數(shù)字秒表的仿真及制作

1、-. z.課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生：王吉陽(yáng)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電信1005 指導(dǎo)教師：工作單位：信息工程學(xué)院題目: 數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)仿真與制作初始條件：利用集成譯碼器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、脈沖發(fā)生器和必要的門(mén)電路等器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表的功能。用數(shù)碼管顯示時(shí)間計(jì)數(shù)值。也可以用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)要求完成的主要任務(wù):包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周完成對(duì)數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求： = 1 * GB3 設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)量8名運(yùn)發(fā)動(dòng)短跑成績(jī)的數(shù)字秒表。要求用四位數(shù)碼管顯示時(shí)間，格式為00：00s。 = 2 * GB3 秒表設(shè)置9個(gè)開(kāi)關(guān)輸入清零開(kāi)關(guān)1個(gè)和記錄開(kāi)關(guān)8個(gè)

2、。按下記錄開(kāi)關(guān)，則將當(dāng)前計(jì)數(shù)時(shí)間暫存并顯示在數(shù)碼管上。確定設(shè)計(jì)方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計(jì)分電路，畫(huà)出總體電路原理圖，闡述根本原理。3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)要求撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)。時(shí)間安排：1、第12天，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原理。2、第34天，方案選擇和電路設(shè)計(jì)仿真。3、第45天，電路調(diào)試和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)。4、第6天，上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)展辯論。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任或責(zé)任教師簽名：年月日 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3291592331 protues軟

3、件簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc329159233 h 3HYPERLINK l _Toc3291592342方案設(shè)計(jì)與選擇 PAGEREF _Toc329159234 h 3HYPERLINK l _Toc3291592352.1 方案一：基于單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表 PAGEREF _Toc329159235 h 3HYPERLINK l _Toc3291592362.2 方案二：基于組合邏輯電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表 PAGEREF _Toc329159236 h 3HYPERLINK l _Toc3291592373電路圖設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc329159237 h 3HYPERLI

4、NK l _Toc3291592383.1 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc329159238 h 3HYPERLINK l _Toc3291592393.2 譯碼器及數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc329159239 h 3HYPERLINK l _Toc3291592403.3 鎖存器電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc329159240 h 3HYPERLINK l _Toc3291592413.4 防抖動(dòng)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc329159241 h 3HYPERLINK l _Toc3291592423.5時(shí)鐘脈沖發(fā)生器 PAGEREF _Toc329

5、159242 h 3HYPERLINK l _Toc3291592434 protues仿真 PAGEREF _Toc329159243 h 3HYPERLINK l _Toc3291592444.1 電路原理圖 PAGEREF _Toc329159244 h 3HYPERLINK l _Toc3291592455 硬件焊接 PAGEREF _Toc329159245 h 3HYPERLINK l _Toc3291592465.1 元件清單 PAGEREF _Toc329159246 h 3HYPERLINK l _Toc3291592475.2 焊接實(shí)物圖 PAGEREF _Toc32915

6、9247 h 3HYPERLINK l _Toc3291592486 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc329159248 h 31 protues軟件簡(jiǎn)介Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有近20年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動(dòng)的，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等

7、，Proteus能夠很容易的為用戶建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。 Proteus產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù)，用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周?chē)娮悠骷黄鸱抡?。不愧為一款非常?yōu)秀的單片機(jī)仿真軟件。Proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來(lái)的持續(xù)開(kāi)發(fā),被電子世界在其對(duì)PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的比擬文章中評(píng)為最好產(chǎn)品The Route to PCB CAD。Proteus產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周?chē)娮悠骷黄鸱抡?。用戶甚至可以?shí)時(shí)采用諸如LED/LC

8、D、鍵盤(pán)、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)展交互仿真。其功能模塊:個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真; ARES PCB設(shè)計(jì). PROSPICE 仿真器的一個(gè)擴(kuò)展PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤(pán)，開(kāi)關(guān)，按鈕，LEDs甚至LCD顯示CPU模型. 支持許多通用的微控制器,如PIC,*R,HC11以及8051. 交互的裝置模型包括:LED和LCD顯示,RS232終端,通用鍵盤(pán),強(qiáng)大的調(diào)試工具,包括存放器和存儲(chǔ)器,斷點(diǎn)和單步模式IAR C-SPY 和Keil uVi

9、sion2等開(kāi)發(fā)工具的源層調(diào)試應(yīng)用特殊模型的DLL界面-提供有關(guān)元件庫(kù)的全部文件Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是*些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)存放器和存儲(chǔ)器容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從*種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。2方案設(shè)計(jì)與選擇2.1 方案一：基于單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表利用C51單片機(jī)控制外圍電路，通過(guò)編程定時(shí)計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示，以及軟件編程方法實(shí)現(xiàn)防抖動(dòng)開(kāi)關(guān)控制清零，啟動(dòng)，記錄

10、。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表功能。優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)的外圍硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，利用C語(yǔ)言編程的可移植性較強(qiáng)。缺點(diǎn)：對(duì)C語(yǔ)言的編程能力要求高，需要重復(fù)調(diào)試程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表的根本功能，調(diào)試電路的工作量大。2.2 方案二：基于組合邏輯電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表通過(guò)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)，包括計(jì)數(shù)器，譯碼器，鎖存器，數(shù)碼管，以及555定時(shí)器設(shè)計(jì)的脈沖發(fā)生器和門(mén)電路各個(gè)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表的根本功能。優(yōu)點(diǎn)：減少電路調(diào)試的時(shí)間，通過(guò)仿真可以確定電路的根本線路。缺點(diǎn)：對(duì)各個(gè)芯片的選擇要求準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)電路圖較復(fù)雜，制作硬件的條件要求高。對(duì)組合邏輯電路設(shè)計(jì)的根本方法要熟悉。3電路圖設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)選擇基于組合邏輯電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)

11、字秒表3.1 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)圖1選擇芯片74LS90時(shí)鐘脈沖信號(hào)從CKA輸入，CKB連接Q0端，即可實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)；利用兩片74LS90的級(jí)聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制的記數(shù)功能，將Q3端連接下個(gè)芯片的時(shí)鐘輸入端CKA，將下一個(gè)芯片的Q1,Q2端分別連接到兩個(gè)芯片的清零端，R0(1),R0(2)。以此即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表的根本記數(shù)功能。74LS90的功能表如圖2圖23.2 譯碼器及數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)圖3選擇74LS48譯碼器驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管，數(shù)碼管選用共陰極，電路連接如圖4所示。74LS48中BI/RBO,RB1,LT為使能端，當(dāng)全為高電平時(shí)，譯碼器正常工作。數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g端分別連接譯碼器

12、的QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG端。譯碼器和數(shù)碼管之間連接電阻值為5.1k的限流電阻。74LS48的功能表如圖4圖4共陰極七段數(shù)碼管連接原理圖如圖5圖53.3 鎖存器電路的設(shè)計(jì)鎖存器選用74HC573芯片，LE為使能控制端，OE接低電平表示鎖存器正常工作。鎖存器的主要功能是鎖存暫停時(shí)數(shù)碼管上顯示的運(yùn)發(fā)動(dòng)數(shù)據(jù)。通過(guò)防抖動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制記錄運(yùn)發(fā)動(dòng)的數(shù)據(jù)。鎖存器設(shè)計(jì)電路圖如圖6所示圖674HC573功能表如圖7所示圖73.4 防抖動(dòng)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)利用與非門(mén)電路設(shè)計(jì)消抖動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)電路圖如圖8所示利用根本與非門(mén)構(gòu)成的防抖動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)從上撥到下時(shí)，離開(kāi)上還未到下時(shí)，輸入R=1S=1，電路處于保持階段，

13、總的輸出不變，Q=0。到達(dá)下時(shí)，則R=1，S=0。電路置1，而開(kāi)關(guān)在接觸下之后，短時(shí)間出現(xiàn)微小的抖動(dòng)而造成與下屢次接通和斷開(kāi)，因此造成R,S不斷在R=1，S=1和，之間變化，但輸入信號(hào)并不影響輸出信號(hào)。從而到達(dá)防抖動(dòng)的目的。圖83.5時(shí)鐘脈沖發(fā)生器555組成的多些振蕩器可以組成各種時(shí)鐘脈沖發(fā)生器。如下列圖8的電路圖，可以產(chǎn)生脈沖可調(diào)的矩形脈沖發(fā)生器，改變電容C可以獲得超常時(shí)間的低頻脈沖，調(diào)節(jié)電位器RP可以的到任意頻率的脈沖如秒脈沖。由于電容C的充放電時(shí)間不等，輸出矩形脈沖的占空比隨頻率變化。F=1/1.43(R1+2R2)。下列圖為頻率為100HZ的脈沖信號(hào)發(fā)生器。圖9圖14 protues仿

14、真4.1 電路原理圖圖115 硬件焊接5.1 元件清單名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量備注鎖存器74HC5732焊錫電路板，導(dǎo)線，烙鐵，焊錫絲，芯片底座，單刀開(kāi)關(guān)，發(fā)光二極管，電阻，電容假設(shè)干?；蜷T(mén)74LS324與非門(mén)74LS202輸入6555定時(shí)器NE5551計(jì)數(shù)器74LS904譯碼器74LS484七段數(shù)碼管共陰極45.2 焊接實(shí)物圖圖12圖136 參考文獻(xiàn)1 自梅.電子線路設(shè)計(jì).：華中科技大學(xué)，20002 華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組編，康華光主編.數(shù)字電子技術(shù)根底第五版：高等教育，1986年3 Mark N Horenstein. Microelectronic Circuits and Devices. 2nd ed. New