數字電子技術課程設計秒表

沈陽工程學院課程設計（論文）秒表-PAGE22--PAGE21-1設計任務描述1.1設計題目：秒表1.2設計要求1.2.1設計目的（1）掌握秒表的構成、原理與設計方法；（2）熟悉集成電路的使用方法。1.2.2基本要求（1）能進行分、秒、0.01秒計時，有獨立的時間顯示電路；（2）顯示完畢后清零并發(fā)出響聲。1.2.3發(fā)揮部分預置定時報警，在秒表滿度的時候報警。秒表可以實現清零，并在清零的時候報警。秒表顯示器可以進行檢測,并且顯示時還可以繼續(xù)正常進行計時。（此功能可以進行照明。)可以實現兩組時間記錄并顯示?？梢赃M行9秒倒計時，并且倒計時到0時可以進行報警。可以記錄總共進行了幾次時間記錄并清零。2設計思路我的兩組秒表和其他秒表有很大的不同之處，它不僅能夠對毫秒和秒進行計時并且有統(tǒng)一的時間顯示電路，能對數據進行記憶存儲,然后在記憶存儲的基礎上，能夠實現在需要的情況下，顯示已經記錄的時間。并且能夠進行各位倒計時并報警?；谝陨蠋c，設計思路如下：1.設計脈沖源。秒表的最基本功能是計時，要計時準確就要有精確的脈沖源，采用555多諧振蕩電路產生脈沖，作為計數基準而且可以通過調整參數，計算得到自己想要的頻率。我設計的秒表最低位為0.01秒，所以輸出頻率為100HZ，我的555振蕩器輸出為10kHZ，經過用兩個十進制計數器進行100分頻后輸出100HZ。2.開關設計。為了確保準確計時，啟動前必須有清零開關。多數計時器的清零都是高電平有效，如果是低電平有效，直接取反就可以了。如果不能快速啟動，對計時的準確性將造成很大的影響，這里采用開關控制計數器清零端是否接高電平來控制是否清零。3.分頻器設計。利用計數器實現十進制和六進制，在計數器的輸出端接上鎖存器就可以對時間進行記錄。4.設計鎖存器。首先把鎖存器分組，我把每一個鎖存器一端連接兩個計數器，另一端接兩個譯碼器，一共兩組鎖存器，一次記錄結果存入一個鎖存器，這樣我的數據存入不同組的鎖存器。5.報警電路的設計。我實現的是倒計時報警、滿度報警、清零報警，可以分別把三個分電路的脈沖通過一個或門傳輸給555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產生一個高電平，再連接一個555振蕩器，就可以驅動喇叭，使它發(fā)聲。6.倒計時電路設計。我利用74LS190計時器的技術遞減功能實現，通過溢出端和開關控制顯示器是否倒計時到0結束還是連續(xù)倒計時。7.記錄計時次數電路設計。通過計數器譯碼器顯示器記錄秒表清零端開關開通管段次數來記錄，開關每開通關斷一次就給記錄電路輸入一個高電平來計數，再通過控制記錄電路的計數器的清零端來清零。3設計方框圖顯示器顯示器譯碼器譯碼器記錄計時次數電路記錄計時次數電路鎖存器倒計時電路計數器報警電路報警電路100分頻電路555振蕩器100分頻電路555振蕩器4各部分電路設計及參數計算4.1555多諧振蕩電路（1）振蕩器是整個電路的輸入源，只有振蕩器不停的工作才能保證電路有不斷的脈沖信號，才能使電路正常工作。用555定時器來構成多諧震蕩輸出脈沖信號。555多諧振蕩器是一種時鐘源，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時不需要外加觸發(fā)器。多諧振蕩器輸出的波形穩(wěn)定，振蕩器開始工作，輸出一個固定穩(wěn)定的脈沖信號，經過計算我選用的是51K和43K電阻，電容為1nf，輸出頻率為10000HZ。由于555內部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。其電路圖如圖4.1.1所示。波形圖如圖4.1.2所示。圖4.1.1555多諧振蕩器電路圖圖4.1.2555多諧振蕩器輸出波形(2)工作原理接通電源后，電容被C充電，Vc上升，當Vc上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復位，同時放電BJT導通，此時Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當Vc下降到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉為高電平。電容器放電需要一定的時間，放電時間為,如（4.1.2）所示tPL=R2Cln2≈0.7R2C(4.1.3)當電容放電結束時，T截止，Vcc將通過R1，R2向電容器C充電，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc，所需的時間為，如（4.1.3）所示tHP=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C(4.1.4)當Vc上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為，如（4.1.4）所示f=1/(tPL+tPH)≈1.43/(R1+2R2)C(4.1.4)555內部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的變化的影響很小。4.2100分頻電路通過用兩個十分頻計數器串聯(lián)來實現100分頻。電路圖如圖4.2.1所示。波形圖如圖4.2.2所示。圖4.2.1555振蕩電路100分頻電路圖4.1.2555多諧振蕩器輸出波形及100分頻后波形4.3計數寄存譯碼顯示電路計數寄存譯碼顯示電路圖如圖4.3.1所示。圖4.3.1計數寄存譯碼顯示電路圖4.3.1譯碼顯示電路對于譯碼顯示電路,我使用的是74LS48N集成四一七線譯碼器，7448是BCD碼到七段碼的顯示譯碼器，它可以直接驅動共陰極數碼管。在電路的整體設計中需要計時能從0到59分59秒99毫秒這度因此需要六個譯碼電路，即需要六塊74LS48N來完成譯碼功能。我使用的顯示器是共陰極七端數碼顯示管，它的a.b.c.d.e.f七個拐腳分別接接到7448譯碼器的七個輸出端子。電路圖如圖4.3.2所示。圖4.3.2譯碼顯示電路4.3.2計數電路0.01秒，秒，分不分電路均是利用計數器來實現，如圖4.3.3為實現六進制部分電路圖。圖4.3.3六進制電路圖如圖所示，其中個位為十進制計數器，當計數到9之后通過溢出端給下一個六進制計數器計數實現10進制計數，再通過與門在6時輸出信號使下一級計數從而實現六進制。同樣，用兩個74160進制遞增計數器完成100進制毫秒計數，在達到99毫秒時，CO端輸出高電平，在同步級聯(lián)方式下，容許高位計數器計數。選擇信號源庫中的100HZ方波信號作為計數器的測試時鐘源。十進制波形如圖4.3.4所示。圖4.3.4十進制計數器波形圖4.3.374LS373DW鎖存器設計由共6個74LS373鎖存器構成的三組存儲單元。以下圖為為2個并聯(lián)的74LS373DW鎖存器，當輸入信號從Q端進來時，三個開關分別控制各組寄存器工作與否。再從D端輸出信號給譯碼電路。并分別在2個控制開關的開斷下控制使能端AE存儲數據，以及顯示存儲數據。如圖4.3.5所示為鎖存器電路。圖4.3.5鎖存器電路4.4倒計時電路倒計時電路是利用74LS48N計數器的遞減功能來實現的，利用當倒計時到0時溢出端溢出的信號通過肺門、與門和開關來控制是否倒計時到0停止或繼續(xù)從用9倒計時，當計數器減到0時溢出端溢出信號，將信號通過或門接到報警器使能端使報警器報警。如圖4.4.1為倒計時部分電路圖。圖4.4.2為倒計時時的波形。圖4.4.1倒計時部分電路圖圖4.4.2倒計時波形4.5記錄計時次數電路本電路與秒表部分電路基本相同，只是將輸入端接到控制秒表清零的開關上，當開關接到低電平上時秒表清零，當開關回到低電平上時清零端不使能而一個開關過程中的高電平會進入記錄電路使之計數一次，從而實現記錄計時次數。如圖4.5.1所示為記錄計數次數電路圖。圖4.5.1記錄計數次數電路圖4.6報警電路圖如下圖4.6.1所示為報警電路.圖4.6.2為報警時報警電路輸入端與輸出端波形。圖4.6.1報警電路圖4.6.2報警電路輸入輸出波形4.6.1電路分析555（1）構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由3端產生一正向周期為5s的脈沖給555（2）。555（2）、R、T構成多諧振蕩器，其觸發(fā)信號為555（1）的輸出信號，。當有輸入信號，555（1）3端產生一正向脈沖,在此正向脈沖寬續(xù)期，555（2）產生1KHz多諧振蕩。（1）這一部分實現的是當到達滿度時，可以進行報警，要想實現這一功能就要利用滿度脈沖，利用滿度時的各個位的滿度脈沖這一信號去開啟喇叭，這樣就實現了報警了，其次還需要一個555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生一個2秒的高電平，還要有一個驅動器。這個驅動器是用555組建的音頻振蕩器（2）電路原理：1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：設音響的提示時間為2秒，可以采用一個脈沖寬度為2秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現。利用555實現單穩(wěn)態(tài)，這樣可以提供一個長為2秒高電平。2.音頻振蕩器即喇叭電路：利用555計時器實現一個頻率約為1000HZ的音頻振蕩器，因為555振蕩器具有較強的輸出功率，可以直接驅動喇叭。4.6.2電路參數計算 設則：根據 5工作過程分析當秒表工作時，運行總電路圖，脈沖發(fā)生器開始工作，產生的秒信號通過計數器計數出來.其中脈沖信號由555多諧震蕩器產生的.因為要求精確到10毫秒，所以要使多諧震蕩器發(fā)生的信號為100Hz。當脈沖信號產生后，通過計數器調節(jié)進制數，使得秒表精確地按100、60進制輸給上級進位信號。由于我選用的計數器74LS160是十進制的計數器，所以要用兩塊級聯(lián)才能實現上述100和60進制。當脈沖信號進入計數器后，脈沖信號每發(fā)生一次，計數器便計數一次，當10毫秒信號變?yōu)?9時，便給上級計數器，即秒信號的CP使能端加入脈沖信號，使秒信號計數一次，而毫秒計數器清零。同理，當秒信號到59后，分信號的CP使能端加入脈沖信號，使得分計數器計數一次，與此同時，它的下一級即秒信號的計數器信號清零。如此循環(huán)，直到按下暫停鍵或計數到該秒表可接受的最大數值——59分59秒99十毫秒。計數器中的數通過寄存儲器直接送達顯示器顯示。寄存儲器在正常工作時不存儲數據，當按下計數開關后，它就會計數一次，并截斷其信號輸入，是其它信號不再影響該型號，與此同時，按一下輸出開關，截斷輸出，使其不影響，其數據顯示，如此可以記入兩組數據。在讀數時，想讀那組數據就按下那個開關。相應數據輸出，并在顯示器經譯碼電路顯示。倒計時跑時，打開相應開關，倒計時電路開始工作，當到時，給報警電路一個信號，使其報警，以提醒裁判員停止計時，以后的成績不予記錄。九秒鐘報警電路，從秒信號向分進位是引出進位信號，再到報警電路，當有進位是給報警電路信號使其報警。報警電路，是由555定時器構成單穩(wěn)態(tài)和555定時器的多諧振蕩器組成，當給一個信號，它會自動發(fā)出報警。輔助設備主要是由控制部分組成，如上提到的存入開關、讀寫開關以及清零開關都是控制端的重要組成部分。還有一個很重要的控制端就是計數器清零控制，就是由開關一端接高電平或接地，另一端接清零端從而實現清零與否，它是一次新的計數的開始，當計數器被清零后，下一次啟動就是新一次計數的開始，并且在開始記錄計數次數部分電路計數一次。記錄計數次數電路部分是將計數器的輸入端接到清零端開關處，當開關每開通管段一次時就可以計數一次。6元器件清單名稱型號數量單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器/多諧振蕩器555_TIMER_RATED3計數器74160N2計數器74LS160N8計數器74LS190D1譯碼器74LS48N9鎖存器74LS373DW6電阻RPACK797段顯示器SEVEN_SEG_COM_K9小結電子課程設計從一開始我就感覺到了難度，所以認真的對待了這次課程設計，一直沒有松懈，還好的就是順利的完成老師交代的任務，但是還是感覺到了一些壓力，時間對于我來說，有些緊張，在這一周內完成這一系列的任務，真的感覺到了壓力。秒表這個任務，多少還能從實際的秒表得到一些啟發(fā)，所以基本思路很快就定下了。并且在圖書館里我還找到了一些關于秒表，以及時鐘的一些介紹，這對于我再畫多組記憶秒表這個電路圖，還是有很大的幫助。但是真正到畫草圖，選擇適當的元器件時，還是感到了些許的難度，當我看到無數的器件，想找一個最適當的，很難，但是在向老師的請教，同學的探討中，確定了一些合適的器件，但是到電路中運用的時候還會發(fā)現在這些器件中還會有不會合適的，就比如說我用的鎖存器74LS373，開始不知道各個管腳是怎么用的，上網查到的都是英文資料，根本看不明白啊，經過的實驗和老師的幫助，最終問題得到解決。盡管如此，但是我仍覺得在本次設計中還存在著許多不足的地方。比如，我的線路過于繁瑣，應用起來比較麻煩等。這都是我在以后學習中應該改進的地方。致謝在這次課程設計中，在短短的五天內，完成了為這樣復雜的任務，要歸功于來自各個方面的幫助，我在這里表示由衷的感謝。感謝我的同學劉世超，在我沒有思路的時候是他陪著我去教室專心致志的研究電路，從長計議，從課程設計的要求出發(fā)一點一點找出頭緒和思路，并且一起創(chuàng)建電路圖和想出創(chuàng)新的部分，在創(chuàng)新過程中我們兩個充分發(fā)揮了想象力，根本停不下來。感謝曲老師的諄諄教誨和幫助，讓我的知識得到完善，使我的方法更加改善，使我的思維更加縝密，使我處理事情的方法更加多樣化，您不僅傳授了我知識，而且教會了我怎樣學習，怎樣對待人生，面對困難時怎樣處理。感謝您一直對我的嚴格要求，使我養(yǎng)成了很多好習慣，您是一位非常優(yōu)秀的教師。再次致謝！參考文獻[1]康華光.電子技術基礎數字部分.高等教育出版社,2005年[2]呂思忠.電子電路實驗與課程設計.哈爾濱工程出版社,2001年[3]江一鳴主編.數字電子技術實驗指導.蘇州大學出版社，2005年1月[4]孫余凱，項綺明等.精選實用電子電路260例.北京：電子工業(yè)出版社，2007[5]繩廣基.數字邏輯電路設計與實驗.上海：上海交通大學出版社，1987[6]羅厚軍，魏敏敏.經典集成電路應用手冊.福州：福建科學技術出版社，2005附錄A邏輯電路圖TOC\o"1-3"\h\u277371設計任務描述 197681.1設計題目：秒表 1149811.2設計要求 192151.2.1設計目的 1286851.2.2基本要求 1158411.2.3發(fā)揮部分 172012設計思路 2207633設計方框圖 336334各部分電路設計及參數計算 485274.1555多諧振蕩電路 4116494.2100分頻電路 626174.3計數寄存譯碼顯示電路 7149374.3.1譯碼顯示電路