數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)---電子秒表

1、<p>　　2012 ~ 2013 學(xué)年 第 一 學(xué)期</p><p><b>　　《 數(shù)字電子 》</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　題 目： 電 子 秒 表 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣

2、工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化（1）班 </p><p><b>　　電氣工程系</b></p><p>　　2011年5月12日</p><p><b>　　1、任務(wù)書</b></p><p>

3、;　　1. 引言...........................................................................................1</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)目的........................................................................... 1</p>&

4、lt;p>　　1.2設(shè)計(jì)要求........................................................................... 1</p><p>　　2. 電路分析.................................................................................. 2</p>

5、<p>　　2.1設(shè)計(jì)電路圖....................................................................... 2</p><p>　　3.相關(guān)芯片介紹.............................................................................2</p><p&g

6、t;　　3.1時(shí)鐘脈沖發(fā)生器................................................................ 3</p><p>　　3.2 74LS160計(jì)數(shù)器................................................................ 4</p><p>　　3.3 74LS192計(jì)數(shù)器

7、.................................................................5</p><p>　　3.4 74LS00（輸入與非門）................................................. 6</p><p>　　3.6 74LS74譯碼器..........................

8、..........................................6</p><p>　　3.5數(shù)碼管................................................................................ 7</p><p>　　4. 設(shè)計(jì)步驟....................................

9、............................................... 9</p><p>　　4.1電源模塊設(shè)計(jì).................................................................... 9</p><p>　　4.2方案一設(shè)計(jì)......................................

10、.................................. 13</p><p>　　4.3方案二設(shè)計(jì)........................................................................ 14</p><p>　　5. 參考文獻(xiàn)...............................................

11、.................................... 16</p><p>　　6. 設(shè)計(jì)心得................................................................................... 17</p><p><b>　　1. 引言</b></p><p&

12、gt;　　電子秒表在生活中的應(yīng)用,它可廣泛應(yīng)用于對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的速度、加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn),還可用來驗(yàn)證牛頓第二定律、機(jī)械能守恒等物理實(shí)驗(yàn),同時(shí)也適用于對(duì)時(shí)間測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合.測(cè)定短時(shí)間間隔的儀表。有機(jī)械秒表和電子秒表兩類。機(jī)械秒表與機(jī)械手表相仿，但具有制動(dòng)裝置，可精確至百分之一秒；電子秒表用微型電池作能源，電子元件測(cè)量顯示，可精確至千分之一秒。廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、體育運(yùn)動(dòng)及國(guó)防等方面在當(dāng)今非常注重工作效率的社會(huì)環(huán)境中，定時(shí)器能給我們的工

13、作、生活以及娛樂帶來很大的方便，充分利用定時(shí)器，能有效的加強(qiáng)我們的工作效率。</p><p>　　數(shù)字電子秒表是利用數(shù)字電子技術(shù)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)來完成的，具有直觀、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1、掌握計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2、

14、掌握分頻電路設(shè)計(jì)方法</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　要求設(shè)計(jì)一個(gè)電子秒表，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　1、具有停止\啟動(dòng)功能；</p><p>　　2、當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)器先清零在開始計(jì)時(shí)；</p><p>　　3、若不需要計(jì)時(shí)時(shí)或暫停計(jì)數(shù)時(shí)，

15、計(jì)數(shù)器立即停止，但數(shù)碼管保留所計(jì)時(shí)之值。</p><p><b>　　電路分析</b></p><p>　　2.2.1電子秒表電路的基本組成框圖如圖1 所示，它主要由多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)碼顯示器4個(gè)部分組成。</p><p><b>　　相關(guān)芯片介紹</b></p><p>　　3.1時(shí)鐘

16、脈沖發(fā)生器</p><p>　　555 定時(shí)器是模擬 — 數(shù)字混合式集成電路，利用它可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生、整形電路和定時(shí)、延時(shí)電路。用555定時(shí)器構(gòu)成的自激式多諧振蕩器，是一種性能較好的時(shí)鐘源。調(diào)節(jié)電位器 Rp ，使在輸出端3獲得頻率為50HZ的矩形波信號(hào)。</p><p>　　圖 2.2.3 多諧振蕩器電路</p><p>　?。ㄒ唬?55 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)及其

17、功能</p><p>　　圖2.2.2為 555 定時(shí)器的內(nèi)部邏輯電路和外引腳圖，從結(jié)構(gòu)上看， 555 電路由 2 個(gè)比較器、 1 個(gè)基本 RS 觸發(fā)器、 1 個(gè)反相緩沖器、 1 個(gè)集電極開路的放電晶體管和 3 個(gè) 5kΩ 電阻組成分壓器組成。</p><p>　?。ǘ?55定時(shí)器的邏輯功能</p><p>　　多諧振蕩器如圖2.2.3所示。當(dāng)電路剛接通電源時(shí)，由

18、于C (C1//C2)來不及充電，555電路的2腳處于零電平，導(dǎo)致其輸出3腳為高電平。當(dāng)電源通過R1、Rp向C充電到Vc≥Vcc時(shí)，輸出端3腳由高電路平變?yōu)榈碗娖?，電容C經(jīng)R1和內(nèi)部電路的放電開關(guān)管放電。當(dāng)放電到Vc≤Vcc時(shí)，輸出端又由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖健４藭r(shí)電容再次充電，這種過程可周而復(fù)始地進(jìn)行下去，形成自激振蕩。圖2.2.4是輸出端及電容器C上電壓的波形。</p><p>　　圖 2.2.4 波形圖

19、 圖 2.2.5多諧振蕩器電路</p><p>　　3.2 74LS160計(jì)數(shù)器</p><p>　　74LS160 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,其引腳圖如下</p><p>　　74LS160 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器</p><p>　　RCO 進(jìn)位輸出端 </p&g

20、t;<p>　　ENP 計(jì)數(shù)控制端</p><p>　　QA-QD 輸出端</p><p>　　ENT 計(jì)數(shù)控制端</p><p>　　CLK 時(shí)鐘輸入端 </p><p>　　CLR 異步清零端低電平有效</p><p>　　LOAD 同步并行置入端低電平有效</

21、p><p>　　74LS160 真值表:</p><p>　　3.3 74LS192計(jì)數(shù)器</p><p>　　4LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。(bcd,二進(jìn)制)。</p><p>　　◆ CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　◆ LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。</

22、p><p>　　◆ CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。</p><p>　　◆ CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，</p><p>　　◆ BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p><p>　　74LS192引腳圖:</p><p>　　3.4 74LS00（輸入與非門）</p>&

23、lt;p>　　74LS00引腳圖及功能表</p><p>　　3.6 74LS74譯碼器.</p><p>　　74 LS 47為BCD七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，真值表如下：</p><p>　　7447為四線-七段譯碼器，可以用來驅(qū)動(dòng)七段共陽(yáng)極數(shù)碼管，當(dāng)LT，RBI，BI，端接高電平時(shí)，從DCBA端輸入BCD碼時(shí)，從abcdefg端輸出相應(yīng)的數(shù)碼管顯示碼。<

24、/p><p>　　結(jié)合四線-七段譯碼器7447可以現(xiàn)實(shí)0到9個(gè)數(shù)字。</p><p><b>　　3.5數(shù)碼管</b></p><p>　　現(xiàn)在的許多電器設(shè)備上都有顯示十進(jìn)制字符的字符顯示器，以直觀的顯示出電器設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。目前廣泛使用的字符顯示器是七段字符顯示器，或稱七段數(shù)碼管。常見的七段數(shù)碼管有液晶顯示數(shù)碼管和半導(dǎo)體數(shù)碼管兩種。 </p

25、><p>　　半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七段發(fā)光二極管（Light Emitting Diode）組成，簡(jiǎn)稱LED。圖1.6是LED的引腳及其等效電路</p><p>　　LED產(chǎn)品的種類繁多，有圖1.6(b)、（c）所示的共陰極電路，還有共陽(yáng)極電路，常用的數(shù)碼顯示器有BS201，BS202等。</p><p>　　要驅(qū)動(dòng)LED正常的顯示十進(jìn)制數(shù)的十個(gè)字符，LED前面必須接一個(gè)顯

26、示譯碼器。 </p><p>　　顯示譯碼器可實(shí)現(xiàn)的邏輯功能是：將輸入的8421BCD碼轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的高、低電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED顯示出不同的十進(jìn)制數(shù)字符，下面來討論顯示譯碼器的組成。 </p><p>　　因顯示譯碼器可以驅(qū)動(dòng)LED顯示出0～9這十個(gè)數(shù)字字符，十個(gè)數(shù)字字符對(duì)應(yīng)十種高低電平的組合狀態(tài)，要描述這十種高、低電平的組合狀態(tài)必須用4位二進(jìn)制數(shù)，根據(jù)LED發(fā)光的特點(diǎn)可得描述顯示

27、譯碼器邏輯功能的真值表如表1.4所示。 </p><p>　　表1.4顯示譯碼器邏輯功能真值表:</p><p><b>　　4. 設(shè)計(jì)步驟</b></p><p><b>　　4.1電源模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　NE555定時(shí)器是一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。利

28、用閉合回路的反饋?zhàn)饔每梢援a(chǎn)生自激振蕩。TTL電路延遲時(shí)間短，難以控制頻率。電路接入RC回路有助于獲得較低的振蕩頻率，由于門電路的作用時(shí)間極短，TTL電路自有幾十納秒，所以想獲得稍低一些的振蕩頻率式很困難的，而且頻率不易調(diào)節(jié)。在電路中接入RC電路可以有助于獲得較低的振蕩頻率，而且通過改變R，C的數(shù)值可以很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的調(diào)節(jié)。</p><p>　　振蕩電路是數(shù)字秒表的核心部分，電容充放電的速度決定了電路的振蕩頻率R

29、1 .R2 .C決定了多諧振蕩器的周期，即決定了形成的方波的頻率利用閉合回路中的負(fù)反饋?zhàn)饔每梢援a(chǎn)生自激振蕩，利用閉合回路中的延遲負(fù)反饋?zhàn)饔靡材墚a(chǎn)生自激振蕩，只要負(fù)反饋?zhàn)饔米銐驈?qiáng)。為了得到頻率更加準(zhǔn)確的頻率信號(hào)，加入了電容和電阻，其中電容為0.01微法，電阻為100K歐姆。</p><p>　　(d)振蕩周期的計(jì)算(R2=Ｒｐ)</p><p>　　確定R1、R2、C的值；占空比：</

30、p><p>　　按所設(shè)計(jì)的電路連線，測(cè)試</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p><b>　　……①</b></p><p>　　由于電路的周期為1s，T=1s即頻率f=1HZ</p><p>　　由上述公式可得結(jié)果：</p><p&g

31、t;<b>　　由①式得：</b></p><p>　　則R1=R2=470KΩ</p><p>　　方波信號(hào)發(fā)生電路圖：</p><p><b>　　仿真圖如下：</b></p><p><b>　　4.2方案一設(shè)計(jì)</b></p><p>　　使用7

32、4LS192及相關(guān)芯片芯片設(shè)計(jì)主電路圖如下</p><p>　　對(duì)電路圖的相關(guān)分析 </p><p>　　開關(guān)A接低電平時(shí)，接通開關(guān)B，74LS192第一塊芯片接受脈沖信號(hào)開始計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)到9后，進(jìn)位端輸出脈沖，第二塊芯片接受第一次脈沖信號(hào)，發(fā)生進(jìn)位，當(dāng)?shù)诙K芯片接受第六次脈沖時(shí)，輸出端Q1，Q2,均變成1，經(jīng)與非門變成低電平，控制端LD被至零，全部清零。當(dāng)開關(guān)A接高電平時(shí)，CR接高電平，

33、清零。開關(guān)B的接通與關(guān)斷為計(jì)數(shù)與保持。</p><p><b>　　4.3方案二設(shè)計(jì).</b></p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　使用74LS160及相關(guān)芯片芯片設(shè)計(jì)主電路圖如下</p><p>　　對(duì)電路圖的相關(guān)分析 </p><p>　　74

34、LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，直接清零，異步清零端LD非為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CLK信號(hào)狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。在本設(shè)計(jì)中，高電平（即開關(guān)A接1），兩片芯片都接同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，但第二塊芯片由于EP.ET（9和10）拐角接的是上一塊芯片的進(jìn)位輸出端。當(dāng)?shù)谝粔K芯片計(jì)數(shù)未達(dá)到9時(shí)進(jìn)位輸出端無脈沖輸出，即為低電平，所以第二塊芯片不工作，只有發(fā)生進(jìn)位時(shí)，第二塊才工作計(jì)數(shù)一次，產(chǎn)生進(jìn)位。當(dāng)開關(guān)J2斷開時(shí)，兩芯片LD端默認(rèn)高電平，則芯片清零。當(dāng)開關(guān)

35、A至零時(shí)，保持?jǐn)?shù)據(jù)不變，當(dāng)再次接受信號(hào)時(shí)，繼續(xù)計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　5. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）， 高等教育出版社 ，2006</p><p>　　2.趙從毅. 555定時(shí)器的功能圖表示法及其用法</p><p>　　3.付家才.電子工程實(shí)踐技術(shù)[M].北

36、京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.32</p><p>　　4.李書浩譯.數(shù)字邏輯應(yīng)用與設(shè)計(jì) 北京機(jī)械工業(yè)出版社,2000</p><p><b>　　6設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　大二下學(xué)期我們開始學(xué)習(xí)模電和數(shù)電這兩門專業(yè)課，這是我們第一次做課程設(shè)計(jì)，所以不免會(huì)感到一些吃力，動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力對(duì)于我們理工課院校的學(xué)生而言顯得相當(dāng)重要，通

37、過這次的課程設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)了自己還存在諸多方面的不足，比如剛開始拿到原理圖和元器件時(shí)，沒有對(duì)原理圖的正確性驗(yàn)證就盲目的焊接，導(dǎo)致不能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，經(jīng)過多次調(diào)試才發(fā)現(xiàn)問題所在。 </p><p>　　在調(diào)試過程中出現(xiàn)了譯碼器不工作的情況，也一直找不到癥結(jié)所在，就找到指導(dǎo)老師尋求幫助，原來是由于我們剛拿到的電路圖上使用的是74LS161作為計(jì)數(shù)器，但是我們拿到的是74LS160，而且我們的計(jì)數(shù)器都沒有接電源，但是接好電

38、源后另我失望的事情又發(fā)生了，譯碼器仍然不工作！后來才發(fā)現(xiàn)我們實(shí)際使用的譯碼器是由CC4511構(gòu)成的，而不是電路圖上的74LS247，CC 4511的第五管腳都是需要接低電平，而不是像74LS247一樣接高電平，但是由于我們測(cè)試的次數(shù)太多，有一個(gè)74LS160已經(jīng)燒壞，當(dāng)更換了新的芯片以后，我自己親手制作的數(shù)字式電子秒表才開始正常工作，在興奮之余仍有一系列的難題困擾著我，電位器已經(jīng)調(diào)到最大值，但是由555定時(shí)器提供的脈沖頻率仍然大于所需頻

39、率，由數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)的時(shí)間遠(yuǎn)大于正常時(shí)間，還有就是為什么計(jì)數(shù)器74LS160會(huì)在電源接通后迅速發(fā)熱，以至于把芯片燒壞，雖然我現(xiàn)在還沒有找到答案，但是我會(huì)努力去學(xué)習(xí)，等我找到答案后希望自己能獨(dú)立解決它。</p><p>　　理論知識(shí)終究不是實(shí)踐能力，在實(shí)踐面前一系列的問題會(huì)突發(fā)出現(xiàn)，但是沒有扎實(shí)的理論知識(shí)，實(shí)踐能力又無從存在，二者可謂缺一不可，所以在以后的學(xué)習(xí)工作中，學(xué)習(xí)和動(dòng)手要兩手抓，而且兩手都要硬，不能留下軟肋，讓

40、問題鉆了空子。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)很有收獲，相信以后的類似這樣的課程設(shè)計(jì)我會(huì)做得更好！</p><p>　　7、答辯記錄及評(píng)分表</p><p>　　1.計(jì)數(shù)器如何實(shí)現(xiàn)清零和計(jì)數(shù)功能74LS160？(張正義）</p><p>　　答：當(dāng)清CR為高電平“1”時(shí)，計(jì)數(shù)器直接清零，CR置低電平則執(zhí)行其他功能。</p>&

41、lt;p>　　當(dāng)CR為低電平，置數(shù)端為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)直接從置數(shù)端,,,置入計(jì)數(shù)器，當(dāng)CR為低電平,為高電平時(shí)，執(zhí)行計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　2.74LS192與74160主要區(qū)別是什么？（岳文標(biāo)）</p><p>　　答：74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除置數(shù)功能，74160是同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，具有同步預(yù)置數(shù)，并置0和保持的功能。</p&

42、gt;<p>　　如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)位？（張雷）</p><p>　　答：首先，兩個(gè)160芯片接一個(gè)時(shí)鐘新號(hào)，個(gè)位的進(jìn)位標(biāo)志位c接下一個(gè)芯片的EP,ET即（10和7）腳，當(dāng)發(fā)生進(jìn)位時(shí)，EP,ET置1，另一個(gè)160芯片才開始工作，接收脈沖信號(hào)，發(fā)生進(jìn)位。</p><p>　　怎么對(duì)555定時(shí)器震蕩周期的設(shè)定？（謝月嬌）</p><p><b>　　答：

43、令=</b></p><p>　　T=(+2)cc=1</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　令c=10uβ</b></p><p><b>　　則=48k</b></p><p>　　5.7段顯示器的工作原理（

44、呂雅梅）</p><p>　　答：使用發(fā)光二級(jí)管或者液晶顯示器原件，在手表，計(jì)算器和儀器中顯示十進(jìn)制段數(shù)碼，通過點(diǎn)亮7個(gè)線段的子集便可點(diǎn)亮顯示數(shù)碼。4位BCD作為輸入端，7段碼作為輸出端，在74LS47譯碼器的作用下，顯示0-9的數(shù)字。</p><p>　　6.74LS192如何工作？（張強(qiáng)）</p><p>　　答：74LS192芯片中，當(dāng)清楚CR為高電平“1”時(shí)