数电课设--带proteus仿真的电子秒表设计

1、沈阳工业大学 课程设计课 程： 数电课程设计 题 目： 电子秒表 专业班级: 通信工程1003班 学 号: 100404308、309、315 学生姓名: 张路、刘智佳、吴开来 指导教师: 赵柏山 完成时间: 2013年6月25日 目录第1章 设计要求第2章 设计方案第3章 总电路设计思路第4章 分解电路的设计及说明第5章 电路的仿真第6章 设计总结及心得体会参考文献：附录：第1章 设计要求 结合数字逻辑电路知识，设计或分析下述功能电路，利用Proteus软件对电路进行功能仿真，并基于仿真结果对电路进行功能改进。给出仿真机及分析过程及结果。设计参数： 1.设计可控的计数器（定时器）、分频器、键

2、去抖电路和动态扫描显示电路； 2.设计系统顶层电路； 3.进行功能仿真和时序仿真； 4.对仿真结果进行分析，确认仿真结果达到了设计要求： 1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2.确定合理的结构方案，对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。第2章

3、 设计方案 方案一：实现秒表的功能有很多种，该方案采用的是用555定时器产生一个1000HZ的秒脉冲，然后通过分频电路接到延时电路上，跟一个去抖电路连接在一起，输出给74160做触发信号，与另一个74160连接组成，然后把输出端分别连接到7448译码器上，通过共阴极七段数码管来显示结果，算选用的器件便宜，精度小于5%，可实现0-59秒的计时，另有启动、暂停、和清零三个功能。但在电路仿真过程中不是很顺利，仿真结果与自己的设想有所出入，故方案一仅在设计总结及评估中提及。方案二：利用555定时器产生一个100HZ脉冲；设计秒逻辑电路实现时间的正确显示功能；设计秒校时电路对电子秒表显示时间进行基本校正

4、，经7448译码后通过共阴极七段数码管来显示结果。该电子秒表可以准确的显示00.00-99.99s，可手动启动、暂停、清零等。第3章 总电路设计思路该数字式秒表电路的工作原理：由555定时器产生100Hz脉冲信号,作为10毫秒的计时脉冲；10毫秒计数器计满10后，向100毫秒计数器产生进位脉冲；100毫秒计数器计满10后，向1秒计数器产生进位脉冲；1秒计数器计满10后，向10秒计数器产生进位脉冲。计数器的输出经显示译码器译码后送显示器显示。该电路设置两个控制键“SW1”,“SW2”。键“SW1”控制电路的清零功能，键“SW2”控制电路的暂停功能。显示器显示器显示器显示器译码器译码器译码器译码器

5、计数器计数器计数器计数器脉冲发生器清零暂停图3-1 数字式秒表电路的结构框图第4章 分解电路的设计与说明100HZ脉冲发生器的设计时钟发生器是模拟 数字混合式集成电路。用555定时器构成的自激式多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。 555组成的脉冲信号发生器T1=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C;T2=R2Cln2=0.7R2C;T=T1+T2;输出脉冲的占空比q为，q=T1/T2=(R1+R2)/(R1+2R2)我选用的参数为：R1=2.05K+2K=4.05KR2=5.1K, C=1u，f=1/0.7（R1+2R2）C=100HZ计数器的设计计数器是一个用以实现计数功能的时序

6、部件,它不仅可用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时,分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能. 计数器种类很多.按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分,有同步计数器和异步计数器.根据计数制的不同,分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器.根据计数的增减趋势,又分为加法,减法和可逆计数器.还有可预置数和可编程序功能计数器等等。 40192是十进制计数器，40192上的Rd控制端是异步清零端，高电平有效；Ld输入端是异步预置数控制端，低电平有效；预置数数据输入端包括D3、D2、D1和D0，D3为最高位，D0为最低位；C0端是进位输出端，低电平有效；B0端是借位输出端，低电平有效；

7、计数结果从Q3、Q2、Q1和Q0端输出，Q3为最高位，Q0为最低位。当计数时钟脉冲从CPU输入时，集成芯片实现加法计数过程，计数过程为0000-1001-0000。40192集成计数器的逻辑功能如表3-2所示。表中“”表示时钟脉冲的上升沿。表3-2 40192逻辑功能表清零预置使能预置数据输入数据输出R DL DCPuCP DD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0HLLLLLLDCBADCBALHH加法计数LHH加法计数计数功能主要利用十进制加法计数器40192来实现。因要求电子秒表显示时间为00：0099：99秒，因此需四片40192芯片，其与译码显示单元的相应输入端连接，可显示00：0099:9

8、9秒。通过不同的连接方式，40192可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助RD对计数器清零。 由四片40192芯片构成的计数器电路如下图所示40192构成的计数器译码及驱动显示电路的设计计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用7448作为显示译码电路，选用LED数码管作为显示单元电路。7448引脚图 LED数码显示管 448管脚功能介绍如下： LT：试灯输入端，当T=0时，不管其他各个输入端输入如何，输出显示为8，正常显示时该端应输入高电平。RBI端称为动态消零输入端。BI/RBO动态清零输出端

9、，该端主要作为多位显示中的多个译码器动态消零连接。A、B、C、D、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。8421BCD码对应的显示图 ：8421BCD码对应的显示图译码显示器电路由于设计中要有分频器、按键去抖电路两个要求，我所设计的方案二没有应用到，但方案一中有这两个子电路，故下面将作介绍。分频器设计74LS90为2-5-10进制计数器，作为十进制进行分频。74LS90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。通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还右借助R0（1）、R

10、0（2）对计数器清零，借助S9（1）、S9（2）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，QDQLQH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Q

11、DQCQBQA=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. 下图为方案一分频器截图，由555定时器产生的1000HZ信号输入到第一片74LS90的CKA端，从第三片74LS90的Q3端输出，经过分频后便产生了1HZ的时钟信号。按键去抖电路系统的控制开关我选择的是单刀双掷开关，然后接一个抖动消除电路，控制秒表的计数和停止。它的一路输出Q作为延迟电路的输入，按动按钮开关J1时（接地），则门U2B输出Q=0；门U1B输出Q=1，状态保持不变。再按动按钮开关时；则Q由0变为1，输出U4A开启，为计数器启

12、动作为准备。Q由0变1，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。下图为方案一按键去抖电路截图部分，图中单刀双掷开关可以停止秒表工作。第5章 电路的仿真方案二仿真全图：方案一仿真全图：第6章 设计总结及心得体会设计总结：本次课程设计我设计了两个方案，其中方案一我尽量使用分频器、按键去抖电路等设计所要求的来设计电路图。但很遗憾，方案一并没有达到我的预期，经过反复调试也没能好使，不得已，我又设计了方案二，虽然电路里没有使用分频器、按键去抖电路，但在方案一的设计过程中我已经对上述两个子模块电路有了一定的了解，并在报告里面均作了一一叙述。心得体会：课程设计进一步加深了对数字电子技术的认识，熟悉了对proteus软件的学习和使用，在仿真过程中出现较多的问题，通过自己的努力和组员的帮助都一一解决了。通过这次对电子秒表的设计与仿真及制作，为以后的电路设计打下良好的基础，得到了一些宝贵经验和教训，加强了自己的动手能力和协同合作能力，为以后的学习和工作提供了良好的范例，我会把这种认真和实在带到以后的生活当中去。参考文献：康华光. 电子技术基础. 5.版.北京：高等教育出版社阎石.数字电子技术基础.5版.北京：高等教育出版社童诗白，华成英.模拟电子技术基础.