數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計——電子秒表電路

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書一、 設(shè)計題目電子秒表電路二、 主要內(nèi)容及要求要求設(shè)計一個數(shù)字秒表，用于短時間測量，適用于田徑比賽等競技場合計時使用。（1）計時范圍：010分鐘（2）顯示分辨率為1s10。（3）用一只按鈕開關(guān)控制三種工作狀態(tài)，即：清零 計時 停止三、 進度安排13月15號，老師安排數(shù)電設(shè)計實驗任務(wù)。23月16號-28號，抽取實驗并根據(jù)課程設(shè)計內(nèi)容及要求構(gòu)造整個設(shè)計思路，復(fù)習(xí)數(shù)字電路中RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、計數(shù)器、譯碼顯示器等部分內(nèi)容。33月29號，分析電子秒表的組成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引腳排列及功能。43月30號，大致設(shè)計出實驗

2、并進行電路的設(shè)計及仿真模擬。53月31號，設(shè)計方案的檢查，修正，改進，按要求打印方案。四、 總評成績 指導(dǎo)教師 學(xué)生簽名 題目 電子秒表電路一、設(shè)計任務(wù)與要求1計時范圍：010分鐘。2顯示分辨率為1s10。3用一只按鈕開關(guān)控制三種工作狀態(tài)，即：清零 計時 停止二、方案設(shè)計與論證此實驗的目的是為了：1、了解計時器主體電路的組成及工作原理; 2、熟悉集成電路及有關(guān)電子元器件的使用; 3、學(xué)習(xí)數(shù)字電路中觸發(fā)器、計數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。電子秒表電路是一塊獨立構(gòu)成的記時集成電路芯片。它集成了計數(shù)器、振蕩器、譯碼器和驅(qū)動等電路，能夠?qū)γ胍韵聲r間單位進行精確記時，具有清零、啟動計時、暫停計時及繼

3、續(xù)計時等控制功能。 該設(shè)計的主要任務(wù)是通過開關(guān)的控制，使譯碼顯示器呈現(xiàn)秒表計時功能。等開關(guān)開啟時，向計數(shù)器輸入“脈沖”，使其能讓顯示器在十分鐘的時間內(nèi)，顯示分，秒，毫秒。當(dāng)開關(guān)斷開時，能使其有保持數(shù)字、清零等功。方案一：利用十進制芯片和D觸發(fā)器、計數(shù)器和譯碼顯示器等，連接實現(xiàn)秒表計數(shù)器的功能；D觸發(fā)器具有保持功能，不會因為前后的變化而改變，因此可以通過它實現(xiàn)“單開關(guān)保持清零功能”;方案二：利用基本RS觸發(fā)器作為電子秒表的開關(guān)，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(fù)位的功能?？墒蛊湓谕Ｖ购竽軌蛞廊槐Ａ魯?shù)字而不馬上歸零。若要計數(shù)，脈沖少不了。通過555定時器改裝的多諧震蕩器發(fā)出的脈

4、沖頻率要更準確；相對而言，第一種方法較第二種簡單，所以我采用第一種。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算1、（單元元件一：74LS160N）工作原理及主要參數(shù)計算如上圖所示：編號為U8的芯片接受函數(shù)信號發(fā)生器的脈沖，和譯碼顯示器共同構(gòu)成數(shù)字秒表的毫秒位，該芯片為十進制芯片，將使能端接高電平。芯片開始工作，計數(shù)范圍從00001001，在計數(shù)到1001時產(chǎn)生進位信號，并將RCO進位輸出的信號傳給秒位芯片的CLK。2、（單元元件二：74LS160N）工作原理及主要參數(shù)計算如上圖所示，U7、U6和譯碼顯示器共同構(gòu)成了秒表計數(shù)器的秒位。當(dāng)U8將進位輸出信號傳給U7的CLK時，U7芯片開始工作。U7構(gòu)成十進制，U6

5、構(gòu)成六進制。兩個芯片采用同步預(yù)置數(shù)的方式連接為六十進制的計數(shù)器，其工作范圍為，當(dāng)下一個脈沖信號到來時，產(chǎn)生清零信號，同時將進位輸出信號傳給U5芯片的CLK。3、（單元元件三：74LS160N）工作原理及主要參數(shù)計算如左圖所示：U5和顯示譯碼器共同構(gòu)成十進制計數(shù)器，它表示的是秒表計數(shù)器的分位，當(dāng)U6產(chǎn)生的進位輸出傳給U5的CLK時，U5開始工作，并且計數(shù)范圍為00001001；4、（單元元件4：74LS175D）工作原理及主要參數(shù)計算如上圖所示：74LS175D為集成D觸發(fā)器。根據(jù)D觸發(fā)器的特點，D觸發(fā)器只有一個數(shù)據(jù)輸入端D，且采用的是維持-阻塞結(jié)構(gòu)，所以可以用以實現(xiàn)控制電子秒表電路的保持和清零

6、功能。因為D觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)只發(fā)生在時鐘脈沖的上升沿，其前和其后D信號的變化對觸發(fā)器的狀態(tài)沒有影響，所以實現(xiàn)保持功能。四、總電路工作原理及元器件清單1總原理圖2電路完整工作過程描述（總體工作原理）(1)函數(shù)信號發(fā)生器：利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生100HZ的脈沖; (2)記數(shù)器：對時鐘信號進行記數(shù)并進位,毫秒和秒之間10進制,秒和分之間60進制; (3)譯碼器：對脈沖記數(shù)進行譯碼輸出到顯示單元中； (4)顯示器：采用4片LED顯示器把各位的數(shù)值顯示出來，是秒表最終的輸出，有分、秒、和毫秒位； (5)控制器：控制電路是對秒表的工作狀態(tài)（記時開始/暫停/繼續(xù)/復(fù)位等）進行控制的單元，可由觸發(fā)器和開關(guān)組成。時

7、鐘發(fā)生單元 時鐘發(fā)生器可以采用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，因輸出要求為1KHZ的，選擇占空比為50%，即 T=0.1S的時鐘源，當(dāng)開關(guān)閉合時。此時1KHZ脈沖信號通過導(dǎo)線將方波信號傳給U8的CLK，U8開始工作。記數(shù)單元 同步十進制計數(shù)器74LS160N的計數(shù)。如圖為其功能表：輸 入輸 出L*LLLLHL*UPHHHHUP*計 數(shù)HHL*保 持HH*L*保 持由160的功能表可知，當(dāng)、接高電平時，將脈沖信號傳給CLK，160開始加計數(shù)工作，LED顯示器顯示的范圍為09，即從00001001；當(dāng)變?yōu)?001時，RCO將其進位輸出傳給U8的CLK。則U7芯片開始工作，因為U7、U6兩個芯片要求連接

8、成六十進制的加計數(shù)，則采用同步置數(shù)的方式連接，即計數(shù)范圍為，當(dāng)計數(shù)到時，產(chǎn)生清零信號，同時產(chǎn)生進位輸出信號給U5的CLK，則U5開始工作，且計數(shù)范圍為00001001.開關(guān)控制單元開關(guān)控制由集成的D觸發(fā)器74LS175D來實現(xiàn)，根據(jù)D觸發(fā)器的特點可知，不管輸入狀態(tài)是什么，只要接高電平，不管來的時鐘脈沖是上升還是下降觸發(fā)，D觸發(fā)器都有保持的功能，所以，利用D觸發(fā)器的功能，可以實現(xiàn)開關(guān)控制清零和保持的功能。元件清單如下：元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注U1U4DCD_HEX4U5U874LS160N4U974LS175D1S1SPDT-SBSPACE1VCC5V1信號源XFG1方波，三角波，正弦波1G

9、round1連接線若干五、仿真調(diào)試與分析將各個芯片在MULTISIM8中連接并進行仿真，仿真如圖所示經(jīng)過調(diào)試，各部分運行結(jié)果正確。六、結(jié)論與心得這次課程設(shè)計實驗可以說是收獲很多，盡管在開始的時候遇到很多的困難，但在自己的努力和同學(xué)的幫助下，最后還是順利的完成了實驗。因為是上個學(xué)期學(xué)習(xí)的數(shù)字電子計數(shù)，這學(xué)期遺忘了部分知識點，所以先開始著手的時候，有些困難，沒有什么思路，不知道從哪里下手。后來經(jīng)過一段時間的復(fù)習(xí)和調(diào)整，逐步對這次的設(shè)計有了認識和了解，題目雖然看似不那么復(fù)雜，但是有些條件實現(xiàn)起來確實需要技巧和清晰的思路。例如：用單個開關(guān)實現(xiàn)控制秒表保持和清零的功能，這部分我始終難以找到最佳的方案，先

10、開始嘗試用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)，但是對其功能不是很熟悉，致使功能實現(xiàn)出現(xiàn)了障礙。后來在學(xué)委的幫助下，改用了集成D觸發(fā)器，D觸發(fā)器不會因為前后時鐘脈沖的變化而改變，利用這一點，在一次一次的連接嘗試下，終于找到方法，也順利的實現(xiàn)了開關(guān)控制環(huán)節(jié)。再例如：構(gòu)成六十進制計數(shù)那里，先開始采用異步清零方式，但是芯片工作起來不能和開關(guān)的控制統(tǒng)一步調(diào)，最后在同學(xué)的提示下，嘗試用同步置數(shù)方式，結(jié)果實現(xiàn)了六十進制的計數(shù)。俗話說：“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。不經(jīng)一番徹骨寒，哪得梅花撲鼻香”；本次課程設(shè)計使我對數(shù)字電子技術(shù)有了更進一步的熟悉，實際操作和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個看似很簡單的電路，要動手把它設(shè)計出來就比較困難了，要把課本上所學(xué)到的知識和實際聯(lián)系起來，才能具備事半功倍的效果。于此同時，通過本次電路的設(shè)計，不但鞏固了所學(xué)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結(jié)合起來，增強了學(xué)習(xí)的興趣，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻資料，和組織材料的綜合能力。這次實驗總體還算成功，希望以后多一些這類的