數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--電子秒表的設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報告</p><p>　　題 目： 電子秒表的設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè)： 通 信 工 程</p><p>　　班 級： 09通 信（二）班</p><p>　　姓 名： </p><p>　　

2、指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　電氣工程系</b></p><p>　　2011年5月25日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　設(shè)計(jì)名稱：電子秒表的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p&

3、gt;<p>　　緒論- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4</p><p><b>　　第一章、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及目的- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

4、-- - - - - - - - -5 </p><p>　　1.2 系統(tǒng)總體框圖- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5</p><p>　　1.3、設(shè)計(jì)方案分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -6</p&

5、gt;<p>　　第二章、電路工作原理及相關(guān)調(diào)試</p><p>　　2.1 電路工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7</p><p>　　2.1相關(guān)調(diào)試- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

6、 - - - - - -- 11</p><p><b>　　第三章、實(shí)驗(yàn)總結(jié) </b></p><p>　　附錄A 電子秒表原理圖</p><p><b>　　附錄B 相關(guān)波形</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p>&

7、lt;b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p><b>　　緒 論 </b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在各個領(lǐng)域的運(yùn)用也越來越廣泛，滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，掌握必要的電工電子知識已經(jīng)成為當(dāng)代大學(xué)生特別是理工類大學(xué)生必備的素質(zhì)之一。 </p><p>　　電子秒表是日常生活中比較常見的電子

8、產(chǎn)品，秒表的邏輯結(jié)構(gòu)主要由時基電路、分頻器、二一五一十進(jìn)制異步加法記數(shù)器 、數(shù)據(jù)選擇器和顯示譯碼器等組成。整個秒表需有一個 清零/ 啟動信號和一個 停止/保持 信號 裝置，以便秒表能隨意停止及啟動，計(jì)數(shù)器的輸出全都為BCD碼輸出，方便 顯示譯碼器連接。本次設(shè)計(jì)基于簡單易行的原則，秒表顯示以0.1s為最小單位，最大量程為9.9s，采用七段數(shù)碼管作為顯示部分，以此來達(dá)到基本設(shè)計(jì)要求.我門設(shè)計(jì)的秒表，是以555定時器為核心，以分頻、計(jì)數(shù)與譯碼

9、顯示模塊為主要構(gòu)成部分的電子秒表的設(shè)計(jì)方案，充分利用數(shù)字電路的計(jì)數(shù)、譯碼、顯示的優(yōu)良特性，使整個設(shè)計(jì)達(dá)到了比較滿意的效果?；倦娐分饕袝r基產(chǎn)生電路、電源電路、分頻電路、計(jì)數(shù)與譯碼電路（包括顯示電路）、開關(guān)按鈕電路。所設(shè)計(jì)的電子秒表達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)，并且在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能擴(kuò)展，系統(tǒng)具有隨時啟動、停止以及清零功能。這次設(shè)計(jì)中不但對以前的知識進(jìn)行鞏固，而且學(xué)會了更多的新知識，提高思維、強(qiáng)化動手能力，能夠更好地適應(yīng)和走上工作崗位，

10、為以后的就業(yè)打下一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　關(guān)鍵字： 時基電路、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、BCD碼 </p><p>　　第一章、電路設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及目的</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個電子秒表

11、，基本要求如下：</p><p>　　1．能顯示兩位數(shù)10進(jìn)制數(shù)，其計(jì)數(shù)范圍0.0——9.9。</p><p>　　2．具有清零、預(yù)置數(shù)、停止等功能。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1、學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。&l

12、t;/p><p>　　2、學(xué)習(xí)電子秒表的調(diào)試方法。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　電子秒表主要有分頻器、計(jì)數(shù)模塊、功能控制模塊、勢能控制模塊和顯示輸出模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。</p><p>　　系統(tǒng)功能要求：(1)具有時鐘秒表系統(tǒng)功能要求顯示功能，用4個數(shù)碼管分別顯示 秒和百分秒。</p&

13、gt;<p>　　(2)具有3種功能狀態(tài)：系統(tǒng)時間運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)時間至零狀態(tài)，時鐘正常顯示狀態(tài)，通過輸入控制信號可以使系統(tǒng)在這3個狀態(tài)之間切換，使數(shù)碼管顯示相應(yīng)狀態(tài)的時間； (3)開啟時間設(shè)定、關(guān)閉時間設(shè)定可通過控制信號中的時間調(diào)節(jié)來設(shè)置，在秒設(shè)置方面每按一下，秒就會自動加1，采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到59時又會恢復(fù)為00；百分秒設(shè)置方面每按一下，百分秒會自動加1，采用100進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到99時，向上進(jìn)位并

14、恢復(fù)00。系統(tǒng)時間可以同單獨(dú)的至零信號，將數(shù)碼管顯示時間直接恢復(fù)到00.00狀態(tài)。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)方案分析</p><p>　　(1). 基準(zhǔn)脈沖器</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最小單位為0.1秒，為減小計(jì)時誤差，依次脈沖源產(chǎn)生100Hz信號。此信號用</p><p>　　555計(jì)時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生。根據(jù)公式頻

15、率f=1.44/[（R1+2R2）C1設(shè)置合適的阻容參數(shù)，使</p><p>　　脈沖源產(chǎn)生100Hz的脈沖信號。</p><p>　　(2). 計(jì)數(shù)及譯碼顯示</p><p>　　二—五—十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，首先用一個74LS90對多諧振蕩器產(chǎn) 生的100Hz的脈沖信號進(jìn)行十分頻，然后，將輸出端QD 取得周期為0.1S的矩形脈沖送入

16、圖二中右邊 的計(jì)數(shù)器中，圖中兩計(jì)數(shù)器都接成8421碼十進(jìn)制 形式，其輸出端與實(shí)驗(yàn)裝置上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示0.1～0.9秒；1～9.9秒計(jì)時。</p><p><b>　　(3). 控制部分</b></p><p>　　節(jié)拍信號發(fā)生器選用一片74LS195構(gòu)成的三位環(huán)形計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。74LS195為四位單向移位寄存器,環(huán)形計(jì)數(shù)器的輸出Q0、Q1、Q2分

17、別作為計(jì)數(shù)部分的清零信號、計(jì)時信號和停止信號。~CLR端外接的R、C加電清零電路，當(dāng)接通電源時，由于電容C兩端的電壓不能突變，故為低電平，環(huán)形清零。隨后UC被充電到+5V，清零信號撤消。電路中增加一個或非門使電 路具有自啟動功能。 一個開關(guān)控制三種工作態(tài)。</p><p>　　(4).脈沖發(fā)生器 </p><p>　　由基本RS觸發(fā)器構(gòu)成的單脈沖發(fā)生器為節(jié)拍信號發(fā)生器提供時鐘脈沖。每按

18、動一次開關(guān)，Q端就產(chǎn)生一個單脈沖，用以控制三種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。用集成與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器。屬低電 平直接觸發(fā)的觸發(fā)器,有直接置位、復(fù)位的功能。按動按鈕開關(guān)A（接地），則 輸出 ＝1；B復(fù)位后Q、 狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān)A ,則輸出由0變?yōu)?，使移位寄存器置入0001, 為計(jì)數(shù)器清零。再次按動B、A使移位寄存器向右移位，經(jīng)與多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖相與后開 始計(jì)時，再次按動B、A，移位寄存器的QC置1，使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)

19、。</p><p>　　第二章、電路工作原理及相關(guān)調(diào)試</p><p>　　2.1 電路工作原理</p><p>　　圖1為電子秒表的電原理圖。按功能分成四個單元電路進(jìn)行分析。</p><p><b>　　1、基本RS觸發(fā)器</b></p><p>　　圖1中單元I為用集成與非門構(gòu)成的基本RS觸

20、發(fā)器。屬低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能。</p><p>　　它的一路輸出作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出Q作為與非門5的輸入控制信號。</p><p>　　圖1 電子秒表原理圖</p><p>　　按動按鈕開關(guān)K2（接地），則門1輸出＝1；門2輸出Q＝0，K2復(fù)位后Q、狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān)K1 ,則Q由0變?yōu)?，門5開啟, 為計(jì)數(shù)器啟

21、動作好準(zhǔn)備。由1變0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。</p><p><b>　　2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　圖1中單元Ⅱ?yàn)橛眉膳c非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖2為各點(diǎn)波形圖。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸

22、發(fā)負(fù)脈沖信號vi 由基本RS觸發(fā)器端提供，輸出負(fù)脈沖vO 通過非門加到計(jì)數(shù)器的清除端R。</p><p>　　靜態(tài)時，門4應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻R必須小于門的關(guān)門電阻ROff 。定時元件RC取值不同，輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的RP 和CP 。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計(jì)數(shù)器提供清零信號。</p>

23、<p><b>　　3、時鐘發(fā)生器</b></p><p>　　圖1中單元Ⅲ為用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。調(diào)節(jié)電位器 RW ，使在輸出端3獲得頻率為50HZ的矩形波信號，當(dāng)基本RS觸發(fā)器Q＝1時，門5開啟，此時50HZ脈沖信號通過門5作為計(jì)數(shù)脈沖加于計(jì)數(shù)器①的計(jì)數(shù)輸入端CP2。 </p><p>　　圖2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖

24、 圖3 74LS90引腳排列</p><p><b>　　4、計(jì)數(shù)及譯碼顯示</b></p><p>　　二—五—十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，如圖1中單元Ⅳ所示。其中計(jì)數(shù)器①接成五進(jìn)制形式，對頻率為50HZ的時鐘脈沖進(jìn)行五分頻，在輸出端QD 取得周期為0.1S的矩形脈沖，作為計(jì)數(shù)器②的時鐘輸入。計(jì)數(shù)器②及計(jì)數(shù)器③接成8421碼十進(jìn)制形

25、式，其輸出端與實(shí)驗(yàn)裝置上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示0.1～0.9秒；1～9.9秒計(jì)時。注：集成異步計(jì)數(shù)器74LS90</p><p>　　74LS90是異步二—五—十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。圖3為74LS90引腳排列，表1為功能表。</p><p>　　通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R

26、0(1)、R0(2)對計(jì)數(shù)器清零，借助S9(1)、S9(2)將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：</p><p>　　(1)計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　(2)計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。</p><p>　　(3)若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA

27、作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。</p><p>　　(4)若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。</p><p>　　(5)清零、置9功能。（a）異步清零：當(dāng)R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。</p>

28、;<p>　　(b)置9功能：當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA＝1001。</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　2.2相關(guān)調(diào)試</b></p><p>　　由于電路中使用器件較多，必須將各單元電路逐個進(jìn)行

29、接線和調(diào)試，即分別測試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)器的邏輯功能，待各單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路逐級連接起來進(jìn)行測試……，直到測試電子秒表整個電路的功能。這樣的測試方法有利于檢查和排除故障，保證設(shè)計(jì)順利進(jìn)行。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器的測試</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測試</b></p><p>

30、<b>　　(1)靜態(tài)測試</b></p><p>　　用直流數(shù)字電壓表測量A、B、D、F各點(diǎn)電位值。并記錄。</p><p><b>　　(2)動態(tài)測試</b></p><p>　　輸入端接1KHZ連續(xù)脈沖源，用示波器觀察并描繪D點(diǎn)（vD、）F點(diǎn)（v0）波形，如嫌單穩(wěn)輸出脈沖持續(xù)時間太短，難以觀察，可適當(dāng)加大微分電容C（

31、如改為0.1μ）待測試完畢，再恢復(fù)4700P。</p><p><b>　　時鐘發(fā)生器的測試</b></p><p>　　測試方法參考實(shí)驗(yàn)十五，用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調(diào)節(jié)RW，使輸出矩形波頻率為50Hz。</p><p><b>　　計(jì)數(shù)器的測試</b></p><p>　　(1)

32、計(jì)數(shù)器①接成五進(jìn)制形式，RO(1)、RO(2)、S9(1)、S9(2)接邏輯開關(guān)輸出插口，CP2接單次脈沖源,CP1接高電平“1”，QD～QA接實(shí)驗(yàn)設(shè)備上譯碼顯示輸入端D、C、B、A,按表17－1測試其邏輯功能，記錄之。</p><p>　　(2) 計(jì)數(shù)器②及計(jì)數(shù)器③接成8421碼十進(jìn)制形式，同內(nèi)容（1）進(jìn)行邏輯功能測試。記錄之。</p><p>　　(3) 將計(jì)數(shù)器①、②、③級連，進(jìn)行邏

33、輯功能測試。記錄之。</p><p><b>　　電子秒表的整體測試</b></p><p>　　各單元電路測試正常后，按圖3.14.1把幾個單元電路連接起來，進(jìn)行電子秒表的總體測試。</p><p>　　先按一下按鈕開關(guān)K2，此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)K1，則計(jì)數(shù)器清零后便開始計(jì)時，觀察數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)情況是否正常，如不需要計(jì)時或暫停

34、計(jì)時，按一下開關(guān)K2，計(jì)時立即停止，但數(shù)碼管保留所計(jì)時之值。</p><p>　　電子秒表準(zhǔn)確度的測試</p><p>　　利用電子鐘或手表的秒計(jì)時對電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。</p><p><b>　　第三章、實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p><b>　　1）設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p>&l

35、t;p>　　本次課程設(shè)計(jì)題目是電子秒表，在選定這個題目后，我們并沒有立即開始設(shè)計(jì)，而是先參加了大量的關(guān)于電子技術(shù)設(shè)計(jì)方面的書過后才開始著手設(shè)計(jì)，我們第一步是按設(shè)計(jì)要求 來確定該題目可能需要的電子元件，再慢慢更具每個電子原件的功能及題目要求一一篩選，最終確定用哪些原件；第二不是設(shè)計(jì)方案并確定，確定后開始設(shè)計(jì)實(shí)際電路，實(shí)際電路設(shè)計(jì)好后，便開始按要求寫設(shè)計(jì)及報告。</p><p><b>　　2）心得體

36、會</b></p><p>　　電子秒表同實(shí)際聯(lián)系的比較緊密，所以做起來會很有興趣。調(diào)試過程中如果結(jié)果出不來，一定要靜下心來檢查線路問題，不要急于通電，檢查過程中可以用指針萬用表依據(jù)各引腳電平特點(diǎn)測試以此排除和鎖定故障的位置.值得注意的是，在加電啟動完成，秒表也立刻啟動開始計(jì)時了，但不是很影響秒表的使用. 在設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)了我理論知識上的一些漏洞，這給了我不少壓力，于是我又?jǐn)D出時間努力加深文化知

37、識。通過這次課程設(shè)計(jì)，我也學(xué)到了很多，首先是加深了對課本基礎(chǔ)知識的理解，其次理解了做一個大的電路設(shè)計(jì)時應(yīng)該遵循的思路和方法。設(shè)計(jì)過程中，通過查閱相關(guān)書籍，上網(wǎng)搜索相關(guān)資料，拓展了自己的知識范圍，并且培養(yǎng)了自己嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的習(xí)慣。</p><p>　　附錄A 電子秒表原理圖</p><p>　　附錄B 1、555振蕩器輸出波形：</p><p>　　2、秒計(jì)數(shù)單元邏

38、輯功能輸出波形：</p><p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　1. 電子線路CAD實(shí)用教程 （第三版） 潘永雄 沙河 主編</p><p>　　2. 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） 高等教育出版社 </p>

39、<p>　　3. 童詩白等.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京：高等教育出版社 </p><p>　　4. 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。電子工業(yè)出版社 </p><p>　　5. 謝自美.《電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試》武漢：華中科技大學(xué)出版社 </p><p>　　6. 張慶雙.電子 元 器件的選用和檢測。機(jī)械工業(yè)出版社 </p&