數(shù)字電子課程設計---電子秒表

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

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

3、;　　1. 引言...........................................................................................1</p><p>　　1.1設計目的........................................................................... 1</p>&

4、lt;p>　　1.2設計要求........................................................................... 1</p><p>　　2. 電路分析.................................................................................. 2</p>

5、<p>　　2.1設計電路圖....................................................................... 2</p><p>　　3.相關(guān)芯片介紹.............................................................................2</p><p&g

6、t;　　3.1時鐘脈沖發(fā)生器................................................................ 3</p><p>　　3.2 74LS160計數(shù)器................................................................ 4</p><p>　　3.3 74LS192計數(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. 設計步驟....................................

9、............................................... 9</p><p>　　4.1電源模塊設計.................................................................... 9</p><p>　　4.2方案一設計......................................

10、.................................. 13</p><p>　　4.3方案二設計........................................................................ 14</p><p>　　5. 參考文獻...............................................

11、.................................... 16</p><p>　　6. 設計心得................................................................................... 17</p><p><b>　　1. 引言</b></p><p&

12、gt;　　電子秒表在生活中的應用,它可廣泛應用于對運動物體的速度、加速度的測量實驗,還可用來驗證牛頓第二定律、機械能守恒等物理實驗,同時也適用于對時間測量精度要求較高的場合.測定短時間間隔的儀表。有機械秒表和電子秒表兩類。機械秒表與機械手表相仿，但具有制動裝置，可精確至百分之一秒；電子秒表用微型電池作能源，電子元件測量顯示，可精確至千分之一秒。廣泛應用于科學研究、體育運動及國防等方面在當今非常注重工作效率的社會環(huán)境中，定時器能給我們的工

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

14、掌握分頻電路設計方法</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　要求設計一個電子秒表，其主要技術(shù)指標如下：</p><p>　　1、具有停止\啟動功能；</p><p>　　2、當啟動時，計數(shù)器先清零在開始計時；</p><p>　　3、若不需要計時時或暫停計數(shù)時，

15、計數(shù)器立即停止，但數(shù)碼管保留所計時之值。</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、計數(shù)器、譯碼器和數(shù)碼顯示器4個部分組成。</p><p><b>　　相關(guān)芯片介紹</b></p><p>　　3.1時鐘

16、脈沖發(fā)生器</p><p>　　555 定時器是模擬 — 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、延時電路。用555定時器構(gòu)成的自激式多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。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。</p><p>　　圖 2.2.3 多諧振蕩器電路</p><p>　　（一）555 定時器的電路結(jié)構(gòu)及其

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

18、于C (C1//C2)來不及充電，555電路的2腳處于零電平，導致其輸出3腳為高電平。當電源通過R1、Rp向C充電到Vc≥Vcc時，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。當放電到Vc≤Vcc時，輸出端又由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖健４藭r電容再次充電，這種過程可周而復始地進行下去，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計數(shù)器</p><p>　　74LS160 為可預置的十進制同步計數(shù)器,其引腳圖如下</p><p>　　74LS160 為可預置的十進制同步計數(shù)器</p><p>　　RCO 進位輸出端 </p&g

20、t;<p>　　ENP 計數(shù)控制端</p><p>　　QA-QD 輸出端</p><p>　　ENT 計數(shù)控制端</p><p>　　CLK 時鐘輸入端 </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計數(shù)器</p><p>　　4LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。(bcd,二進制)。</p><p>　　◆ CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。</p><p>　　◆ LD為預置輸入控制端，異步預置。</

22、p><p>　　◆ CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。</p><p>　　◆ CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出，</p><p>　　◆ BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</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)動器，真值表如下：</p><p>　　7447為四線-七段譯碼器，可以用來驅(qū)動七段共陽極數(shù)碼管，當LT，RBI，BI，端接高電平時，從DCBA端輸入BCD碼時，從abcdefg端輸出相應的數(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0到9個數(shù)字。</p><p><b>　　3.5數(shù)碼管</b></p><p>　　現(xiàn)在的許多電器設備上都有顯示十進制字符的字符顯示器，以直觀的顯示出電器設備的運行數(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)碼管和半導體數(shù)碼管兩種。 </p

25、><p>　　半導體數(shù)碼管是由七段發(fā)光二極管（Light Emitting Diode）組成，簡稱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，還有共陽極電路，常用的數(shù)碼顯示器有BS201，BS202等。</p><p>　　要驅(qū)動LED正常的顯示十進制數(shù)的十個字符，LED前面必須接一個顯

26、示譯碼器。 </p><p>　　顯示譯碼器可實現(xiàn)的邏輯功能是：將輸入的8421BCD碼轉(zhuǎn)化成驅(qū)動LED發(fā)光的高、低電平信號，驅(qū)動LED顯示出不同的十進制數(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LED顯示出0～9這十個數(shù)字字符，十個數(shù)字字符對應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位二進制數(shù)，根據(jù)LED發(fā)光的特點可得描述顯示

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. 設計步驟</b></p><p><b>　　4.1電源模塊設計</b></p><p>　　NE555定時器是一種電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。利

28、用閉合回路的反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩。TTL電路延遲時間短，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)值可以很容易實現(xiàn)對頻率的調(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反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩，利用閉合回路中的延遲負反饋作用也能產(chǎn)生自激振蕩，只要負反饋作用足夠強。為了得到頻率更加準確的頻率信號，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)振蕩周期的計算(R2=Ｒｐ)</p><p>　　確定R1、R2、C的值；占空比：</

30、p><p>　　按所設計的電路連線，測試</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>　　方波信號發(fā)生電路圖：</p><p><b>　　仿真圖如下：</b></p><p><b>　　4.2方案一設計</b></p><p>　　使用7

32、4LS192及相關(guān)芯片芯片設計主電路圖如下</p><p>　　對電路圖的相關(guān)分析 </p><p>　　開關(guān)A接低電平時，接通開關(guān)B，74LS192第一塊芯片接受脈沖信號開始計時。當計時到9后，進位端輸出脈沖，第二塊芯片接受第一次脈沖信號，發(fā)生進位，當?shù)诙K芯片接受第六次脈沖時，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。當開關(guān)A接高電平時，CR接高電平，

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

34、LS160是十進制計數(shù)器，直接清零，異步清零端LD非為低電平時，不管時鐘端CLK信號狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。在本設計中，高電平（即開關(guān)A接1），兩片芯片都接同一個時鐘信號，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位輸出端。當?shù)谝粔K芯片計數(shù)未達到9時進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)生進位時，第二塊才工作計數(shù)一次，產(chǎn)生進位。當開關(guān)J2斷開時，兩芯片LD端默認高電平，則芯片清零。當開關(guān)

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

36、京:化學工業(yè)出版社,2003.32</p><p>　　4.李書浩譯.數(shù)字邏輯應用與設計 北京機械工業(yè)出版社,2000</p><p><b>　　6設計心得</b></p><p>　　大二下學期我們開始學習模電和數(shù)電這兩門專業(yè)課，這是我們第一次做課程設計，所以不免會感到一些吃力，動手實踐和創(chuàng)新能力對于我們理工課院校的學生而言顯得相當重要，通

37、過這次的課程設計我發(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，沒有對原理圖的正確性驗證就盲目的焊接，導致不能達到預期的結(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作為計數(shù)器，但是我們拿到的是74LS160，而且我們的計數(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，但是由于我們測試的次數(shù)太多，有一個74LS160已經(jīng)燒壞，當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)實的時間遠大于正常時間，還有就是為什么計數(shù)器74LS160會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，但是我會努力去學習，等我找到答案后希望自己能獨立解決它。</p><p>　　理論知識終究不是實踐能力，在實踐面前一系列的問題會突發(fā)出現(xiàn)，但是沒有扎實的理論知識，實踐能力又無從存在，二者可謂缺一不可，所以在以后的學習工作中，學習和動手要兩手抓，而且兩手都要硬，不能留下軟肋，讓

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

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

42、gt;<p>　　如何實現(xiàn)進位？（張雷）</p><p>　　答：首先，兩個160芯片接一個時鐘新號，個位的進位標志位c接下一個芯片的EP,ET即（10和7）腳，當發(fā)生進位時，EP,ET置1，另一個160芯片才開始工作，接收脈沖信號，發(fā)生進位。</p><p>　　怎么對555定時器震蕩周期的設定？（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)光二級管或者液晶顯示器原件，在手表，計算器和儀器中顯示十進制段數(shù)碼，通過點亮7個線段的子集便可點亮顯示數(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）</p><p>　　答：74LS192芯片中，當清楚CR為高電平“1”時