數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)秒表

沈陽(yáng)工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）秒表-PAGE22--PAGE21-1設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1設(shè)計(jì)題目：秒表1.2設(shè)計(jì)要求1.2.1設(shè)計(jì)目的（1）掌握秒表的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；（2）熟悉集成電路的使用方法。1.2.2基本要求（1）能進(jìn)行分、秒、0.01秒計(jì)時(shí)，有獨(dú)立的時(shí)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(yù)置定時(shí)報(bào)警，在秒表滿度的時(shí)候報(bào)警。秒表可以實(shí)現(xiàn)清零，并在清零的時(shí)候報(bào)警。秒表顯示器可以進(jìn)行檢測(cè),并且顯示時(shí)還可以繼續(xù)正常進(jìn)行計(jì)時(shí)。（此功能可以進(jìn)行照明。)可以實(shí)現(xiàn)兩組時(shí)間記錄并顯示。可以進(jìn)行9秒倒計(jì)時(shí)，并且倒計(jì)時(shí)到0時(shí)可以進(jìn)行報(bào)警?？梢杂涗浛偣策M(jìn)行了幾次時(shí)間記錄并清零。2設(shè)計(jì)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?qū)撩牒兔脒M(jìn)行計(jì)時(shí)并且有統(tǒng)一的時(shí)間顯示電路，能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶存儲(chǔ),然后在記憶存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)在需要的情況下，顯示已經(jīng)記錄的時(shí)間。并且能夠進(jìn)行各位倒計(jì)時(shí)并報(bào)警?；谝陨蠋c(diǎn)，設(shè)計(jì)思路如下：1.設(shè)計(jì)脈沖源。秒表的最基本功能是計(jì)時(shí)，要計(jì)時(shí)準(zhǔn)確就要有精確的脈沖源，采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生脈沖，作為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)而且可以通過調(diào)整參數(shù)，計(jì)算得到自己想要的頻率。我設(shè)計(jì)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(jīng)過用兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行100分頻后輸出100HZ。2.開關(guān)設(shè)計(jì)。為了確保準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，啟動(dòng)前必須有清零開關(guān)。多數(shù)計(jì)時(shí)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(dòng)，對(duì)計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性將造成很大的影響，這里采用開關(guān)控制計(jì)數(shù)器清零端是否接高電平來控制是否清零。3.分頻器設(shè)計(jì)。利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制和六進(jìn)制，在計(jì)數(shù)器的輸出端接上鎖存器就可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行記錄。4.設(shè)計(jì)鎖存器。首先把鎖存器分組，我把每一個(gè)鎖存器一端連接兩個(gè)計(jì)數(shù)器，另一端接兩個(gè)譯碼器，一共兩組鎖存器，一次記錄結(jié)果存入一個(gè)鎖存器，這樣我的數(shù)據(jù)存入不同組的鎖存器。5.報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。我實(shí)現(xiàn)的是倒計(jì)時(shí)報(bào)警、滿度報(bào)警、清零報(bào)警，可以分別把三個(gè)分電路的脈沖通過一個(gè)或門傳輸給555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生一個(gè)高電平，再連接一個(gè)555振蕩器，就可以驅(qū)動(dòng)喇叭，使它發(fā)聲。6.倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)。我利用74LS190計(jì)時(shí)器的技術(shù)遞減功能實(shí)現(xiàn)，通過溢出端和開關(guān)控制顯示器是否倒計(jì)時(shí)到0結(jié)束還是連續(xù)倒計(jì)時(shí)。7.記錄計(jì)時(shí)次數(shù)電路設(shè)計(jì)。通過計(jì)數(shù)器譯碼器顯示器記錄秒表清零端開關(guān)開通管段次數(shù)來記錄，開關(guān)每開通關(guān)斷一次就給記錄電路輸入一個(gè)高電平來計(jì)數(shù)，再通過控制記錄電路的計(jì)數(shù)器的清零端來清零。3設(shè)計(jì)方框圖顯示器顯示器譯碼器譯碼器記錄計(jì)時(shí)次數(shù)電路記錄計(jì)時(shí)次數(shù)電路鎖存器倒計(jì)時(shí)電路計(jì)數(shù)器報(bào)警電路報(bào)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(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.1555多諧振蕩電路（1）振蕩器是整個(gè)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(hào)，才能使電路正常工作。用555定時(shí)器來構(gòu)成多諧震蕩輸出脈沖信號(hào)。555多諧振蕩器是一種時(shí)鐘源，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)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(gè)固定穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，經(jīng)過計(jì)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(nèi)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(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJT導(dǎo)通，此時(shí)Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器放電需要一定的時(shí)間，放電時(shí)間為,如（4.1.2）所示tPL=R2Cln2≈0.7R2C(4.1.3)當(dāng)電容放電結(jié)束時(shí)，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(shí)間為，如（4.1.3）所示tHP=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C(4.1.4)當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)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(nèi)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(gè)十分頻計(jì)數(shù)器串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)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(jì)數(shù)寄存譯碼顯示電路計(jì)數(shù)寄存譯碼顯示電路圖如圖4.3.1所示。圖4.3.1計(jì)數(shù)寄存譯碼顯示電路圖4.3.1譯碼顯示電路對(duì)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(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。在電路的整體設(shè)計(jì)中需要計(jì)時(shí)能從0到59分59秒99毫秒這度因此需要六個(gè)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(shù)碼顯示管，它的a.b.c.d.e.f七個(gè)拐腳分別接接到7448譯碼器的七個(gè)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(jì)數(shù)電路0.01秒，秒，分不分電路均是利用計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，如圖4.3.3為實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制部分電路圖。圖4.3.3六進(jìn)制電路圖如圖所示，其中個(gè)位為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到9之后通過溢出端給下一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)10進(jìn)制計(jì)數(shù)，再通過與門在6時(shí)輸出信號(hào)使下一級(jí)計(jì)數(shù)從而實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制。同樣，用兩個(gè)74160進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器完成100進(jìn)制毫秒計(jì)數(shù)，在達(dá)到99毫秒時(shí)，CO端輸出高電平，在同步級(jí)聯(lián)方式下，容許高位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。選擇信號(hào)源庫(kù)中的100HZ方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的測(cè)試時(shí)鐘源。十進(jìn)制波形如圖4.3.4所示。圖4.3.4十進(jìn)制計(jì)數(shù)器波形圖4.3.374LS373DW鎖存器設(shè)計(jì)由共6個(gè)74LS373鎖存器構(gòu)成的三組存儲(chǔ)單元。以下圖為為2個(gè)并聯(lián)的74LS373DW鎖存器，當(dāng)輸入信號(hào)從Q端進(jìn)來時(shí)，三個(gè)開關(guān)分別控制各組寄存器工作與否。再?gòu)腄端輸出信號(hào)給譯碼電路。并分別在2個(gè)控制開關(guān)的開斷下控制使能端AE存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以及顯示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。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(jì)時(shí)電路倒計(jì)時(shí)電路是利用74LS48N計(jì)數(shù)器的遞減功能來實(shí)現(xiàn)的，利用當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到0時(shí)溢出端溢出的信號(hào)通過肺門、與門和開關(guān)來控制是否倒計(jì)時(shí)到0停止或繼續(xù)從用9倒計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到0時(shí)溢出端溢出信號(hào)，將信號(hào)通過或門接到報(bào)警器使能端使報(bào)警器報(bào)警。如圖4.4.1為倒計(jì)時(shí)部分電路圖。圖4.4.2為倒計(jì)時(shí)時(shí)的波形。圖4.4.1倒計(jì)時(shí)部分電路圖圖4.4.2倒計(jì)時(shí)波形4.5記錄計(jì)時(shí)次數(shù)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(guān)上，當(dāng)開關(guān)接到低電平上時(shí)秒表清零，當(dāng)開關(guān)回到低電平上時(shí)清零端不使能而一個(gè)開關(guān)過程中的高電平會(huì)進(jìn)入記錄電路使之計(jì)數(shù)一次，從而實(shí)現(xiàn)記錄計(jì)時(shí)次數(shù)。如圖4.5.1所示為記錄計(jì)數(shù)次數(shù)電路圖。圖4.5.1記錄計(jì)數(shù)次數(shù)電路圖4.6報(bào)警電路圖如下圖4.6.1所示為報(bào)警電路.圖4.6.2為報(bào)警時(shí)報(bào)警電路輸入端與輸出端波形。圖4.6.1報(bào)警電路圖4.6.2報(bào)警電路輸入輸出波形4.6.1電路分析555（1）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由3端產(chǎn)生一正向周期為5s的脈沖給555（2）。555（2）、R、T構(gòu)成多諧振蕩器，其觸發(fā)信號(hào)為555（1）的輸出信號(hào)，。當(dāng)有輸入信號(hào)，555（1）3端產(chǎn)生一正向脈沖,在此正向脈沖寬續(xù)期，555（2）產(chǎn)生1KHz多諧振蕩。（1）這一部分實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)?shù)竭_(dá)滿度時(shí)，可以進(jìn)行報(bào)警，要想實(shí)現(xiàn)這一功能就要利用滿度脈沖，利用滿度時(shí)的各個(gè)位的滿度脈沖這一信號(hào)去開啟喇叭，這樣就實(shí)現(xiàn)了報(bào)警了，其次還需要一個(gè)555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)2秒的高電平，還要有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。這個(gè)驅(qū)動(dòng)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(shè)音響的提示時(shí)間為2秒，可以采用一個(gè)脈沖寬度為2秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。利用555實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)，這樣可以提供一個(gè)長(zhǎng)為2秒高電平。2.音頻振蕩器即喇叭電路：利用555計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)一個(gè)頻率約為1000HZ的音頻振蕩器，因?yàn)?55振蕩器具有較強(qiáng)的輸出功率，可以直接驅(qū)動(dòng)喇叭。4.6.2電路參數(shù)計(jì)算 設(shè)則：根據(jù) 5工作過程分析當(dāng)秒表工作時(shí)，運(yùn)行總電路圖，脈沖發(fā)生器開始工作，產(chǎn)生的秒信號(hào)通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)出來.其中脈沖信號(hào)由555多諧震蕩器產(chǎn)生的.因?yàn)橐缶_到10毫秒，所以要使多諧震蕩器發(fā)生的信號(hào)為100Hz。當(dāng)脈沖信號(hào)產(chǎn)生后，通過計(jì)數(shù)器調(diào)節(jié)進(jìn)制數(shù)，使得秒表精確地按100、60進(jìn)制輸給上級(jí)進(jìn)位信號(hào)。由于我選用的計(jì)數(shù)器74LS160是十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，所以要用兩塊級(jí)聯(lián)才能實(shí)現(xiàn)上述100和60進(jìn)制。當(dāng)脈沖信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器后，脈沖信號(hào)每發(fā)生一次，計(jì)數(shù)器便計(jì)數(shù)一次，當(dāng)10毫秒信號(hào)變?yōu)?9時(shí)，便給上級(jí)計(jì)數(shù)器，即秒信號(hào)的CP使能端加入脈沖信號(hào)，使秒信號(hào)計(jì)數(shù)一次，而毫秒計(jì)數(shù)器清零。同理，當(dāng)秒信號(hào)到59后，分信號(hào)的CP使能端加入脈沖信號(hào)，使得分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，與此同時(shí)，它的下一級(jí)即秒信號(hào)的計(jì)數(shù)器信號(hào)清零。如此循環(huán)，直到按下暫停鍵或計(jì)數(shù)到該秒表可接受的最大數(shù)值——59分59秒99十毫秒。計(jì)數(shù)器中的數(shù)通過寄存儲(chǔ)器直接送達(dá)顯示器顯示。寄存儲(chǔ)器在正常工作時(shí)不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，當(dāng)按下計(jì)數(shù)開關(guān)后，它就會(huì)計(jì)數(shù)一次，并截?cái)嗥湫盘?hào)輸入，是其它信號(hào)不再影響該型號(hào)，與此同時(shí)，按一下輸出開關(guān)，截?cái)噍敵?，使其不影響，其?shù)據(jù)顯示，如此可以記入兩組數(shù)據(jù)。在讀數(shù)時(shí)，想讀那組數(shù)據(jù)就按下那個(gè)開關(guān)。相應(yīng)數(shù)據(jù)輸出，并在顯示器經(jīng)譯碼電路顯示。倒計(jì)時(shí)跑時(shí)，打開相應(yīng)開關(guān)，倒計(jì)時(shí)電路開始工作，當(dāng)?shù)綍r(shí)，給報(bào)警電路一個(gè)信號(hào)，使其報(bào)警，以提醒裁判員停止計(jì)時(shí)，以后的成績(jī)不予記錄。九秒鐘報(bào)警電路，從秒信號(hào)向分進(jìn)位是引出進(jìn)位信號(hào)，再到報(bào)警電路，當(dāng)有進(jìn)位是給報(bào)警電路信號(hào)使其報(bào)警。報(bào)警電路，是由555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)和555定時(shí)器的多諧振蕩器組成，當(dāng)給一個(gè)信號(hào)，它會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警。輔助設(shè)備主要是由控制部分組成，如上提到的存入開關(guān)、讀寫開關(guān)以及清零開關(guān)都是控制端的重要組成部分。還有一個(gè)很重要的控制端就是計(jì)數(shù)器清零控制，就是由開關(guān)一端接高電平或接地，另一端接清零端從而實(shí)現(xiàn)清零與否，它是一次新的計(jì)數(shù)的開始，當(dāng)計(jì)數(shù)器被清零后，下一次啟動(dòng)就是新一次計(jì)數(shù)的開始，并且在開始記錄計(jì)數(shù)次數(shù)部分電路計(jì)數(shù)一次。記錄計(jì)數(shù)次數(shù)電路部分是將計(jì)數(shù)器的輸入端接到清零端開關(guān)處，當(dāng)開關(guān)每開通管段一次時(shí)就可以計(jì)數(shù)一次。6元器件清單名稱型號(hào)數(shù)量單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器/多諧振蕩器555_TIMER_RATED3計(jì)數(shù)器74160N2計(jì)數(shù)器74LS160N8計(jì)數(shù)器74LS190D1譯碼器74LS48N9鎖存器74LS373DW6電阻RPACK797段顯示器SEVEN_SEG_COM_K9小結(jié)電子課程設(shè)計(jì)從一開始我就感覺到了難度，所以認(rèn)真的對(duì)待了這次課程設(shè)計(jì)，一直沒有松懈，還好的就是順利的完成老師交代的任務(wù)，但是還是感覺到了一些壓力，時(shí)間對(duì)于我來說，有些緊張，在這一周內(nèi)完成這一系列的任務(wù)，真的感覺到了壓力。秒表這個(gè)任務(wù)，多少還能從實(shí)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(guān)于秒表，以及時(shí)鐘的一些介紹，這對(duì)于我再畫多組記憶秒表這個(gè)電路圖，還是有很大的幫助。但是真正到畫草圖，選擇適當(dāng)?shù)脑骷r(shí)，還是感到了些許的難度，當(dāng)我看到無數(shù)的器件，想找一個(gè)最適當(dāng)?shù)?，很難，但是在向老師的請(qǐng)教，同學(xué)的探討中，確定了一些合適的器件，但是到電路中運(yùn)用的時(shí)候還會(huì)發(fā)現(xiàn)在這些器件中還會(huì)有不會(huì)合適的，就比如說我用的鎖存器74LS373，開始不知道各個(gè)管腳是怎么用的，上網(wǎng)查到的都是英文資料，根本看不明白啊，經(jīng)過的實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)中還存在著許多不足的地方。比如，我的線路過于繁瑣，應(yīng)用起來比較麻煩等。這都是我在以后學(xué)習(xí)中應(yīng)該改進(jìn)的地方。致謝在這次課程設(shè)計(jì)中，在短短的五天內(nèi)，完成了為這樣復(fù)雜的任務(wù)，要?dú)w功于來自各個(gè)方面的幫助，我在這里表示由衷的感謝。感謝我的同學(xué)劉世超，在我沒有思路的時(shí)候是他陪著我去教室專心致志的研究電路，從長(zhǎng)計(jì)議，從課程設(shè)計(jì)的要求出發(fā)一點(diǎn)一點(diǎn)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(gè)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(shí)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(shí)，而且教會(huì)了我怎樣學(xué)習(xí)，怎樣對(duì)待人生，面對(duì)困難時(shí)怎樣處理。感謝您一直對(duì)我的嚴(yán)格要求，使我養(yǎng)成了很多好習(xí)慣，您是一位非常優(yōu)秀的教師。再次致謝！參考文獻(xiàn)[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.高等教育出版社,2005年[2]呂思忠.電子電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱工程出版社,2001年[3]江一鳴主編.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).蘇州大學(xué)出版社，2005年1月[4]孫余凱，項(xiàng)綺明等.精選實(shí)用電子電路260例.北京：電子工業(yè)出版社，2007[5]繩廣基.數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn).上海：上海交通大學(xué)出版社，1987[6]羅厚軍，魏敏敏.經(jīng)典集成電路應(yīng)用手冊(cè).福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005附錄A邏輯電路圖TOC\o"1-3"\h\u277371設(shè)計(jì)任務(wù)描述 197681.1設(shè)計(jì)題目：秒表 1149811.2設(shè)計(jì)要求 192151.2.1設(shè)計(jì)目的 1286851.2.2基本要求 1158411.2.3發(fā)揮部分 172012設(shè)計(jì)思路 2207633設(shè)計(jì)方框圖 336334各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 485274.1555多諧振蕩電路 4116494.2100分頻電路 626174.3計(jì)數(shù)寄存譯碼顯示電路 7149374.3.1譯碼顯示電路