数字秒表课程设计报告.doc

课程设计总结报告课程名称： 数 字 秒 表 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 年 7 月 4 日目录1、内容摘要22、设计课题任务及指标23、系统设计方案论证24、统需要的元器件35、单元电路设计3 .消抖电路3 .脉冲发生器3.微分电路：4 .上电复位电路4.二/五分频十进制计数器74LS905 .数码管6 .4-7线译码器74LS4866、电路图及电路的工作原理77、组装调试98、设计成果的评价109、课程设计的收获、体会1010、参考文献11数字秒表1、内容摘要：数字秒表是采用数字电路实现对分、秒，数字显示的计时装置,广泛用于体育竞赛中。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字秒表的精度,远远超过老式秒表, 秒表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便。本设计的数字秒表是一个将“秒”显示给我们的视觉器官的计时装置。它的计时周期为10秒，显示满刻度为9.9秒。一个基本的数字秒表电路主要由消抖开关、微分电路、整形电路、信号发生器、计数器、译码器及显示器组成。关键词：脉冲发生器 计数器 译码显示2、设计课题任务及指标：（1） 通过本课程的选题、方案论证、设计计算、安装调试、资料整理、撰写“设计报告”等环节，初步掌握电子工程设计方法和组织实施的基本技能，深化、扩展并综合运用课堂上所学的电子电路分析设计方法以及集成电路知识完成小系统的电路设计。（2） 利用基本SR触发器、脉冲发生器及计数、译码、显示等单元电路设计数字秒表。（3） 在实验装置上或者利用仿真软件完成数字秒表的线路连接和调试。功能要求：最终实现秒表的计时、停止、复位功能。3、系统设计方案论证所作为数字式秒表，所以必须有一个数字显示。按设计要求，须用数码管来做显示器。题目要求最大记数值为9.9秒，那则需要两个个数码管。要求计数分辨率为0. 1秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。选择信号发生器时，有两种方案：一种是用晶体震荡器，另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。其核心部分使用三个74LS90计数器采用串联方式构成（其中一个起到对50Hz的分频作用），这种连接方式简单，使用元器件数量少。CP脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生50赫兹脉冲，如果精度要求高，也可采用石英振荡器。在选择译码器的时候，有多种选择，74LS46，74LS47，74LS48等4-7线译码器。当然，为了减小设计的误差，还需要设计在开关端设计消抖电路、微分电路、整形电路。为了满足上电复位，还应该设计上点复位电路。系统框图如下：4、系统需要的元器件：74LS00 2片，74HC04 3片，74LS08 1片，74LS90 3片，74LS48 2片，LED数码显示器 2个，二极管IN1202 2个，定值电阻 R=1K 2个，R=47K 2 个，R=1.5K 2 个，R=8 2个，可变电阻R=100K 1个，电容C=2.2u 2个，C=0.01u 2个，开关 2个，导线若干。5、单元电路设计（绘制时序图）、参数计算和元器件选择说明（接口要求）：.消抖电路：两个电阻R=1K。消抖原理：具有锁存功能所致。.脉冲发生器（由555构成的多些振荡器）：管脚图脉冲波形图如下：由于频率f=1.43/(R1+2R2)C=1Hz，产生10Hz频率,所以，电容C=2.2u，定值电阻R=47K，可变电阻R=100K。端口3为脉冲发生器的输出端口。.微分电路：.上电复位电路：复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。.二/五分频十进制计数器74LS90：引脚图和功能表： 74LS90功能： 通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0（1）(2管脚)、R0（2）（6管脚）对计数器清零，借助S9（1）（6管脚）、S9（2）（7管脚）将计数器置9。其具体功详述如下：（1） 计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。 （2） 计数脉冲从CP2输入，QD、QC、QA作为输出端，为异步五进制加法计数器。 （3） 若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成 异步8421码十进制加法计数器。 （4） 若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成 异步5421码十进制加法计数器。 （5） 清零、置9功能。 a) 异步清零 当R0（1）、R0（2）均为“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000。 b) 置9功能 当S9（1）、S9（2）均为“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA =1001。本设计采用的是74LS90的五分频和十进制计数功能。其中，74LS90（1）是对50Hz的脉冲信号进行五分频，实现输入为10Hz（0.1s），74LS90（2）、74LS90（3）实现十进制计数。.数码管：七段数码管（LED）LED数码管由发光二极管组成，LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。下图是七段数码管（LED）BS201的示意图，图中引脚6为VCC的为共阳数码管，引脚6为GND的为共阴数码管。本设计采用共阴数码管与74LS48匹配。.4-7线译码器74LS48：74ls48引脚功能表七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出LTRBID C B A abcdefg0HH0 0 0 0H111111011Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL00000002RBIHL0 0 0 0L00000003LTLxx x x xH1111111474LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路系统的显示系统中。本设计中，用它与共阴极数码管连接。连接图如下：6、电路图及电路的工作原理：电路图如下：各部分工作原理如下：消抖电路：它是由两个74LS00集成与非门元件构成。接在机械开关K的后面，防止开关K在打开和闭合时一些假信号窜入逻辑电路。上电复位电路：它由2.2电容和47K电阻构成。利用电容充放电可以产生脉冲，作为清零复位用。微分电路：它是由0.01u电容和1.5K电阻构成.从电容端加入的信号，经过电容、电阻，在电阻端输出的信号波形相当于进行了一次微分，故称这种电路为微分电路。整形电路：它是由反相器74HC04集成非门元件构成。在信号由一端输入，起到整形的作用。0.1秒脉冲发生器电路：它由555集成定时器元件和外围的47K电阻和2.2u电容等元件构成。调节电阻或电容的数值，可以改变脉冲发生器的输出频率。计数器电路：从进位制来分，有二进制计数器，十进制计数器等多种形式。在此采用的是二十进制计数器即8421编码方式。由74LS90构成一位输出电路。译码器电路：是将数码转换为一定的控制信号。在此由74LS48集成元件构成，它能将十个二进制数码转换为输出端上的电平信号以控制显示器。显示器电路：有辉光数码管和荧光数码管等多种显示电路。在此采用的是共阴极七段LED显示器。电路工作原理：上电时，上点复位电路产生复位信号，经整形后，使两个计数器清零。当第一次按动开关K，经消抖电路产生一个单脉冲，输出端产生高电平，经与门后，使0.1秒脉冲进入计数器计数，并译码，显示出来。当第二次按动开关K，产生第二个单脉冲使输出端输出低电平，关闭与门，使计数停止。7、组装调试：本设计采用EDA电路仿真对设计电路进行了调试。运用软件Multisim。在调试的过程中遇到不少的麻烦，经过多次反复的检查和排除，最终实现了部分功能。故障1：微分电路输出波形不正确。原因：二极管选择错误，和电阻的阻值参数不匹配。排除方法：换二极管，改电阻参数。故障2：脉冲发生器（555定时器构成的多谐振荡器）没法实现0.1s的脉冲信号。原因：参数不对。排除方法：利用f=1.43/R1+2R2)C适当的选取定值电阻、电容的大小和可变电阻的最大阻值。故障3：数码管显示乱码。原因：计数器74LS90管脚接线错误，LED数码管的共极性弄反（按共阳极的接线方法接线）。排除方法：对计数器正确接线，调整数码管的阴阳极接线（按共阴极接线方法接线）。故障4：数码管数字跳动频率不均匀。原因：使能输入信号和清零信号的波形不是规则的脉冲方波。排除方法：用示波器观察脉冲输出和微分电路输出端的波形，不规则，就加一个反相器74HC04整形，同时，这样还能达到减小误差的目的。故障5：无法实现暂停的功能。原因：计数器使能端一直输入脉冲信号。排除方法：在输入的脉冲信号线路上，加一个开关。8、设计成果的评价：通过一周的设计，总算是有了一个结果。只是方案和结果都令我不甚满意。首先是方案，主要是是参考了老师的方案，然后按照老师的方案修改而成。最终没有能够实现上电清零功能和暂停（用两个开关可以实现）的功能，经过反复的修改也没能实现。只实现了计数和停止，虽然大体满足了需要，但总的来说，实用性并不高。由于一周的时间太短，所以设计结果不很完善，只要在设计时间之余，下苦工夫，其它诸如上电清零、暂停、存储、报时等共能都能够一一实现。9、课程设计的收获、体会：一周的课程设计已经结束，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。要有耐心和毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是利用Multisim 仿真，因为以前没有学过这个软件，只用过protel,所以其中的一部分我们要从头学起，自行摸索的学习。在各个单元电路的连接上花费了大量时间。我们在设计时做出了两套方案以及仿真电路，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后请老师指导了一下，这才确定了我们的电路。实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，要考虑到各个元器件的功能和特性，要翻阅大量资料，参考别人的经验。只有这样才能把自己的电路设计的完美。通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字秒表的原理与设计理念。在此次的数字秒表设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。在设计电路中,输入输出端口不一定是固定的，例如74LS90就有好几种计数共能和分频共能，在不同的功能下，它的输入和输出端口是不一样的。再就是注意数码管的共极性（是共阴极还是共阳极），不能将其 “ ” 与 “ ” 极接错。比如，共阴极数码管和74LS48接，共阳极数码管和74LS46/74LS47接。在电路的仿真过程中出错的主要原因都主要是接线的错误所引起的。接线的时候一定要细心，不要接错，同时也要学会如何判别芯片的功能，要是芯片不具备要求的功能，或者，不匹配，即使接线再正确也出不来结果。对自己的设计要仔细考虑，是否可行，尤其是进位输出，着重看看进位的CP脉冲是否正确等。总体来说，通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件的使用，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端，我受益匪浅。同时，让我明白：这些电路还是应该