入高位的時(shí)鐘輸入端CLK,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的串行進(jìn)位控制,清零控制端并接，接到復(fù)位/開始控制按鈕，實(shí)現(xiàn)控制。 圖3.6 一百分頻電路圖（2）六十分頻電路如下圖所示：一級十分頻電路與一級六分頻電路串聯(lián)，形成串行進(jìn)位計(jì)數(shù)，其內(nèi)部級聯(lián)與一百進(jìn)制相同,時(shí)鐘脈沖均為低位的進(jìn)位端通過一非門接至高位的CLK端。清零控制端并接，接到復(fù)位/開始控制按鈕，實(shí)現(xiàn)控制。圖3.7 六十分頻電路圖3.3顯示譯碼電路譯碼驅(qū)動電路（74LS47、74LS48）及七段顯示數(shù)碼管（1）七段顯示數(shù)碼管 實(shí)際工作中常采用發(fā)光二極管型七段顯示數(shù)碼管來直觀地顯示數(shù)字。它的數(shù)字形式如下圖所示：圖3.8 七段顯示數(shù)碼管數(shù)碼管的每一段是一個(gè)發(fā)光

16、二極管，按發(fā)光二極管的連接方式可分為共陰極和共陰極兩種，如下圖所示： 圖3.9 數(shù)碼管連接方式 共陰極二極管的公共端接正電源（高電平），a、b、c、d、e、f、g中接低電平則發(fā)光，因此成為低電平有效。共陰極的公共端接地（低電平），a、b、c、d、e、f、g接高電平則發(fā)光，即高電平有效。（2）七段譯碼驅(qū)動電路 在七段譯碼驅(qū)動電路中，對應(yīng)于不同類型數(shù)碼管有不同的驅(qū)動芯片，驅(qū)動共陰極數(shù)碼管用共陰極驅(qū)動器（如74LS47），驅(qū)動共陰極數(shù)碼管用共陰極驅(qū)動器（如74LS48）。驅(qū)動電路如下圖所示(其中74LS48的345管腳均接高電平): 圖3.10 七段譯碼驅(qū)動電路表3.3 7448功能表第4章 硬件電

17、路設(shè)計(jì)與分析4.1信號發(fā)生器4.1.1 多諧振蕩器仿真圖 該電路是由555定時(shí)器以及外圍的電阻，電容組成的。其中從555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器OUT引腳出來的頻率是100赫茲。555定時(shí)器的參數(shù)：T=0.01s，f=100Hz =1/0.695(R1+ 2R2)C 在圖中R3+Rp=R1，R5=R2經(jīng)過計(jì)算并實(shí)際調(diào)整，方案為R3=30K，R5=5.1K，Rp=10K，c=1微法。在實(shí)踐中，如果用示波器觀察到頻率不正確，可調(diào)整Rp來改變頻率，減小誤差。圖2 555構(gòu)成多諧振蕩器仿真圖4.2復(fù)位電路圖（3） 復(fù)位電路該復(fù)位電路由機(jī)械開關(guān)，電阻，以及電源組成。輸出線1接在74160的復(fù)位端

18、。當(dāng)需要復(fù)位時(shí)，合上開關(guān)，從輸出線1即可輸出復(fù)位信號（即清零信號），復(fù)位電路的基本功能是：提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號，以防開關(guān)分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。另外復(fù)位電路主要完成清零功能。4.3 分、秒、毫秒計(jì)數(shù)器電路4.3.1計(jì)數(shù)器電路RD LD ET EP CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 × × × × × × × × 0 0 0 0 1 0 × × D C B A D C B A 1 1

19、0 × × × × × × 保 持 1 1 × 0 × × × × × 保 持 1 1 1 1 × × × × 計(jì) 數(shù)74LS160功能表1234· 56789101112131474LS160RDCPD1GNDEPVCCD01516D2D3LDETQ3Q2Q1Q0CO74LS160的管腳圖及功能表如下: 圖7 為74LS160管腳圖及功能表 74LS160為異步清零計(jì)數(shù)器，即端輸入低電平，不受CP控制，輸出端立即全部為“0”

20、，功能表第一行。74LS160具有同步預(yù)置功能，在端無效時(shí)，端輸入低電平，在時(shí)鐘共同作用下，CP上跳后計(jì)數(shù)器狀態(tài)等于預(yù)置輸入DCBA，即所謂“同步”預(yù)置功能（第二行）。和都無效，ET或EP任意一個(gè)為低電平，計(jì)數(shù)器處于保持功能，即輸出狀態(tài)不變。只有四個(gè)控制輸入都為高電平，計(jì)數(shù)器（161）實(shí)現(xiàn)模10加法計(jì)數(shù)，Q3 Q2 Q1 Q0=1001時(shí)，RCO=1。8421碼加權(quán)計(jì)數(shù)器：，QD、QC、QB、QA輸出見計(jì)數(shù)器工作波形圖：這里我們選擇用計(jì)數(shù)器74LS160芯片，通過乘數(shù)法或反饋置數(shù)法構(gòu)成100進(jìn)制和60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。經(jīng)方案論證，本課程計(jì)數(shù)器選擇方案如下：100進(jìn)制計(jì)數(shù)器乘數(shù)法：將兩片74LS160

21、計(jì)數(shù)器直接級聯(lián)則可得到100進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其電路連接如圖4。圖4 100進(jìn)制電路圖60進(jìn)制計(jì)數(shù)器乘數(shù)法：將一片74LS160設(shè)置成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再將其與一片74LS160級聯(lián)，即可得到一個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其電路連接如圖5所示。圖5 60進(jìn)制電路圖74LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器只需將兩片74LS160級聯(lián)即可，而74LS161是十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器的連接相對而言較復(fù)雜。對于六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，從電路圖中我們同樣可以知道74LS160 的連接比74LS161的連接簡單，相對而言所需的元器件也少。綜上，我們選擇選擇了用74LS160計(jì)數(shù)器。4.3.2 計(jì)數(shù)器最終連線圖一百進(jìn)制

22、和六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器之間、六十進(jìn)制和一百進(jìn)制之間的接法如下圖6所示。圖6 分秒計(jì)數(shù)電路圖4.4 譯碼部分4.4.1 譯碼器電路譯碼器電路是將數(shù)碼轉(zhuǎn)換為一定的控制信號。在此由7448集成元件構(gòu)成，它能將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換為輸出端的電平信號以控制顯示器。下圖為7448的管腳圖：LT,RBI接邏輯開關(guān)，D,C,B,A接8421碼撥開開關(guān)，a，b，c，d，e，f，g七段分別接顯示器對應(yīng)的各段。地線，電源線接好后，若線路無誤后，接通電源就開始實(shí)驗(yàn)論證：（1） LT=0,其余狀態(tài)為任意態(tài)，這時(shí)LET數(shù)碼管全亮。（2） 再用一根導(dǎo)先把0電平接到BI/RBO端，這時(shí)數(shù)碼管全滅，不顯示，這說明譯碼器顯示是好的。（3

23、） 斷開BI/RBO與0電平相連的導(dǎo)線，使BI/RBO懸空。且使LT=1，這時(shí)按動8421碼撥碼開關(guān)，輸入D,C,B,A四位8421碼二進(jìn)制數(shù)，顯示器就顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。（4） 在（3）步驟后，仍使LT=1,BI/RBO接LED發(fā)光二極管，此時(shí)若RBI=1按動撥碼開關(guān)，顯示器正常顯示工作。若RBI=0,按動撥碼開關(guān)8421碼輸出為0000時(shí)，顯示器全滅，這時(shí)BI/RBO端輸出為低電平即LED發(fā)光二極管全滅這就是“滅零”功能。在這里我們采用74LS48D和RPACK來構(gòu)成譯碼部分，其仿真電路圖如圖7所示。圖7 譯碼電路圖4.5 數(shù)碼管部分4.5.1 顯示器匹配電路圖7段數(shù)碼管又分共陰和共陰兩種

24、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)動電路74LS48的相對應(yīng)的驅(qū)動端上（也是abcdefg）。此時(shí)若顯示數(shù)字1，那么譯碼驅(qū)動電路輸出段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)碼管是共陰顯示電路，那就需要選用74LS47譯碼驅(qū)動集成電路。共陰就是把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。無論共陰共陰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

25、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)。下圖是八段數(shù)碼管（LED）的示意圖，圖中引腳6為VCC的為共陰數(shù)碼管，引腳6為GND的為共陰數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)采用共陰數(shù)碼管與74LS48匹配。其連接圖如圖8所示。圖8 顯示器皮匹配電路圖4.5.2 譯碼器與數(shù)碼管匹配電路的仿真圖圖9 譯碼管與數(shù)碼管匹配電路圖第5章 系統(tǒng)原

26、理與調(diào)試5.1 系統(tǒng)綜述J1控制數(shù)字秒表的啟動和停止，J2控制數(shù)字秒表的清零復(fù)位。開始時(shí)把J1J2合上，由555多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，運(yùn)行本電路，數(shù)字秒表正在計(jì)數(shù)。J1打開，脈沖不能給上面的計(jì)數(shù)電路，整個(gè)電路暫停計(jì)數(shù)，閉合J1，電路重新獲得脈沖信號，開始計(jì)數(shù)，當(dāng)J1開關(guān)閉合，把開關(guān)J2開關(guān)打開，那將給計(jì)數(shù)電路中的74LS160的清零信號，開始計(jì)數(shù)，當(dāng)J1開關(guān)閉合，J2開關(guān)打開，那將給計(jì)數(shù)器清零，于是我們就用兩個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電路的清零、啟動、計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能。5.2各部分工作原理控制電路：它是由兩個(gè)74LS00集成與非門元件構(gòu)成的基本R-S觸發(fā)器，接在機(jī)械開關(guān)K的后面，防止開關(guān)

27、K在打開和閉合時(shí)一些假信號竄入邏輯電路。用來控制秒表的開始，暫停。復(fù)位電路：作為清零復(fù)位用。它是由電源，開關(guān)和一個(gè)電阻組成的電路。0.1秒脈沖發(fā)生器電路：它由555集成定時(shí)器元件和外圍的電阻和電容等元件構(gòu)成的多諧振蕩器。調(diào)節(jié)滑動電阻的數(shù)值，可以改變脈沖發(fā)生器的輸出頻率。計(jì)數(shù)器電路：從進(jìn)位制來分，有二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等多種形式。在此采用的74LS160十位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即8421編碼方式。譯碼器電路：是將數(shù)碼轉(zhuǎn)換為一定的控制信號。在此由74LS47集成元件構(gòu)成，它能將十個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換為輸出端上的電平信號以控制顯示器。顯示器電路：有輝光數(shù)碼管和熒光數(shù)碼管等多種顯示電路。此次設(shè)計(jì)中采用的是

28、共陰極七段LED顯示器。5.3 電路工作原理 在仿真軟件上接通電源1.合上復(fù)位電路的開關(guān)，是電路在工作之前先清零。電子秒表處于復(fù)位狀態(tài)。2.當(dāng)?shù)谝淮伟磩娱_關(guān)K，產(chǎn)生第一個(gè)單脈沖作為基本RS觸發(fā)器的時(shí)鐘，使三狀態(tài)控制電路的輸出端Q1產(chǎn)生高電平，經(jīng)與非門后，使0.01秒脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并譯碼、顯示出來。 3.當(dāng)?shù)诙伟磩娱_關(guān)K，產(chǎn)生第二個(gè)單脈沖使三狀態(tài)控制電路輸出端Q1輸出低電平Q2輸出高電平，關(guān)閉與非門，使計(jì)數(shù)停止。 4.當(dāng)需要復(fù)位清零時(shí)，按動復(fù)位電路的開關(guān)K。電路即處于復(fù)位狀態(tài)。 5.再按動控制電路開關(guān)K時(shí)，電子秒表又進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。5.4課題存在的問題及解決本設(shè)計(jì)采用電路仿真對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行

29、了調(diào)試。運(yùn)用軟件proteus。在調(diào)試的過程中遇到不少的問題，經(jīng)過多次反復(fù)的檢查和排除，最終實(shí)現(xiàn)了全部功能。調(diào)試方法：按模塊調(diào)試，在每個(gè)模塊的輸入端加理想的調(diào)試信號，在輸出端接示波器，觀察輸出波形，如果波形符合設(shè)計(jì)預(yù)期，則說明此模塊工作正常，否則可按從輸出到輸入的順序逐一排查，直到解決問題。當(dāng)各模塊調(diào)試無誤后，將各模塊連接起來，同時(shí)要注意接口的電平匹配問題。本次課程設(shè)計(jì)在仿真組裝調(diào)試過程中曾出現(xiàn)以下故障：故障1：脈沖發(fā)生器（555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器）沒法實(shí)現(xiàn)0.01s的脈沖信號。原因：參數(shù)不對。排除方法：利用f=1.44/R1+2R2)C適當(dāng)?shù)倪x取定值電阻、電容的大小并用頻率計(jì)檢測。故障2

30、：數(shù)碼管顯示亂碼。原因：計(jì)數(shù)器74LS390管腳接線錯(cuò)誤，LED數(shù)碼管的共極性弄反（按共陰極的接線方法接線）。排除方法：對計(jì)數(shù)器正確接線，調(diào)整數(shù)碼管的陰陰極接線（按共陰極接線方法接線）。故障4：八段器的LED數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)無法顯示。原因：接線錯(cuò)誤。排除方法：此次設(shè)計(jì)選擇的數(shù)碼管是共陰極的。在小數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的管腳與電源之間接一個(gè)200 歐姆的電阻。第6章 總結(jié)與體會畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，總算是有了一個(gè)結(jié)果。方案和結(jié)果都讓我們比較滿意，完成了所有的設(shè)計(jì)要求：1.秒表最大計(jì)時(shí)值為59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)。在這次課題設(shè)計(jì)中，我進(jìn)行不斷的研究與探索而成的。實(shí)現(xiàn)了電路的最簡潔，使電路圖簡單易懂。但是，在這次設(shè)計(jì)過程中也遇到不少的麻煩，經(jīng)過多次反復(fù)的檢查和排除，最終實(shí)現(xiàn)了部分功能。留給我們組印象最深的是：要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有扎實(shí)的知識基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識