数字电子技术课程设计(电子秒表)

1、数字电子技术课程设计报告题 目：电子秒表的设计专 业：班 级：姓 名： 指导教师:课 程设计 任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：电子秒表的设计起止日期：指导教师：周珍艮设计要求：1、明确设计题目，确定方案。对于考虑的方案，经过比较后，确定 选择哪个方案。2、单元电路的设计和元器件的选择。要列出元器件清单3、画出完整的电路原理图和必要的波形图，并说明主要工作原理。4、计算出各元器件的主要参数，并标在电路图中恰当的位置。5、画出电路图。6、对电路性能进行测试，并分析是否满足要求。7、按要求撰写课程设计报告。报告内容包括 目录、正文（概述，硬 件原理图介绍，需要的元器件清单）、结论（设计的电

2、路性能测试及 总结，设计过程中遇到的问题及解决方法，心得等）、参考文献、附 录（可有可无）等。16绪论 第一章、设计要求1.1 设计任务及目的 51.2 系统总体框图 51.3 、设计方案分析6第二章、电路工作原理及相关调试2.1 电路工作原理72.1 相关调试 11第三章、实验总结附录a 电子秒表原理图附录b相关波形元件清单参考文献绪论随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛， 渗透到人们日常生活的方方面面， 掌握必要的电工电子知识已经成为当代大学生特别是理工类大学生必备的素质之一。电子秒表是日常生活中比较常见的电子产品， 秒表的逻辑结构主要由时基电路、分频器、二一五一十进制

3、异步加法记数器 、数据选择器和显示译码器等组成。整个秒表需有一个 清零 / 启动信号和一个 停止 / 保持 信号 装置， 以便秒表能随意停止及启动， 计数器的输出全都为bc刑输出，方便显示译码器连接。本次设计基于简单易行的原则，秒表显示以 0.1s 为最小单位，最大量程为 9.9s ，采用七段数码管作为显示部分， 以此来达到基本设计要求 . 我门设计的秒表，是以 555定时器为核心， 以分频、 计数与译码显示模块为主要构成部分的电子秒表的设计方案，充分利用数字电路的计数、译码、显示的优良特性， 使整个设计达到了比较满意的效果。 基本电路主要有时基产生电路、电源电路、分频电路、计数与译码电路（包

4、括显示电路） 、开关按钮电路。 所设计的电子秒表达到了设计要求的各项指标， 并且在这个基础上进行了功能扩展， 系统具有随时启动、 停止以及清零功能。 这次设计中不但对以前的知识进行巩固， 而且学会了更多的新知识，提高思维、强化动手能力，能够更好地适应和走上工作岗位，为以后的就业打下一定的基础。关键字：时基电路、分频器、计数器、译码器、 bc照第一章、电路设计要求1.1设计任务及目的一、设计任务用中小规模集成电路设计一个电子秒表，基本要求如下：1 .能显示两位数10进制数，其计数范围0.09.9。2 .具有清零、预置数、停止等功能。二、设计目的1、学习数字电路中基本 rs触发器、单稳态触发器、时

5、钟发生 器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。2、学习电子秒表的调试方法。1.2系统总体框图电子秒表主要有分频器、计数模块、功能控制模块、势能控制模块和显示输出模块组成。系统框图如图 1所示。怫 控制 板块s1数字秒表总体框图系统功能要求:4个数码管分别显示(1)具有时钟秒表系统功能要求显示功能，用 秒和百分秒。(2)具有 3 种功能状态：系统时间运行状态，系统时间至零状态，时钟正常显示状态， 通过输入控制信号可以使系统在这3 个状态之间切换，使数码管显示相应状态的时间；(3) 开启时间设定、关闭时间设定可通过控制信号中的时间调节来设置，在秒设置方面每按一下，秒就会自动加 1，采用 60 进

6、制计数，当计数到 59 时又会恢复为00；百分秒设置方面每按一下，百分秒会自动加 1，采用 100进制计数，当计数到 99 时，向上进位并恢复 00。系统时间可以同单独的至零信号，将数码管显示时间直接恢复到00.00状态。1.3 设计方案分析(1) . 基准脉冲器根据设计要求，最小单位为 0.1 秒，为减小计时误差，依次脉冲源产生100hz信号。此信号用555 计 时 器 构 成 的 多 谐 振 荡 器 产 生 。 根 据 公 式 频 率 f=1.44/ (r1+2r2) ci设置合适的阻容参数，使脉冲源产生100hz 的脉冲信号。(2) . 计数及译码显示二五十进制加法计数器 74ls90

7、构成电子秒表的计数单元，首先用一个74ls90 对多谐振荡器产生的 100hz 的脉冲信号进行十分频，然后，将输出端qd 取得周期为 0.1s 的矩形脉冲送入图二中右边 的计数器中，图中两计数器都接成 8421 码十进制 形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示 0.10.9秒；19.9秒计时。(3) . 控制部分节拍信号发生器选用一片 74ls195 构成的三位环形计数器来实现。74ls195 为四位单向移位寄存器,环形计数器的输出q0、 q1、 q2 分别作为计数部分的清零信号、计时信号和停止信号。 clr 端外接的r、 c 加电清零电路，当接通电源时，由于电容c 两

8、端的电压不能突变， 故为低电平， 环形清零。 随后 uc 被充电到 +5v ， 清零信号撤消。电路中增加一个或非门使电 路具有自启动功能。 一个开关控制三种工作态。(4) .脉冲发生器由基本 rs 触发器构成的单脉冲发生器为节拍信号发生器提供时钟脉冲。每按动一次开关， q 端就产生一个单脉冲，用以控制三种工作状态的转换。用集成与非门构成的基本rs 触发器。属低电 平直接触发的触发器,有直接置位、复位的功能。按动按钮开关a (接地)，则输出=1; b复位后q、状态保持不变。再按动按钮开关 a，则输出由 0 变为 1，使移位寄存器置入 0001, 为计数器清零。再次按动 b 、a 使移位寄存器向右

9、移位，经与多谐振荡器产生的脉冲相与后开始计时，再次按动 b、 a ，移位寄存器的 qc 置 1，使计数器停止计数。第二章、电路工作原理及相关调试2.1 电路工作原理1 为电子秒表的电原理图。 按功能分成四个单元电路进行分析。1、基本rs触发器图1中单元i为用集成与非门构成的基本 rs触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。它的一路输出q作为单稳态触发器的输入，另一路输出q作为与非门5的输入控制信号。接悖呼示器iv11卜 9ft 8 9 12 14vcc 74ls90 cp：roll) rop|右山s以旧nd14-5qd qc qh qa cp2vcc 74ls90(2j cp

10、i -灼11)应力 网邺出叩2p下】7 |地cb qc qn qa cpivc(- 74ls90(l) pa丸，氤12)输i乩u|gnd+5viicp 十 51 op1kq0kpwkmm-j c nr h70vnf100k100k7 45556 25q.olk -t-卜sv 0按动按钮开关图1电子秒表原理图k2 （接地），则门1输出q= 1;门2输出q = 0,k2复位后q、q状态保持不变。再按动按钮开关k1,则q由0变为1,门5开启，为计数器启动作好准备。q由1变0,送出负脉冲，启动 单稳态触发器工作。基本rs触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。2、单稳态触发器图1中单元n为用集

11、成与非门构成的微分型单稳态触发器，图2为各点波形图。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号 vi由基本rs触发器q端 提供，输出负脉冲vo通过非门加到计数器的清除端 r。静态时，门4应处于截止状态，故电阻 r必须小于门的关门电 阻roff。定时元件rc取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲 宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的rp和cp。单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。3、时钟发生器图1中单元田为用555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。调节电位器rw，使在输出端3获得频率为50hz 的矩形波信号，当基本rs触发器q= 1时，门5开启，此时50hz 脉

12、冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器的计数输入端 c巳。图2单稳态触发器波形图14|9|cpi nc qa qd gnd qb qc)74ls50cpa rd(2) nc vcc s仪 1) s42) 121 3|4| 5| 6|7|图3 74ls90弓i脚排歹u4、计数及译码显示二 五 十 进制加法计数器74ls90 构成电子秒表的计数单元，如图1中单元iv所示。其中计数器接成五进制形式，对频率为50hz 的时钟脉冲进行五分频， 在输出端qd 取得周期为 0.1s 的矩形脉冲，作为计数器的时钟输入。计数器及计数器接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显

13、示0.10.9秒；19.9秒计时。注：集成异步计数器74ls9074ls90 是异步二 五 十 进制加法计数器， 它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。图 3 为 74ls90引脚排列，表1 为功能表。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）、r0（2）对计数器清零，借助s9（1）、s9（2）将计数器置9。其具体功能详述如下：（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，qdqcqb 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cr输入，qd、q

14、c、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cr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r（1）、r0（2）均为“1；s9（1）、s9（2）中有“曲，实现异步清零功能，即 qdqcqbqa = 0000。(b)置 9功能：当 &(1)、&(2)均为 “1；ro(1)、ro(2)中有“附,实现置9功能,即qdqcqbqa =1001。qdqcqbro(1)、s9(1)、 s9(2)cp1cp2qaro(2)qa输出二进制计数qdqcqb输出五进制计数qdqc

15、qbqa 输出qa8421bcd 码qaqdqcqb 输出5421bcd 码十进制计数十进制计数2.2相关调试由于电路中使用器件较多，必须将各单元电路逐个进行接线和调试，即分别测试基本rs触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器的逻辑功能，待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来进行测试直到测试电子秒表整个电路的功能。这样的测试方法有利于检查和排除故障，保证设计顺利进行。1、 基本rs 触发器的测试2、 单稳态触发器的测试(1)静态测试用直流数字电压表测量a 、 b 、 d 、 f 各点电位值。并记录。(2)动态测试输入端接 1khz 连续脉冲源，用示波器观察并描绘d 点(vd、 )f

16、 点( v0 )波形，如嫌单稳输出脉冲持续时间太短，难以观察，可适当加大微分电容c (如改为0.1 d待测试完毕，再恢复4700p。3、 时钟发生器的测试测试方法参考实验十五， 用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节rw ，使输出矩形波频率为50hz 。4、 计数器的测试(1)计数器接成五进制形式，ro(1)、ro(2)、0(1)、s9(2)接逻 辑开关输出插口，cp2接单次脉冲源，cpi接高电平“ 1 ； qdqa接实 验设备上译码显示输入端 d、c、b、a,按表171测试其逻辑功能， 记录之。(2) 计数器及计数器接成8421 码十进制形式，同内容( 1)进行逻辑功能测试。记录之。(3

17、)将计数器、级连，进行逻辑功能测试。记录之。5、 电子秒表的整体测试各单元电路测试正常后，按图 3.14.1 把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体测试。先按一下按钮开关k 2，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关ki,则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示计数情况是否 正常，如不需要计时或暂停计时，按一下开关 k2,计时立即停止， 但数码管保留所计时之值。6、 电子秒表准确度的测试利用电子钟或手表的秒计时对电子秒表进行校准。第三章、实验总结1）设计小结本次课程设计题目是电子秒表，在选定这个题目后，我们并没有立即开始设计， 而是先参加了大量的关于电子技术设计方面的书过后才开始着手设计，我

18、们第一步是按设计要求 来确定该题目可能需要的电子元件，再慢慢更具每个电子原件的功能及题目要求一一筛选，最终确定用哪些原件； 第二不是设计方案并确定， 确定后开始设计实际电路，实际电路设计好后，便开始按要求写设计及报告。2）心得体会电子秒表同实际联系的比较紧密， 所以做起来会很有兴趣。 调试过程中如果结果出不来， 一定要静下心来检查线路问题， 不要急于通电， 检查过程中可以用指针万用表依据各引脚电平特点测试以此排除和锁定故障的位置.值得注意的是，在加电启动完成，秒表也立刻启动开始计时了，但不是很影响秒表的使用.在设计的过程中，我发现 了我理论知识上的一些漏洞，这给了我不少压力，于是我又挤出时间

19、努力加深文化知识。通过这次课程设计，我也学到了很多，首先是加 深了对课本基础知识的理解，其次理解了做一个大的电路设计时应该 遵循的思路和方法。设计过程中，通过查阅相关书籍，上网搜索相关 资料，拓展了自己的知识范围，并且培养了自己严谨认真的习惯。附录a 电子秒表原理图lii b b 1 l3，q丁 ljh 5、cp上mi 74ls90(3) cfira i ：)号div 一、 十” ih lqq qu im cp2vcc 74l89o(2 cp|r 1 r“万 与，1|牛山|gn口t-nt j g| 词 1qd qc qh qa cp iivcc 74ls90(lj cpamd$smi suq)g恒门10h4470i00kwok7 48s55fe