數(shù)字秒表電路報(bào)告

1、精選文檔課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 電子秒表電路 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 年 月 日電子秒表電路一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字秒表，用于短時(shí)間測(cè)量，適用于田徑比賽等競(jìng)技場(chǎng)合計(jì)時(shí)使用。（1）計(jì)時(shí)范圍：010分鐘（2）顯示分辨率為1s10。（3）用一只按鈕開關(guān)控制三種工作狀態(tài)，即：清零 計(jì)時(shí) 停止二、方案設(shè)計(jì)與論證實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)用于短時(shí)間測(cè)量的電子秒表，根據(jù)學(xué)過的相關(guān)知識(shí)可以知道和題目的要求，電路應(yīng)該分為分為3個(gè)部分，分別是計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)電路、和狀態(tài)控制電路。電路的框圖描述如下圖：由上面的電路模塊圖，我們討論得到下面兩個(gè)方案方案

2、一、 用一個(gè)555定時(shí)器做出多諧振蕩電路為計(jì)數(shù)電路提供計(jì)數(shù)脈沖，通過調(diào)節(jié)外圍電阻R1、R2和電容C的值使振蕩電路產(chǎn)生10Hz的計(jì)數(shù)脈沖（即周期為0.1秒的信號(hào)）。用74LS160計(jì)數(shù)器做成3級(jí)計(jì)數(shù)電路，分別是十進(jìn)制的0.1秒計(jì)數(shù)電路、60進(jìn)制的秒計(jì)數(shù)電路和十進(jìn)制的分計(jì)數(shù)電路。用74LS160做成3進(jìn)制計(jì)數(shù)電路并配合74139二線四線譯碼器做成狀態(tài)控制電路，使計(jì)數(shù)電路在清零、計(jì)數(shù)、停止3個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。方案二、用石英晶體構(gòu)成石英晶振脈沖發(fā)生器。計(jì)數(shù)電路是74LS160串接構(gòu)成的600進(jìn)制計(jì)數(shù)器最多可以計(jì)數(shù)到600秒（10分鐘）這樣控制起來比較方便、控制電路同方案一。最終方案： 方案一。由于對(duì)方案

3、二的石英晶振電路原來不是很熟悉，并且方案二的計(jì)數(shù)顯示不符合人的一般思維方式，因此選用方案一作為最終方案。3、 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 根據(jù)上面的討論，方案包含3大單元：計(jì)數(shù)電路、狀態(tài)控制電路、計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路。下面分別對(duì)個(gè)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)算。(1) 計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路 由于555定時(shí)器在數(shù)字電子和模擬電子中都要重要的應(yīng)用，并且使用起來比較簡(jiǎn)單，只需接少量的電阻電容等外圍元件，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)電路和多諧振蕩電路，所以本方案最終選用了555定時(shí)器來做計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路。 555定時(shí)器的功能表：通過對(duì)上面功能表的分析，可以用以下的典型多諧振蕩電路。電容C充電時(shí)間 t1=(R1+R2

4、)Cln(Vcc-Vt-)/(Vcc-Vt+)=(R1+R2)Cln2 放電時(shí)間t2 t2=R2Cln(0-Vt+)/(0-Vt-)=R2Cln2 電路的振蕩周期 T=t1+t2=（R1+2R2）Cln2 由于設(shè)計(jì)要求秒表的分辨率為0.1秒，所以這里要設(shè)置振蕩周期T=0.1S由式并假定C=3uF,則： R1+2R2=T/Cln2=0.1/(310-6ln2)48090最終取R1=8090,R2=20K，C=3uF(2)74LS160和139二線四線譯碼器構(gòu)成的狀態(tài)控制電路 74LS160功能表CLKRDLDEPET工作模式 0 置0 10預(yù)置數(shù) 1101保持 110保持(c=0) 1111計(jì)數(shù)

5、74HC139的真值表輸入 輸出GA1A0Y3Y2Y1Y0111110001110001110101010110110111由上面的功能表為依據(jù)可以設(shè)計(jì)下面的控制電路： 由于電子秒表有清零、計(jì)數(shù)、停止三個(gè)狀態(tài)。本方案利用74LS160構(gòu)成一個(gè)三進(jìn)制計(jì)算電路，由于74160采用異步置零方式，所以用計(jì)數(shù)器的第四個(gè)狀態(tài)，即0011通過一個(gè)與非門譯出一個(gè)地電位作為控制器的清零信號(hào)，使控制器循環(huán)于0000、0001和0010之間，對(duì)應(yīng)于秒表的3個(gè)控制狀態(tài)。而控制計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)脈沖是通過一個(gè)常開開關(guān)接VCC構(gòu)成，每按一下開關(guān)，計(jì)數(shù)器便接收到一個(gè)下降沿，從而跳到另一個(gè)狀態(tài)。(3)74160構(gòu)成的計(jì)數(shù)電路由于

6、74LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用異步置零方式。按設(shè)計(jì)要求，0.1秒計(jì)數(shù)和分鐘計(jì)數(shù)部分都是十進(jìn)制，所以0.1秒計(jì)數(shù)部分和分鐘計(jì)數(shù)部分只需用控制電路的清零信號(hào)來清零即可，每當(dāng)0.1秒計(jì)時(shí)電路和分鐘計(jì)數(shù)電路到達(dá)10，或者接收到控制電路的清零信號(hào)就清零。而秒計(jì)數(shù)部分需要本身的60進(jìn)制清零信號(hào)和控制電路的清零信號(hào)來置零，所以U3和U4用或非門來接收這兩個(gè)清零信號(hào)，只要秒計(jì)數(shù)到達(dá)60或者控制電路發(fā)送了清零信號(hào)，秒計(jì)時(shí)電路都會(huì)清零。秒計(jì)數(shù)電路的60進(jìn)制清零信號(hào)是當(dāng)十位為6時(shí)發(fā)出的。同時(shí)對(duì)于所有的74LS160計(jì)數(shù)器的ET端(圖中為ENT端)，由控制電路的74139譯碼器輸出來控制，ET為0時(shí)保持，ET為1

7、時(shí)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)電路在計(jì)數(shù)狀態(tài)和保持狀態(tài)之間變換。計(jì)數(shù)電路下面是各部分的大圖 0.1秒計(jì)數(shù)電路 分計(jì)數(shù)電路 秒計(jì)數(shù)電路 四、總電路工作原理及元器件清單1電子秒表總體電路 2、電路完整工作過程描述（總體工作原理） 整個(gè)電路通電后，由于控制電路的計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)是從0000然后是0001再到0010，經(jīng)過二線四線譯碼器，譯碼后譯碼器的輸出端Y3Y2Y1Y0對(duì)應(yīng)的狀態(tài)分別是HHHL、HHLH、HLHH(H代表高電位，L代表地電位)。因?yàn)樗械挠?jì)數(shù)器ET端都接到了74HC139的Y1端，Y3接到0.1秒計(jì)數(shù)電路和分鐘計(jì)數(shù)電路的清零端，同時(shí)Y3也通過反相器接到秒鐘計(jì)數(shù)電路清零端的或非門。電路通電后控制電路的計(jì)

8、數(shù)器還沒開始工作，輸出狀態(tài)為0000，譯碼器Y0低電位，Y3、Y2、Y1都是高電位，所有計(jì)數(shù)電路的所有計(jì)數(shù)器ET端都為1，同時(shí)計(jì)數(shù)電路的所有計(jì)數(shù)器清零端都是高電位，秒表電路進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)。0.1秒計(jì)數(shù)電路逢10向秒鐘計(jì)數(shù)電路進(jìn)1，而秒鐘計(jì)數(shù)電路逢60向分鐘計(jì)數(shù)電路進(jìn)1。當(dāng)按一下開關(guān)J1時(shí)，控制電路接收到一個(gè)下降沿脈沖，控制電路輸出狀態(tài)變?yōu)?001，譯碼器的輸出端Y3Y2Y1Y0電位為HHLH，計(jì)數(shù)電路所有計(jì)數(shù)器的ET端都為0，同時(shí)所有計(jì)數(shù)器清零端為1，計(jì)數(shù)電路處于保持狀態(tài)。再按一下J1開關(guān)，控制電路接收到一個(gè)下降沿脈沖，控制電路輸出狀態(tài)變?yōu)?010，譯碼器的輸出端Y3Y2Y1Y0電位為HLHH,

9、計(jì)數(shù)電路所有計(jì)數(shù)器清零端都為0，完成清零動(dòng)作。再按開關(guān)，則控制電路在0000、0001和0010之間循環(huán)，計(jì)數(shù)電路則在清零、計(jì)數(shù)和保持之間循環(huán)。2 元件清單元件名稱型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160異步清零5 二線四線譯碼器74CH1391 555定時(shí)器1 或非門74LS021 非門74LS041 與門74LS081 與非門74LS001 電阻3 電容2五、仿真調(diào)試與分析整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和仿真都是用Multism11.0 來做的。對(duì)一個(gè)比較大的電路經(jīng)行設(shè)計(jì)和調(diào)試電路都是要分模塊經(jīng)行。首先，把計(jì)數(shù)電路調(diào)試好，0.1秒計(jì)數(shù)電路、秒計(jì)數(shù)電路和分鐘計(jì)數(shù)電路分別是10進(jìn)制、60進(jìn)制和10進(jìn)制計(jì)

10、數(shù)電路。開始調(diào)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)秒計(jì)數(shù)電路到了49就清零了，后來發(fā)現(xiàn)開始設(shè)計(jì)的時(shí)候是用了十位的5來譯出清零信號(hào)，所以當(dāng)十位進(jìn)到5，即到49時(shí)就會(huì)清零，最后改為了用十位的6來譯出清零信號(hào)。比較難的一部分是秒計(jì)數(shù)部分。因?yàn)槊胗?jì)數(shù)部分由兩個(gè)74LS160構(gòu)成，置零要考慮本身的60進(jìn)制置零和控制電路的清零信號(hào)通過多次的仿真和認(rèn)真的考慮，最終確定了在秒計(jì)數(shù)電路的清零端接一個(gè)二輸入或非門，輸入端分別連到控制電路送來的清零信號(hào)和本身通過與門譯出60進(jìn)制清零端。還要注意74160是異步置零方式，60進(jìn)制清零時(shí)應(yīng)該用十位的6，即6對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制0110通過與門譯出高電位作為置零信號(hào)，而不是用59來譯碼。控制電路部分的調(diào)

11、試。首先要做一個(gè)3進(jìn)制的計(jì)數(shù)器分別控制電子秒表的3個(gè)狀態(tài)。開始的時(shí)候本來想直接用邏輯門對(duì)這3個(gè)狀態(tài)譯出相應(yīng)的控制信號(hào)控制計(jì)數(shù)電路，后來想到用譯碼器更簡(jiǎn)單，所以就改用譯碼器了。因?yàn)榭刂齐娐酚?jì)數(shù)器只有3個(gè)狀態(tài)，就只需將它的低二位送到譯碼器的A、B輸入段就可以。再用譯碼器的輸出端Y2、Y1、Y0分別控制計(jì)數(shù)電路即可。 脈沖產(chǎn)生電路調(diào)試。開始的時(shí)候按照數(shù)字電子技術(shù)基本教程的例題計(jì)算出產(chǎn)生10HZ脈沖的電路，但是用multisim11.0把電路畫出來之后發(fā)現(xiàn)不能驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)電路，也就是計(jì)數(shù)電路不能計(jì)數(shù)。后來在網(wǎng)上查閱先關(guān)資料，才知道是multisim11.0的限制，不能用555定時(shí)器產(chǎn)生低頻方波脈沖。所以實(shí)驗(yàn)仿真時(shí)用的參數(shù)的1Kz的參數(shù)，報(bào)告中給出了10Hz脈沖產(chǎn)生的計(jì)算公式和R1、R2和C的參數(shù)出理論值。六、結(jié)論與心得 對(duì)于復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，要先將電路劃分模塊，然后思考各個(gè)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能，再