秒表電路的實習報告

1、<p>　　《計算機輔助設(shè)計實習》</p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題 目 秒表電路的設(shè)計 </p><p>　　學 院 </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一．前言</b>

3、;</p><p><b>　　二．內(nèi)容摘要</b></p><p><b>　　三．關(guān)鍵字</b></p><p><b>　　四．技術(shù)要求</b></p><p><b>　　五．方案論證與選擇</b></p><p>　　1.

4、1HZ信號脈沖裝置NE555定時器</p><p>　　2.計數(shù)器74LS160</p><p>　　3.譯碼器74LS48</p><p>　　4.七段數(shù)碼管（LED）</p><p>　　5.2 線－4 線譯碼器74ls139</p><p>　　六．電路圖及電路工作原理</p><p>&

5、lt;b>　　元件清單</b></p><p>　　七．設(shè)計存在的問題及解決</p><p><b>　　八．心得體會</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　如今，信息正是一個高度發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，而數(shù)字技術(shù)是信息的基礎(chǔ)，數(shù)字技術(shù)是目前發(fā)展最快的技術(shù)領(lǐng)域之

6、一，數(shù)字技術(shù)在數(shù)字集成電路集成度越來越高的情況下，開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)的使用方法和用來實現(xiàn)這些方法的工具已經(jīng)發(fā)生了變化，但大規(guī)模集成電路中的基本模塊結(jié)構(gòu)仍然需要基本單元電源電路的有關(guān)概念，因此用基本邏輯電路來組成大規(guī)?；蛑幸?guī)模地方法仍然需要我們掌握。</p><p>　　二進制數(shù)及二進制代碼是數(shù)字系統(tǒng)中信息的主要表示形式，與，或，非三種基本邏輯運算是邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)，相應的邏輯門成為數(shù)字電路中最基本的元件。數(shù)字電路的輸入，

7、輸出信號為離散數(shù)字信號，電路中電子元器件工作在開關(guān)狀態(tài)。除此之外，由與，或，非門構(gòu)成的組合邏輯功能器件編碼器，譯碼器，數(shù)字分配器，數(shù)字選擇器，加法器，比較器以及觸發(fā)器是常用的器件。</p><p>　　與模擬技術(shù)相比，數(shù)字技術(shù)具有很多優(yōu)點，這也是數(shù)字技術(shù)取代模擬技術(shù)被廣泛使用的原因。 </p><p>　　此次課設(shè)更是加深了我們對數(shù)字技術(shù)的理解和認識。</p><p&g

8、t;<b>　　二．內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本設(shè)計所實現(xiàn)的數(shù)字式秒表是電子設(shè)計技術(shù)中最基本的設(shè)計實驗之一。該數(shù)字計數(shù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)較簡單，是由控制電路，1秒脈沖發(fā)生器，譯碼顯示電路，計數(shù)器構(gòu)成的。其中控制電路是由計數(shù)器、譯碼器以及電阻，開關(guān)組成的電路部分。</p><p>　　多諧振蕩器是由555定時器及其外圍電路組成的電路部分產(chǎn)生1秒的脈沖。</

9、p><p><b>　　三. 關(guān)鍵字</b></p><p>　　計數(shù)器，譯碼器，顯示器，555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。</p><p>　　四．技術(shù)要求 </p><p>　　要求：1、電子秒表具有1只按鈕，當按鈕第一次按下后開始計時，第二次按下后停止計時并保留本次計時時間，第三次按下后電子秒表復位，為下一輪計

10、時做準備。</p><p>　　2、用2只八段數(shù)碼管顯示計時時間，計時范圍為00秒 - 99秒。</p><p><b>　　五．方案論證與選擇</b></p><p>　　1、 數(shù)字式秒表，就需要顯示數(shù)字。根據(jù)設(shè)計要求，要用數(shù)碼來做顯示器。題目要求最大記數(shù)值為99秒，則需要2個7段數(shù)碼管作為顯示。要求計數(shù)分辨率為1秒，那么我們需要相應頻率的信

11、號發(fā)生器。</p><p>　　選擇信號發(fā)生器時，有兩種方案：一種是用晶體振蕩器，另一種方案是采用集成電路555定時器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。</p><p>　　石英晶振蕩器精度很高，一般都需要多級分頻。</p><p>　　秒表核心部分——計數(shù)器，此次選擇74LS160計數(shù)器。它具有同步置數(shù)和異步清零功能。主要是利用它可以十分頻的功能。計數(shù)脈沖是由555定

12、時器構(gòu)成的多諧振蕩器，產(chǎn)生100赫茲脈沖。如果精度要求高，也可采用石英振蕩器。</p><p>　　在選擇譯碼器的時候，有多種選擇，如74LS47，74LS48等4-7線譯碼器。如果選擇7447，則用來驅(qū)動共陽極數(shù)碼管；如果選擇7448，則用來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。</p><p><b>　　2、元件選擇、說明</b></p><p>　　1HZ

13、脈沖信號發(fā)生器 本設(shè)計采用集成電路555定時器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。</p><p>　　上圖為555定時器的管腳圖。</p><p>　　圖(a) 555組成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器</p><p><b>　　圖(b)工作波形</b></p><p>　　555組成的多諧振蕩器可以用作各種時鐘脈沖發(fā)生器，

14、圖（a）為脈沖頻率可調(diào)的矩形脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)Rp可得到任意頻率的脈沖信號，由于電容C充放電回路的時間常數(shù)不等，所以（a）輸出波形為矩形脈沖，矩形脈沖的占空比隨頻率變化而變化。</p><p>　　555組成的多諧振蕩器參數(shù)計算公式：</p><p>　　f=1/T=1.43/（R1+2R2）*C</p><p>　　q=(R1+R2)/(R1+2R2)</p&

15、gt;<p>　　經(jīng)過計算并實際調(diào)整，方案為R1=10千歐，R2=2.5千歐，c1=100微法。在實踐中，如果用示波器觀察到頻率不正確，可調(diào)整Rp來改變頻率，減小誤差。</p><p>　　計數(shù)器74ls160</p><p>　　74LS160的管腳圖及功能表如下:</p><p>　　圖7 為74LS160管腳圖及功能表</p>&

16、lt;p>　　74LS160為異步清零計數(shù)器，即端輸入低電平，不受CP控制，輸出端立即全部為“0”，功能表第一行。74LS160具有同步預置功能，在端無效時，端輸入低電平，在時鐘共同作用下，CP上跳后計數(shù)器狀態(tài)等于預置輸入DCBA，即所謂“同步”預置功能（第二行）。和都無效，ET或EP任意一個為低電平，計數(shù)器處于保持功能，即輸出狀態(tài)不變。只有四個控制輸入都為高電平，計數(shù)器（161）實現(xiàn)模10加法計數(shù)，Q3 Q2 Q1 Q0=100

17、1時，RCO=1。</p><p>　　8421碼加權(quán)計數(shù)器：，QD、QC、QB、QA輸出見計數(shù)器工作波形圖：</p><p>　　顯示譯碼芯片74ls48</p><p>　　BCD七段譯碼器。其輸出的是驅(qū)動七段字形的七個信號，最常見的型號有74LS48、74LS47等。</p><p>　　8的輸入端是A3A2A1A0四位二進制信號（84

18、21BCD碼），a、b、c、d、e、f、g是七段譯碼器的輸出驅(qū)動信號，高電平有效?？芍苯域?qū)動共陰極七段數(shù)碼管。</p><p>　　74LS48管腳排列圖：</p><p>　　74LS48功能示意圖:</p><p><b>　　數(shù)碼管</b></p><p>　　共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，使用時，共陰級接地，7個陽

19、極a~g由相應的BCD七段譯碼器來驅(qū)動，顯示規(guī)則如下表：</p><p>　　2 線－4 線譯碼器74ls139</p><p>　　139為兩個2 線－4 線譯碼器，當選通端（G1）為高電平，可將地址端（A、B）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。</p><p>　　若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時，139 還可作數(shù)據(jù)分配器。 </p>

20、<p><b>　　管腳圖如下：</b></p><p>　　電路圖及電路工作原理</p><p>　　根據(jù)所選元件的真值表，連接好元件即可。</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　圖1為電子秒表的原理圖,按功能可分為5個單元電路進行分析。</p>

21、;<p>　　其中單元1為多諧振蕩器；</p><p>　　單元2為2-4線譯碼開關(guān)控制電路；</p><p>　　單元3為計數(shù)器和分頻器；</p><p>　　單元4為譯碼顯示單元。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　本電路使用74ls160級聯(lián)成1

22、00進制的計數(shù)器，即可滿足題目的要求量程為最大99秒。左邊的74ls160為十位，右邊的74ls160為個位秒，右邊的進位輸出端接到左邊的計數(shù)控制端CET，而兩塊芯片的CLK均接同一個時鐘信號，當各位秒進位時，右邊的74ls160僅為輸出端輸出高電平，由于左邊的74ls160CET端接右邊的進位輸出端，故每次個位進位時，十位秒就加一，根據(jù)芯片資料控制其他端口，這樣就組成了一個100進制的加法計數(shù)器。</p><p&g

23、t;　　控制部分，由于題目要求只采用一個開關(guān)來控制開始計數(shù)、保持計數(shù)、清零，一個開關(guān)來控制多個狀態(tài)，我采用的是用一塊74ls160接成一個3進制的加法計數(shù)器，再通過一個2-4線譯碼器將3進制計數(shù)器的3個狀態(tài)譯出來。采用一個彈性開關(guān)的來控制3進制計數(shù)器的時鐘信號，開關(guān)每次按下彈起的瞬間，74ls160芯片獲得一個上升的時鐘沿，每按一次加一。由此通過譯碼芯片的輸出端來控制100進制計數(shù)器的計數(shù)、保持、清零。具體接法如下圖：</p>

24、;<p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　表2 元件清單表</b></p><p>　　為了驗證自己的方案是否可行，我先采用了protues仿真驗證了一下，因為protues能形象的檢驗設(shè)計的是否可行，而protel不是很能形象的表現(xiàn)出結(jié)果。</p><p>　　通過protues仿

25、真結(jié)果可知，理論上我的設(shè)計是可以實現(xiàn)的，于是我又了更高的興致去繼續(xù)我的設(shè)計。下圖是protues仿真的效果圖：</p><p>　　Proteus仿真是可以，但是我們課程沒學過這個，這是我自己自學的，本來做這個實習老師就要求我們最好能用protel仿真出來，因為protel仿真也是我們這次實習的主要內(nèi)容之一。為了能測試一下我在protel中仿真出來，我滿懷好奇連接完了原理圖。然后設(shè)置好了幾個觀測點，點擊simul

26、ate。剛開始未能出現(xiàn)仿真結(jié)果，因為自己還沒為元件編號！通過自己的細心慢慢解決了問題。我的仿真結(jié)果出來了。</p><p>　　上圖為74ls160 100進制輸出端的波形圖，有圖分析可知此為100進制。</p><p>　　此圖為74ls48譯碼芯片的輸出端的波形變化，按照對應時間的高低電平，可推算出相應的數(shù)字！</p><p>　　原理圖和仿真都搞完之后，剩下的

27、就是畫pcb板了！</p><p><b>　　PCB版的制作</b></p><p>　　新建一個pcb文件，將新建的pcb文件保存，然后進入pcb文件，點擊design——Import from project。即可將原理圖導入到pcb中。最后將元件的位置擺好點，讓整體布局顯得美觀、整齊。</p><p>　　下面的圖片是我繪制的pcb圖：

28、</p><p>　　頂層 底層</p><p><b>　　整體布局</b></p><p>　　七．設(shè)計存在的問題及解決</p><p>　　1、剛開始設(shè)計時未能選擇適當?shù)男酒?，開始時選用74ls163，它是4位2進制計數(shù)器，如果采用此芯片設(shè)計成1

29、00進制計數(shù)器，將使得電路復雜很多，后面認識到4位2進制與十進制芯片的區(qū)別后，采用十進制芯片明顯比簡單很多。經(jīng)過考慮之后放棄了使用了4位2進制芯片，轉(zhuǎn)而采用74ls160十進制計數(shù)器。從而解決了許多困難。</p><p>　　2,、控制部分需要只用一個開關(guān)來控制三個狀態(tài)，開始計時、保持、清零。由于沒有經(jīng)驗，前面開始想著采用rs觸發(fā)器來控制，但是未能完美實現(xiàn)一個開關(guān)控制三個狀態(tài)。后面想著另外只加個三進制計數(shù)器的輸出

30、端來控制100進制的計數(shù)控制端，而沒有采用譯碼芯片。為此亦未能完美實現(xiàn)三個狀態(tài)輪流實現(xiàn)。在我快要放棄的時候，靈感突然來臨，于是加多了一個2——4線譯碼芯片，結(jié)果很好的解決了開關(guān)的控制問題。</p><p><b>　　八．心得體會</b></p><p>　　三周的課程設(shè)計即將結(jié)束，雖然很辛苦，但給我?guī)砹藦奈从羞^的體驗與喜悅。在設(shè)計實踐的過程中，我深深的體會到必須要

31、有扎實的知識基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。我們在設(shè)計時曾做出了兩套方案以及仿真電路，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，這才確定了我們的電路。實習過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，要考慮到各個元器件的功能和特性，要翻閱大量資料，參考別人的經(jīng)驗，只有這樣才能把自己的電路設(shè)計的成功。</p><p>　　通過這次對數(shù)字式秒表的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了

32、解了關(guān)于數(shù)字秒表的原理與設(shè)計理念。在此次的數(shù)字秒表設(shè)計過程中，我更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)、管腳圖、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。而且這些知識是對我們大學生來說十分寶貴的實踐經(jīng)驗，是無法在課堂上獲得的，是現(xiàn)今社會最重視的同時也是我們最需要提高的部分。</p><p>　　在設(shè)計電路中,完成電路圖只是完成了設(shè)計的一小部分，更加困難的是對電路的驗證和糾錯，在這過程中我接觸到了很多未接觸過的檢查方法

33、和思想。在電路的仿真過程中出錯的主要原因都主要是接線的錯誤所引起的。接線的時候一定要細心，不要接錯，同時也要學會如何判別芯片的功能，要是芯片不具備要求的功能，或者，不匹配，即使接線再正確也出不來結(jié)果。對自己的設(shè)計要仔細考慮，是否可行，尤其是進位輸出，著重看看進位的CP脈沖是否正確等。</p><p>　　在繪制pcb時，要注意輸入端的管腳，因為在原理圖上電源和地端是不體現(xiàn)出來的，所以我們在繪制pcb時要加入焊盤給

34、電源和信號輸入端，再者，要將地線，電源線普通導線區(qū)別開來。</p><p>　　總體來說，通過這次課程設(shè)計學習，我越發(fā)感覺電子設(shè)計不是死板的東西，是有很大科學性與藝術(shù)性的。不同芯片的使用，不同的接線方法，不同的變量，不同的實現(xiàn)思路，經(jīng)過組合后幾乎可以稱之為藝術(shù)。這次課程設(shè)計使我對各種電路都有了大概的了解，也學會了常用EDA軟件的使用，在平時的理論學習中遇到的問題都一一解決，加深了我對專業(yè)的了解，培養(yǎng)了我對學習的興