數(shù)字式電子秒表課程設(shè)計

1、<p>　　《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計報告</p><p>　　課題： 數(shù)字式秒表設(shè)計 </p><p>　　班級 電信1073 學(xué)號 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專業(yè) 電信工程

2、 </p><p>　　系別 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　電子信息工程系</b></p><p><b>　　2009年5月</b></p><

3、p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1、設(shè)計目的2</b></p><p><b>　　2、設(shè)計要求2</b></p><p><b>　　3、總體設(shè)計3</b></p><p>　　3.1基本結(jié)構(gòu)及總體思路3<

4、/p><p>　　3.2總體電路圖3</p><p>　　4、單元電路設(shè)計4</p><p><b>　　4.1控制電路4</b></p><p><b>　　4.2秒計數(shù)器6</b></p><p>　　4.3 秒信號發(fā)生器7</p><p>

5、　　4.4譯碼電路及數(shù)字顯示8</p><p><b>　　5、調(diào)試11</b></p><p>　　5.1基本RS觸發(fā)器的調(diào)試11</p><p>　　5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的調(diào)試11</p><p>　　5.3時鐘發(fā)生器的調(diào)試11</p><p>　　5.4計數(shù)及譯碼顯示12</

6、p><p>　　6、電路測試及測試結(jié)果12</p><p>　　6.1電子秒表的整體測試12</p><p>　　6.2電子秒表準(zhǔn)確度的測試12</p><p><b>　　7、設(shè)計總結(jié)12</b></p><p><b>　　8、參考文獻13</b></p>

7、;<p><b>　　1、設(shè)計目的</b></p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計是數(shù)字電子技術(shù)課程結(jié)束后進行的教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：</p><p>　　1、培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確設(shè)計思想，訓(xùn)練綜合運用已經(jīng)學(xué)過的理論和生產(chǎn)實際知識去分析和解決工程實際問題的能力。</p><p>　　2、學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，提高基

8、于數(shù)字電路等知識解決電子信息方面常見實際問題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計、自行制作和自行調(diào)試。</p><p>　　3、進行基本技能訓(xùn)練，如基本儀器儀表的使用，常用元器件的識別、測量、熟練運用的能力，掌握設(shè)計資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真軟件、實驗設(shè)備進行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。</p><p>　　4、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。</p><p><b>　　2、設(shè)計要

9、求</b></p><p>　　1、秒表由4 位七段LED顯示器顯示，其中兩位顯示“min”,二位顯示“s”，顯示分辯率為1 s;</p><p>　　2、計時最大值為59 min59s;</p><p>　　3、計時誤差不得超過1s;</p><p>　　4、具有清零、啟動計時、暫停計時及繼續(xù)計時等控制功能；</p>

10、<p>　　5、主要單元電路和元器件參數(shù)計算、選擇；</p><p>　　6、畫出總體電路圖；</p><p>　　7、安裝自己設(shè)計的電路，按照自己設(shè)計的電路，在通用板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對照電路圖仔細檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。</p><p><b>　　8、調(diào)試電路</b></p><p>

11、;　　9、電路性能指標(biāo)測試</p><p>　　10、提交格式上符合要求，內(nèi)容完整的設(shè)計報告</p><p><b>　　3、總體設(shè)計</b></p><p>　　3.1基本結(jié)構(gòu)及總體思路</p><p>　　數(shù)字式秒表是一種簡單的秒計時器。該計時器的原理框圖如圖3-1所示。它由秒信號發(fā)生器、秒計數(shù)器、控制電路、譯碼電路

12、、數(shù)碼顯示器等五部分組成。其中控制電路由RS觸發(fā)器構(gòu)成，主要通過開關(guān)K2，K1來實現(xiàn)秒表的開啟、停止與復(fù)位功能。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器提供清零功能，當(dāng)控制電路開啟秒計數(shù)器時，秒信號發(fā)生器中的555振蕩器會提供一個標(biāo)準(zhǔn)頻率使計數(shù)器開始計數(shù)。</p><p><b>　　3.2總體電路圖</b></p><p>　　數(shù)字式秒表的原理框圖如圖3-1所示：</p><

13、;p>　　圖3-2 秒表原理圖</p><p>　　主要單元電路和元器件如上圖，該電路具有清零、啟動計時、暫停計時及繼續(xù)計時等控制功能；計時最大值為59 min 59s?！D3-2中單元I為用集成與非門構(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?；綬S觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止，暫停和繼續(xù)秒表的工作。圖3-2 中單元Ⅱ為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。第三部分時

14、鐘發(fā)生器電路是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器實現(xiàn)的。二—五—十進制加法計數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計數(shù)單元，然后接入到譯碼顯示器中。</p><p><b>　　4、單元電路設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1控制電路</b></p><p>　　控制電路由電阻、基本RS觸發(fā)器、按鍵開關(guān)等構(gòu)成。如下圖：&l

15、t;/p><p>　　圖4-1中單元I為與用集成與非門構(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。它有兩個觸發(fā)信號端，復(fù)位端和置位端。其功能表為表4-1及邏輯符號圖4-2如下所示：</p><p>　　圖4-2 RS觸發(fā)器邏輯符號圖</p><p><b>　　表4-1：</b></p><p>

16、　　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。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，為計數(shù)器啟動做好準(zhǔn)備。由1變0，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器在數(shù)字式秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。</p><p><b>

17、;　　4.2秒計數(shù)器</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路包含阻容元件構(gòu)成的微分電路。</p><p>　　圖4-3中單元II為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖4-4為各點波形圖。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負脈沖信號Vi由基本RS觸發(fā)器端提供，輸出負脈沖V0通過非門加到計數(shù)器的清除端R。靜態(tài)時，門4應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻R

18、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)器在數(shù)字式秒表中的職能是為計數(shù)器提供清零信號。</p><p>　　4.3 秒信號發(fā)生器</p><p>　　時鐘發(fā)生器由555定時器及外圍電阻、電容組成，其精密度由電位器Rw進行校準(zhǔn)。</

19、p><p>　　圖4-5中單元III為555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。</p><p>　　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作為計數(shù)脈沖加于計數(shù)器（1）的計數(shù)輸入端CP2 。</p><p>　　其中R=100k的電阻、Rw、電容為定時元件，根據(jù)f=1.4

20、4/(R+2Rw)C可以選取適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙葜怠?lt;/p><p>　　4.4譯碼電路及數(shù)字顯示</p><p>　　二—五—十進制加法計數(shù)器74LS90構(gòu)成數(shù)字式秒表的技術(shù)單元，如圖4-7所示。其中計數(shù)器（1）接成五進制形式，其輸出端與實驗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秒計時。</p><p>　　下面是一個來連接單元I和單元

21、III的與非門：</p><p>　　時鐘發(fā)生器由三片74LS90加法計數(shù)器構(gòu)成，其連接圖為：</p><p>　　注：集成異步計數(shù)器74LS90功能簡介</p><p>　　74LS90是異步二—五—十進制加法計數(shù)器，它既可以作二進制加法計數(shù)器，又可以作五進制和十進制加法計數(shù)器。</p><p>　　圖4-8為74LS90引腳排列，表4為功

22、能表。通過不同的連接方式，74LS90可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可以借助R0（1）、R0（2）對計數(shù)器清零，借助S9（1）、S9（2）將計數(shù)器置9 。其具體功能詳述如下：</p><p>　?。?）計數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數(shù)器。</p><p>　?。?）計數(shù)脈沖從CP 2輸入，QD，QC，QB作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。</p>&l

23、t;p>　?。?）若將CP2和ＱＡ相連，計數(shù)脈沖由ＣＰ１輸入，ＱＤ，ＱＣ，ＱＢ，ＱＡ作為輸出端，則構(gòu)成異步８４２１碼十進制加法計數(shù)器。</p><p>　?。ǎ矗┤魧P１和ＱＤ相連，計數(shù)脈沖由ＣＰ２輸入，ＱＡ，ＱＤ，ＱＣ，ＱＢ作為輸出端，則構(gòu)成異步５４２１碼十進制加法計數(shù)器。</p><p>　?。ǎ担┣辶?、置９功能。</p><p>　　(a)當(dāng)R0（1）

24、、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000 。</p><p><b>　　(b)置9功能</b></p><p>　　當(dāng)S9（1）、S9（2）均為“1”； R0（1）、R0（2）中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA=1001 。</p><p><b>　　表

25、4-2：</b></p><p><b>　　5、調(diào)試</b></p><p>　　由于在實驗中使用器件較多，實驗前需要合理安排器件在實驗裝置上的位置，使電路邏輯清楚，接線較短。實驗時按照各單元電路逐個接線并逐個調(diào)試，即分別測試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路、時鐘發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路的邏輯功能，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行測試，

26、直到測試秒表整個電路的邏輯功能。</p><p>　　5.1基本RS觸發(fā)器的調(diào)試</p><p>　　由于本實驗的RS觸發(fā)器未找到所以就用4輸入的與非門電路74LS03來代替觸發(fā)器的作用。連接線路時由于接線太多導(dǎo)致接線紊亂后經(jīng)過檢查正確連接，連接功能也可以達到預(yù)想結(jié)果。如表4-1 。</p><p>　　5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的調(diào)試</p><p&g

27、t;<b>　?。?）靜態(tài)調(diào)試</b></p><p>　　用直流數(shù)字電壓表測量A、B、D、F各點電位值。記錄之。</p><p><b>　　表5-1：</b></p><p><b>　?。?）動態(tài)調(diào)試</b></p><p>　　輸入端接1KHZ連續(xù)脈沖源，用示波器觀察并

28、描繪D點（VD）、F點（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（如改為0.1 u）待測試完畢，再恢復(fù)4700p。</p><p>　　5.3時鐘發(fā)生器的調(diào)試</p><p>　　用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調(diào)節(jié)Rw,使輸出矩形頻率為50HZ。</p><p><b>　　圖5-1脈沖波形圖</b>&l

29、t;/p><p>　　5.4計數(shù)及譯碼顯示</p><p>　?。?）計數(shù)器（1）接成五進制形式，R0（1）、R0(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接實驗設(shè)備上譯碼顯示輸入端D、C、B、A，按表4測試其邏輯功能，記錄之。</p><p>　?。?）計數(shù)器（2）及計數(shù)器（3）接成8421碼十進制形式，同內(nèi)

30、容（1）進行邏輯功能測試。記錄之。</p><p>　?。?）將計數(shù)器（1）（2）（3）級連，進行邏輯功能測試。記錄之.</p><p>　　其記錄結(jié)果如表4所示。</p><p>　　6、電路測試及測試結(jié)果</p><p>　　6.1電子秒表的整體測試</p><p>　　各單元電路測試正常后，把各個單元按順序連接起

31、來，進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，在按一下按鈕開關(guān)K1，則計數(shù)器清零后便開始計時，觀察數(shù)碼管顯示計數(shù)情況是否正常，如不需要計時或暫停計時，按一下K2，計時立即停止，但數(shù)碼管保留所計時之值。</p><p>　　在顯示譯碼時剛開始由于頻率沒有調(diào)準(zhǔn)確而導(dǎo)致所顯示的數(shù)字不穩(wěn)定，經(jīng)過調(diào)試后使得555定時器輸出端為穩(wěn)定頻率值50HZ，最終能正

32、常顯示結(jié)果。</p><p>　　6.2電子秒表準(zhǔn)確度的測試</p><p>　　利用電子鐘或秒計時對電子秒表進行校準(zhǔn)。</p><p><b>　　7、設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　剛接到課題時，我通過圖書館查資料和請教同學(xué)老師對我組所做的課題做了基本的了解，做出了電路的總體設(shè)計，真正連接電路時，剛開始被那么多

33、的線搞的頭昏眼花，同學(xué)建議我用相同的線表示同一種功能，如輸入的用一種線，輸出的用另一種線，接地的和接電源的分別用黑和紅線等，經(jīng)過幾番條理清晰的連接，我終于成功連接好了電路。這次課程設(shè)計實踐，對于諸多元器件比如計數(shù)器74LS90、555定時器、觸發(fā)器等有了更系統(tǒng)的了解。本實驗有很多的器材不能完全按照開始設(shè)想的提供全面。如基本RS觸發(fā)器在做實驗時是用與非門74LS03代替實現(xiàn)的，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也是由電阻、電容、與非門等構(gòu)成實現(xiàn)的。我最深刻的就

34、是要養(yǎng)成科學(xué)嚴謹?shù)膶嶒灹?xí)慣，這樣做起來才會更有條理性。要把所學(xué)的知識靈活運用，必須要翻閱大量的資料并且要多多請教同學(xué)和老師，有很多的知識是平時不會注意的，但到了實際操作時就會因為那么一點小欠缺而不能完成。</p><p>　　我們需要有扎實的知識基礎(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。要有耐心和毅力。但畫圖的部分我不是很成功，因為以前沒學(xué)過protel軟件，所以對畫圖不是很熟悉，有

35、一部分圖都是用Word畫的，在畫圖部分用的時間很多。理論只有與實踐結(jié)合才能把所學(xué)知識靈活運用，本次課程設(shè)計我收獲很大，既把課本上的理論知識給鞏固了，也在實際操作中把所學(xué)知識與實際的電路很好的聯(lián)系起來，并且從客觀上理解所學(xué)知識。</p><p>　　實際操作也同時加大了我的學(xué)習(xí)興趣和探索興趣，我能順利的完成本次課程設(shè)計要感謝學(xué)校提供圖書館的資料參考和圖書館辛勤工作的人員，感謝我們丁衛(wèi)紅老師平時對我們的悉心指導(dǎo)，和同

36、學(xué)們對我的幫助，還有學(xué)校能提供我們良好的實驗教室和實驗器材。</p><p><b>　　8、參考文獻</b></p><p>　　1 南壽松，劉榮林，電子實驗與電子實踐，中國標(biāo)淮出版社，2004.11</p><p>　　2 汪學(xué)典，電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗，華中科技大學(xué)出版社，2006.8</p><p>　　3 吳敏，戴雷