電子秒表的課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設計任務書</b></p><p><b>　　設計說明書</b></p><p>　　555定時器構(gòu)成信號發(fā)生器 </p><p>　　3、1 555定時器簡介</p><p>　

2、　3、2 555定時器構(gòu)成多諧振蕩器</p><p>　　四、啟?？刂齐娐罚≧S觸發(fā)器）</p><p>　　4、1基本RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和動作特點</p><p>　　4、2 RS觸發(fā)器的時序圖</p><p><b>　　五、計數(shù)器</b></p><p>　　5、1 CC40192引腳圖及

3、功能簡介</p><p>　　5、2 用CC40192構(gòu)成百進制計數(shù)器及六十進制計數(shù)器</p><p><b>　　六、譯碼電路</b></p><p>　　6、1 CD4511引腳圖及功能簡介</p><p>　　6、2 CD4511工作原理及真值表</p><p>　　6、3 CD4511構(gòu)成

4、的譯碼電路</p><p><b>　　6、4顯示譯碼器</b></p><p><b>　　七、總體電路圖</b></p><p>　　八、不同信號發(fā)生器之間的比較及電路改進創(chuàng)新</p><p><b>　　九、課程設計總結(jié)</b></p><p>　

5、　十、參考資料（附所用器件名稱及數(shù)量表）</p><p><b>　　設計任務書</b></p><p>　　本設計是以通用計時秒表（如運動會計時用秒表）為設計對象，設計具有啟?？刂萍扒辶愎δ艿拿氡恚缶哂休^高精度，能分辨到百分之一秒，利用模擬電子技術(shù)基礎和數(shù)字電子知識，合理選用測量控制元件，選擇合適的IC芯片及驅(qū)動元件;設計成果要求具有性能穩(wěn)定、安全可靠、電路簡潔

6、、經(jīng)濟實用的特點。</p><p>　　設計內(nèi)容：1.要保證精度</p><p>　　2.有啟停及清零控制</p><p>　　3.能精確到0.01S</p><p>　　4.設計數(shù)碼管顯示電路</p><p><b>　　5.寫出設計說明書</b></p><p><

7、;b>　　二、設計說明書</b></p><p>　　秒表需要由信號發(fā)生器、啟?？刂齐娐?、計數(shù)器、譯碼電路及顯示電路（七段數(shù)碼，此次設計所用器件為共陰極數(shù)碼管）組成。由于秒表無外界輸入的時鐘信號，所以信號發(fā)生器需要由自激振蕩電路構(gòu)成。選用多諧振蕩器構(gòu)成信號發(fā)生器，在接通電源后，不需要由外加觸發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形脈沖，且波形穩(wěn)定。通過單刀雙置開關(guān)控制RS觸發(fā)器Q輸出端的高低電平來達到控制秒表的

8、啟停目的，電路簡潔高效，且準確性高。通過計數(shù)器的對單位矩形脈沖（本設計單位脈沖為0.01S）的計數(shù)達到計時目的，再由譯碼電路對計數(shù)器輸出端的譯碼及對七段LED數(shù)碼管的驅(qū)動達到顯示目的。對多諧振蕩電路中相關(guān)電阻進行調(diào)整，可得到設計所需要的單位矩形脈沖。此次設計的精確度為0.01S，秒表時長共計9h59m59s，可廣泛用于運動會的各種賽事。原理流程圖如下;</p><p>　　三、555定時器構(gòu)成信號發(fā)生器</

9、p><p>　　3、1 555定時器簡介</p><p>　　555定時器是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領域中都得到了應用。</p><p>　　即使市場上有多種型號的555定時器，但是所有產(chǎn)品型號最后三位均為55

10、5，且它們的功能和外部引腳的排列完全相同。</p><p>　　圖1是CB555的電路結(jié)構(gòu)圖，它由比較器和、基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管三部分組成。</p><p>　　是比較器的輸入端（也稱閾值端，用TH標注），是比較器的輸入端（也稱觸發(fā)端，用標注）。是置零輸入端，是電源輸入端。是是（也稱，用DIS標注）GND為接地端，是輸出端。</p><p>　　5

11、55定時器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，并可承受較大的負載電流，如果能使其自激振蕩，則可構(gòu)成多諧振蕩器。</p><p>　　3、2 555定時器構(gòu)成多諧振蕩器</p><p>　　由555定時器構(gòu)成的電路如圖2所示</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　根據(jù)電路分析可得震蕩周期</p>

12、;<p>　　其振蕩頻率為f=1/T，通過改變R和C的參數(shù)可改變振蕩周期和頻率，其最高頻率可達500kHz。由設計要求可得信號所需頻率為100Hz，即周期為0.01s。選取為10μF，選取=，則可求得==480.898347Ω，占空比q=，其輸出波形為</p><p>　　四、啟?？刂齐娐罚≧S觸發(fā)器）</p><p>　　4、1基本RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和動作特點</p

13、><p>　　設計所用基本RS觸發(fā)器有與非門構(gòu)成，電路如圖</p><p>　　表1是由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器的特性表（真值表）</p><p>　　注：后兩行狀態(tài)為不定</p><p>　　在正常工作時輸入信號應遵守=0，即不允許輸入=1的信號。</p><p>　　4、2 RS觸發(fā)器的時序圖</p>

14、<p>　　通過控制開關(guān)J2來控制輸出端的波形，其波形與多諧振蕩器的波形經(jīng)與非門后輸出則可得控制脈沖信號，從而控制計數(shù)器的輸入脈沖信號上升沿和下降沿，進而達到控制秒表的啟停功能。</p><p><b>　　五、計數(shù)器</b></p><p>　　計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件，它不僅可用來計脈沖數(shù)，還常用來實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及

15、其他特定的邏輯功能。計數(shù)器種類很多，根據(jù)時鐘脈沖源來分，有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；根據(jù)數(shù)制的不同，分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和任意進制的計數(shù)器；還可分為可預置數(shù)和可編程序功能計數(shù)器等等。</p><p>　　5、1 CC40192引腳圖及功能簡介</p><p>　　CC40192為可預置BCD可逆計數(shù)器，其內(nèi)部主要由四位D觸發(fā)器組成，與一般計數(shù)器不同之處在于加計數(shù)器和減計數(shù)器分別由兩

16、個時鐘輸入端，即雙時鐘計數(shù)器，并且具有清除和置數(shù)等功能。</p><p>　　CC40192具有復位端CR、置數(shù)控制端（低電平有效）、并行輸入端、加計數(shù)時鐘、減計數(shù)端等輸入，當CR為高電平時，計數(shù)器置零；當為低電平時，進行預置數(shù)操作，將上的數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中，計數(shù)操作由兩個時鐘輸入信號控制。當＝“１”時，在上跳變時計數(shù)器加１計數(shù)；當＝“１”時，在上跳變時計數(shù)器減１計數(shù)。</p><p>　　

17、除四個Q輸出外，CC40192還有一個進位輸出端和一個非同步借位輸出端。和一般為高電平，只有在加計數(shù)器模式，當計數(shù)器達到最大狀態(tài)時，輸出一個寬度為半個時鐘周期的負脈沖；在減計數(shù)器模式，當計數(shù)器全為零時，輸出一個寬度為半個時鐘周期的負脈沖。其引腳圖如圖所示</p><p><b>　　其功能如下如所示：</b></p><p>　　5、2 用CC40192構(gòu)成百進制計數(shù)

18、器及六十進制計數(shù)器</p><p>　　(1)CC40192構(gòu)成的百進制計數(shù)器的電路圖如圖所示</p><p>　　低位計數(shù)器的時鐘信號由555多諧振蕩器提供，將低位計數(shù)器的進位輸出端接至高位計數(shù)器的時鐘信號輸入端（），這樣就構(gòu)成了百進制計數(shù)器，用來計單位脈沖（0.01s）數(shù)。</p><p>　　(2)CC40192構(gòu)成的六十進制計數(shù)器電路如圖</p>

19、<p>　　低位計數(shù)器的進位輸出接至高位計數(shù)器的時鐘輸入信號（），高位計數(shù)器利用輸出端和經(jīng)與非門的信號完成本身的計數(shù)（未進位時，U22A輸出高電平；進位時，U22A輸出低電平）和進位（進位時的低電平完成自身的同步清零）</p><p><b>　　六、譯碼電路</b></p><p>　　譯碼和編碼的的過程相反，譯碼是編碼的逆過程。譯碼器是一種常用的組合

20、邏輯電路，其功能是將輸入的具有特定意義的二進制代碼，按編碼的含義翻譯成相應的信號或二進制數(shù)碼輸出。此次設計選擇的是CD4511</p><p>　　6、1 CD4511引腳圖及功能簡介</p><p>　　CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)

21、動LED顯示器。</p><p>　　CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，引腳排列如圖所示。</p><p>　　其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應加高電平

22、。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀，若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰

23、極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300Ω的限流電阻.</p><p>　　6、2 CD4511工作原理及真值表</p><p><b>　?。?）鎖存功能</b></p><p>　　譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反向器組成，傳輸門的導通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)，因此具有鎖存功能。</p&

24、gt;<p><b>　　（3）譯碼</b></p><p>　　CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數(shù)據(jù)進行組合，然后用或非門譯碼。</p><p><b>　　（4）消隱</b></p><p>　　BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。

25、</p><p><b>　　6、3 顯示譯碼器</b></p><p>　　為了能以十進制數(shù)碼直接顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，目前廣泛使用了七段字符顯示器，或稱做七段數(shù)碼管。這種字符顯示器由七段可發(fā)光的線段拼合而成。常見的七段字符顯示器有半導體數(shù)碼管和液晶顯示器。下圖是半導體數(shù)碼管的外形圖和等效電路。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管（LED），因而也把它叫做LED

26、數(shù)碼管或者LED七段顯示器。</p><p>　　6、4 CD4511構(gòu)成的譯碼電路及驅(qū)動七段LED電路圖</p><p>　　CD4511的輸入端接CC40192的相應輸出端，LT和BI端接高電平，LE端接地。輸出端接七段數(shù)碼LED顯示</p><p><b>　　七、總體電路圖</b></p><p>　　圖中555

27、定時器（U24）構(gòu)成多諧振蕩器，其輸出信號和開關(guān)電路信號經(jīng)與非門輸入CC40192。U21和U20組成百進制計數(shù)器，計0.01s的個數(shù)，其進位信號輸入六十進制計數(shù)器1（U18和U19組成）。六十進制計數(shù)器計算秒信號的個數(shù)，其進位輸入下一六十進制計數(shù)器2（U16和U17組成）。六十進制計數(shù)器2計算分信號，其進位輸入十進制計數(shù)器。十進制計數(shù)器為小時單元，計時秒表的電路計時范圍為0h~9h59m59.99s，開關(guān)電路可控制電路的啟停，達到設計

28、要求。</p><p>　　八、不同信號發(fā)生器之間的比較及電路創(chuàng)新改進</p><p>　　8、1晶振振蕩電路與多諧振蕩器的比較</p><p>　　晶振全稱為晶體振蕩器，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率 經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。通分為以下幾類：普通晶振、溫補晶振、壓控晶振、溫控晶振等。</p><p&g

29、t;　　晶振振蕩電路頻率穩(wěn)定度高，其頻率穩(wěn)定度為30PPM，可做高頻振蕩電路，但不易改變頻率。同時，晶振的耗電量較大，易磨損。多諧振蕩器的電阻可以接可調(diào)電阻，所以其頻率可以改變。雖然晶振（加分頻器）和多謝震蕩器構(gòu)成的方波均為標稱頻率，但多諧振蕩器的更加精確。</p><p><b>　　8、2電路創(chuàng)新改進</b></p><p>　　市場上使用的秒表大都以紐扣電池作為

30、供電電源，電池中有害物質(zhì)甚多，且紐扣電池會自發(fā)漏電。運用太陽能電池板為其進行供電，節(jié)能環(huán)保，無污染。</p><p><b>　　九、課程設計總結(jié)</b></p><p>　　此次課程設計是一次模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路等知識的綜合運用，是一次對所學知識的整合；在一定程度上，對自我發(fā)展有很大幫助。在設計過程中運用了Multisim11.0軟件，這是一次對EDA知識的自學和

31、實踐。同時，由于自身知識的欠缺和不足，希望老師批評指正。</p><p>　　十、參考資料（附所用器件名稱及數(shù)量表）</p><p>　　【1】 楊貴恒，強生澤，張穎超，鄭勇編著.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)及其應用.北京：化學工業(yè)出版社，2011.3</p><p>　　【2】 郭海文等主編.電氣實驗技術(shù).徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2010.7</p><