課程設計內(nèi)容

1、第一章.設計目的了解數(shù)字秒表的主體電路的組成及工作原理；熟悉集成電路及有關電子元器件的使用；學習和掌握數(shù)字電路中基本RS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。第二章.設計原理2.1電路原理 本電路由啟動、清零復位電路、計數(shù)電路、譯碼顯示電路等組成。 啟動清零復位電路主要由兩個單刀單擲開關組成，開關1控制數(shù)字秒表的啟動和清零復位，開關2控制數(shù)字秒表的繼續(xù)暫停。開始時把開關1合上，開關2合上，運行本電路，數(shù)字秒表正在計數(shù)，此時電路為啟動。其主要工作為開關1、2閉合時，整個電路正常工作，再通過74LS90計數(shù)器計數(shù)，7448譯碼器進行譯碼，由顯示器顯示。 當把開關1閉合，開關2打開

2、，電路運行停止，數(shù)字秒表停止工作，此時電路為暫停；當把開關1閉合，開關2閉合，電路運行繼續(xù)，數(shù)字秒表繼續(xù)工作此時電路為繼續(xù)；當把開關1斷開，電路運行停止，數(shù)字秒表停止工作，整個電路回到原來的位置，即初始位置0000，此時電路為清零復位。本電路中毫秒與秒之間為10進制，秒與分之間是60進制，它們都是由74LS90計數(shù)器組成的分頻計數(shù)電路進行控制。2.2 Protues軟件使用Protues代碼表：數(shù)碼管：7SEG-MPX8-CC 八個公陰二極管顯示器 12345678 是陰公共端7SEG-MPX4-CA 四個公陽二極管顯示器 1234 是陽公共端7SEG-MPX8-CA 八個公陽二極管顯示器 1

3、2345678 是陽公共端共陰極數(shù)碼表uchar dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;共陽極數(shù)碼表uchar dispcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0XD8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x7f,0xbf,0x89,0xff共陽極數(shù)碼管的公共陽極接5V，當各段陰極上的電平為“0”時，該段點亮，電平為“1”時，該段熄滅。AND 與門ANTENNA 天線B

4、ATTERY 直流電源BELL 鈴,鐘BVC 同軸電纜接插件BRIDEG 1 整流橋(二極管)BRIDEG 2 整流橋(集成塊)BUFFER 緩沖器BUZZER 蜂鳴器CAP 電容CAPACITOR 電容CAPACITOR POL 有極性電容CAPVAR 可調(diào)電容CIRCUIT BREAKER 熔斷絲COAX 同軸電纜CON 插口CRYSTAL 晶體整蕩器DB 并行插口DIODE 二極管DIODE SCHOTTKY 穩(wěn)壓二極管DIODE VARACTOR 變?nèi)荻O管DPY_3-SEG 3段LEDDPY_7-SEG 7段LEDDPY_7-SEG_DP 7段LED(帶小數(shù)點)ELECTRO 電解電

5、容FUSE 熔斷器INDUCTOR 電感INDUCTOR IRON 帶鐵芯電感INDUCTOR3 可調(diào)電感JFET N N溝道場效應管JFET P P溝道場效應管LAMP 燈泡LAMP NEDN 起輝器LED 發(fā)光二極管METER 儀表MICROPHONE 麥克風MOSFET MOS管MOTOR AC 交流電機MOTOR SERVO 伺服電機NAND 與非門NOR 或非門NOT 非門NPN NPN三極管NPN-PHOTO 感光三極管OPAMP 運放OR 或門PHOTO 感光二極管PNP 三極管NPN DAR NPN三極管PNP DAR PNP三極管POT 滑線變阻器PELAY-DPDT 雙刀雙

6、擲繼電器RES1.2 電阻RES3.4 可變電阻RESISTOR BRIDGE ? 橋式電阻RESPACK ? 電阻SCR 晶閘管PLUG ? 插頭PLUG AC FEMALE 三相交流插頭SOCKET ? 插座SOURCE CURRENT 電流源SOURCE VOLTAGE 電壓源SPEAKER 揚聲器SW ? 開關SW-DPDY ? 雙刀雙擲開關SW-SPST ? 單刀單擲開關SW-PB 按鈕THERMISTOR 電熱調(diào)節(jié)器TRANS1 變壓器TRANS2 可調(diào)變壓器TRIAC ? 三端雙向可控硅TRIODE ? 三極真空管VARISTOR 變阻器ZENER ? 齊納二極管DPY_7-SE

7、G_DP 數(shù)碼管SW-PB 開關元件名稱 中文名 說明7407 驅動門1N914 二極管74Ls00 與非門74LS04 非門74LS08 與門74LS390 TTL 雙十進制計數(shù)器7SEG 4針BCD-LED 輸出從0-9 對應于4根線的BCD碼7SEG 3-8譯碼器電路BCD-7SEG轉換電路ALTERNATOR 交流發(fā)電機AMMETER-MILLI mA安培計AND 與門BATTERY 電池/電池組BUS 總線CAP 電容CAPACITOR 電容器CLOCK 時鐘信號源CRYSTAL 晶振D-FLIPFLOP D觸發(fā)器FUSE 保險絲GROUND 地LAMP 燈LED-RED 紅色發(fā)光二

8、極管LM016L 2行16列液晶 可顯示2行16列英文字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，RS，R/W，EN三個控制端口（共14線），工作電壓為5V。沒背光，和常用的1602B功能和引腳一樣（除了調(diào)背光的二個線腳）LOGIC ANALYSER 邏輯分析器LOGICPROBE 邏輯探針LOGICPROBEBIG 邏輯探針 用來顯示連接位置的邏輯狀態(tài)LOGICSTATE 邏輯狀態(tài) 用鼠標點擊,可改變該方框連接位置的邏輯狀態(tài)LOGICTOGGLE 邏輯觸發(fā)MASTERSWITCH 按鈕 手動閉合,立即自動打開MOTOR 馬達OR 或門POT-LIN 三引線可變電阻器POWER 電源RES 電阻RESIS

9、TOR 電阻器SWITCH 按鈕 手動按一下一個狀態(tài)SWITCH-SPDT 二選通一按鈕VOLTMETER 伏特計VOLTMETER-MILLI mV伏特計VTERM 串行口終端Electromechanical 電機Inductors 變壓器Laplace Primitives 拉普拉斯變換Memory IcsMicroprocessor IcsMiscellaneous 各種器件 AERIAL-天線；ATAHDD；ATMEGA64；BATTERY；CELL；CRYSTAL-晶振；FUSE；METER-儀表；Modelling Primitives 各種仿真器件 是典型的基本元器模擬，不表示

10、具體型號，只用于仿真，沒有PCBOptoelectronics 各種發(fā)光器件 發(fā)光二極管，LED，液晶等等PLDs & FPGAsResistors 各種電阻Simulator Primitives 常用的器件Speakers & SoundersSwitches & Relays 開關，繼電器，鍵盤Switching Devices 晶閶管Transistors 晶體管（三極管，場效應管）TTL 74 seriesTTL 74ALS seriesTTL 74AS seriesTTL 74F seriesTTL 74HC seriesTTL 74HCT seriesTTL 74LS serie

11、sTTL 74S seriesAnalog Ics 模擬電路集成芯片Capacitors 電容集合CMOS 4000 seriesConnectors 排座，排插Data Converters ADC,DACDebugging Tools 調(diào)試工具ECL 10000 Series 各種常用集成電路PROTEUS原理圖元器件庫詳細說明Device.lib 包括電阻、電容、二極管、三極管和PCB的連接器符號ACTIVE.LIB 包括虛擬儀器和有源器件DIODE.LIB 包括二極管和整流橋DISPLAY.LIB 包括LCD、LEDBIPOLAR.LIB 包括三極管FET.LIB 包括場效應管ASIM

12、MDLS.LIB 包括模擬元器件VALVES .LIB 包括電子管ANALOG.LIB 包括電源調(diào)節(jié)器、運放和數(shù)據(jù)采樣ICCAPACITORS.LIB 包括電容COMS.LIB 包括 4000系列ECL.LIB 包括ECL10000系列MICRO.LIB 包括 通用微處理器OPAMP.LIB 包括 運算放大器RESISTORS.LIB 包括 電阻FAIRCHLD .LIB 包括FAIRCHLD 半導體公司的分立器件LINTEC.LIB 包括 LINTEC公司的運算放大器NATDAC.LIB 包括 國家半導體公司的數(shù)字采樣器件NATOA.LIB 包括 國家半導體公司的運算放大器TECOOR.LI

13、B 包括TECOOR公司的 SCR 和TRIACTEXOAC.LIB 包括 德州儀器公司的運算放大器和比較器ZETEX .LIB 包括ZETEX 公司的分立器件 第3章 .設計總圖3.1總體框圖 顯示器 譯碼電路 分頻計數(shù)電路 控制電路 信號源3.2單元電路（1） .0.02s脈沖發(fā)生器：0.1F電容和91K電阻及100K滑動變阻器構成。從電容端加入的信號，經(jīng)過電容、電阻，在電阻端輸出的信號波形為產(chǎn)生50Hz頻率脈沖，端口OUT為0.02s脈沖發(fā)生器的輸出端口。公式：T=0.1s，f=10Hz=1/0.695(R1+2R2)C 圖3-2-12、分頻電路：采用74LS90的五進制功能：圖3-2-

14、23、計數(shù)器電路：左圖為74LS92管腳圖，右圖為74LS90引腳圖圖3-2-34、譯碼器電路：譯碼器電路是將數(shù)碼轉換為一定的控制信號。在此由74LS48集成元件構成，它能將一個二進制數(shù)碼轉換為輸出端的電平信號以控制顯示器圖3-2-45、七段數(shù)碼管（LED）：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)光二極管的正負兩個極，那共陰就是把abcdefg這7個發(fā)光二極管的負極連接在一起并接地；它們的7個正極接到7段譯碼驅動電路74LS48的相對應的驅動端上（也是abcdefg）。此時若顯示數(shù)字1，那么譯碼驅動電路輸出段bc為高電平，其他段掃描輸出端為低電平，以此類推。如

15、果7段數(shù)碼管是共陽顯示電路，那就需要選用74LS47譯碼驅動集成電路。共陽就是把abcdefg的7個發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個負極接到74LS47相應的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)實際情況來選取限流

16、電阻及電阻的瓦數(shù)。本設計采用共陰數(shù)碼管與74LS48匹配，同時并入一個四輸入內(nèi)置譯碼器的7段數(shù)碼管，以驗證譯碼部分的功能（注：驗證成功后，兩種組合數(shù)碼管可以只保留一個）。數(shù)碼管與74ls48連接圖：圖3-2-53.3電路總圖由protuse仿真截圖所得 圖3-3-1圖3-3-2第4章 .設計元件4.1元件清單材料清單如下圖：表4-1-1器件名稱及型號數(shù)量（個）NE555定時器174LS9044081（與門）174LS92174LS4847SEG共陰數(shù)碼管4定值電阻（91K）1滑動變阻器（100K）10.1uF電容10.01uF電容1單刀單擲開關2正5V電源3接地（GND）34.2各元件真值 本

17、設計用到74LS90,74LS48,故將真值表列入下：圖4-2-1圖4-2-2第5章 .組裝調(diào)試 本設計采用電路仿真對設計電路進行了調(diào)試。運用Protues軟件。在調(diào)試的過程中遇到不少的問題，經(jīng)過多次反復的檢查和排除，最終實現(xiàn)了全部功能。調(diào)試方法：按模塊調(diào)試，在每個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，如果波形符合設計預期，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。當各模塊調(diào)試無誤后，將各模塊連接起來，同時要注意接口的電平匹配問題。本次課程設計在仿真組裝調(diào)試過程中曾出現(xiàn)以下故障：故障1：脈沖發(fā)生器（555定時器構成的多諧振蕩器）沒法實現(xiàn)0.

18、02s的脈沖信號。原因：參數(shù)不對。排除方法：利用f=1.43/R1+2R2)C適當?shù)倪x取定值電阻、電容的大小并用頻率計檢測。故障2：數(shù)碼管顯示亂碼。原因：計數(shù)器74LS90管腳接線錯誤，LED數(shù)碼管的共極性弄反（按共陽極的接線方法接線）。排除方法：對計數(shù)器正確接線，調(diào)整數(shù)碼管的陰陽極接線（按共陰極接線方法接線）。故障3：數(shù)碼管數(shù)字跳動頻率不均勻。原因：輸入信號不是規(guī)則并且穩(wěn)定的脈沖方波。排除方法：用示波器觀察脈沖輸出和微分電路輸出端的波形，加入一個與門作為整形模塊，同時，這樣還能達到減小誤差的目的。故障5：無法實現(xiàn)上電清零功能。原因：開關位置不對，電路連線有問題。排除方法：改變上電清零電路電阻

19、的大小，通過模擬示波器觀察直到產(chǎn)生清零信號。故障6：進位不能實現(xiàn)六十進制。原因：自己本身對各種元器件了解不夠，導致電路連接問題，無法實現(xiàn)六十進制。排除方法：糾正連線錯誤，把74LS90，與74LS92進行比較，并實行連線。第6章 .課程設計心得體會通過兩周的實踐，電路的設計仿真圓滿的完成了設計目標中提到的幾種功能并且將誤差控制在了2%以內(nèi)，但仍然有一些美中不足，主要問題是數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，經(jīng)過分析我認為主要原因有二：一是軟件的“虛擬時間”不穩(wěn)定，軟件仿真時需要以0.00001s為單位運算，將現(xiàn)實時間拉長，CPU負荷較大使仿真的“虛擬時間”難以像現(xiàn)實時間一樣平穩(wěn)。二是各級芯片以及門電路有一定的延

20、遲時間，有些部分還可能存在競爭冒險。在實驗的后期我們還去實驗室搭電路，但由于時間有限，我們對面包板又不夠熟悉，最終未能完全實現(xiàn)。由于兩周的課程設計時間短暫，設計結果并不完善，但在以后的學習中，相信我們可以為這個設計完善現(xiàn)有功能，增加新的功能。兩周的課程設計已經(jīng)結束，雖然很辛苦，但給我?guī)砹藦奈从羞^的體驗與喜悅。在設計實踐的過程中，我深深的體會到必須要有扎實的知識基礎，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是利用Protues仿真，因為以前沒有學過這個軟件，所以我們要從頭學起，自行摸索的學習。我們在各個單元電路的連接上花費了大量時

21、間。我們在設計時曾做出了兩套方案以及仿真電路，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，這才確定了我們的電路。實習過程中，我深刻的體會到在設計過程中，要考慮到各個元器件的功能和特性，要翻閱大量資料，參考別人的經(jīng)驗，只有這樣才能把自己的電路設計的成功。 通過這次對數(shù)字式秒表的設計與制作，讓我了解了設計電路的軟件，也讓我了解了關于數(shù)字秒表的原理與設計理念。在此次的數(shù)字秒表設計過程中，我更進一步地熟悉了芯片的結構、管腳圖、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。而且這些知識是對我們大學生來說十分寶貴的實踐經(jīng)驗，是無法在課堂上獲得的，是現(xiàn)今社會最重視的同時也是我們最需要提高的部分。在設計電路中,完成電路圖只是完成了設計的一小部分，更加困難的是對電路的驗證和糾錯，在這