數(shù)字式電子秒表設(shè)計

1、1 設(shè)計目的電子技術(shù)課程設(shè)計是電子信息工程系三個專業(yè)的公共課程設(shè)計，是模擬電子技術(shù)、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：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。2、學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，提高基于模擬、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。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、標準和規(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。4、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2 設(shè)計要求 1. 秒表由2位七段

2、led顯示器顯示，其中1位顯示“s”,二位顯示“0.1s”，顯示分辯率為0.1 s;2. 計時最大值為9.9s;3. 計時誤差不得超過1s;具有清零、啟動計時、暫停計時及繼續(xù)計時等控制功能；4. 主要單元電路和元器件參數(shù)計算、選擇；5. 畫出總體電路圖；6. 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。7. 調(diào)試電路8. 電路性能指標測試9. 提交格式上符合要求，內(nèi)容完整的設(shè)計報告3 總體設(shè)計3.1 工作流程圖基本rs觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器譯碼顯示器555定時器 計數(shù)/分頻器圖 1 工作流程圖圖1中1單元為用集成與非門7

3、4ls00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。 圖1中2單元為集成與非門74ls00構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它的職能是為計數(shù)器提供清零信號。 圖1中555定時器構(gòu)成了多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。 圖1中4單元74ls160構(gòu)成的計數(shù)器/分頻器 圖1中5單元譯碼顯示單元3.2 原理圖: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。其中單元1為基本rs觸發(fā)器；單元2為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；單元3為時鐘發(fā)生器；單元4為計數(shù)器和分頻器；單元5為譯碼顯示單元。圖2 原理電路圖 本電路中使用兩個基本rs觸發(fā)器提供置位、復(fù)位、和清零信號，555定時器提供時鐘脈沖信

4、號，三塊74ls160作為譯碼/分頻單元，有效、簡潔地完成了秒表所具備的所有功能（清零、啟動計時、暫停計時及繼續(xù)計時）。4 單元電路設(shè)計4.1基本rs觸發(fā)器圖中單元1為用集成與非門74ls00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。邏輯符號 基本rs觸發(fā)器電路圖 基本rs觸發(fā)器功能表: 表1 基本rs觸發(fā)器功能表rsq10101011保持00不確定它的一路輸出q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。 按動開關(guān)，則門1輸出q非為1；門2輸出q為0；復(fù)位后q、q非狀態(tài)保持不變。再按動，則q由0變?yōu)?，門5開啟，為計數(shù)器啟動作好準備。q非由1

5、變?yōu)?，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。 基本rs觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。圖3 74ls00引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)表4.2時鐘發(fā)生器 555定時器構(gòu)成了多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。 調(diào)節(jié)電位器，使在555輸出端3獲得頻率為1015hz的矩形波信號，當(dāng)基本rs觸發(fā)器q為1時，門5開啟，此時脈沖信號通過門5作為計數(shù)脈沖加于計數(shù)器的計數(shù)輸入端cp。圖4為555定時器管腳分布圖。圖4 555引腳圖4.3計數(shù)器及分頻器 74ls161構(gòu)成的計數(shù)/分頻器，其中計數(shù)器1作為十分頻器，對555輸出的矩形波信號進行十分頻，得到的信號，即在其進位輸出端取得周期為0.1s的矩形脈沖信號，作

6、為計數(shù)器2的時鐘輸入信號。同時計數(shù)器2的時鐘輸入信號又經(jīng)過十分頻得到周期為1s的矩形脈沖信號，作為計數(shù)器3的時鐘輸入信號。譯碼顯示單元: 本部分由cc4511譯碼器和七段顯示共陰極數(shù)碼管構(gòu)成。在其引腳當(dāng)中a、b、c、d為bcd碼輸入端，a、b、c、d、e、f、g為譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動led數(shù)碼管。4.4元件清單表2 元件清單表元件規(guī)格數(shù)量元件規(guī)格數(shù)量與非門74ls002電位器50k1定時器5551電容0.1 u1計數(shù)器74ls1612電容1.0 u1電阻47014集成塊座14腳2電阻4.7k4集成塊座16腳4電阻47k1集成塊座8腳1譯碼器cc45112開關(guān)機械式25 調(diào)試5.

7、1 基本rs觸發(fā)器的調(diào)試 按動開關(guān)，檢查門1輸出q非是否為1，門2輸出q是否為0，復(fù)位后這兩個狀態(tài)能否保持，再按動開關(guān)，q是否由0變1，q非是否由1變0，否則檢查卡觀和與非門。5.2時鐘發(fā)生器的測試 用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調(diào)節(jié)，使輸出波形頻率為10-15hz，若無波形輸出，檢查555定時器。5.3 計數(shù)、譯碼、顯示單元的測試 測量計數(shù)器功能和分頻器功能，看輸出頻率是否為10倍關(guān)系，各段測量顯示管的功能是否正常。5.4整體測試 先按按鈕，此時電子秒表不工作，再按一下，則計數(shù)器清零后變開始計時，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時，按一下開關(guān)，立即會出現(xiàn)暫停狀態(tài)。5

8、.5 電子秒表準確度的測試利用電子鐘或手表的計時對電子秒表進行校準，若時間不準，調(diào)節(jié)。6 電路測試及測試結(jié)果（測試方法、測試結(jié)果、性能分析） 7 設(shè)計總結(jié) 大二下學(xué)期我們開始學(xué)習(xí)模電和數(shù)電這兩門專業(yè)課，這是我們第一次做課程設(shè)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(xué)生而言顯得相當(dāng)重要，通過這次的課程設(shè)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(dǎo)致不能達到預(yù)期的結(jié)果，經(jīng)過多次調(diào)試才發(fā)現(xiàn)問題所在。 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(dǎo)老師尋求幫助，原來是由于我們剛拿到的電路圖

9、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(dāng)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

10、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(xué)習(xí)，等我找到答案后希望自己能獨立解決它。 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(xué)習(xí)工作中，學(xué)習(xí)和動手要兩手抓，而且兩手都要硬，不能留下軟肋，讓問題鉆了空子。 本次課程設(shè)計很有收獲，相信以后的類似這樣的課程設(shè)計我會做得更好！8 參考文獻1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2005，1461082 黃仁欣.電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練.北京：清華大學(xué)出版社，2004，1653 劉修文.實用電子電路

11、設(shè)計制作.北京:中國電力出版社,2005.4 蔡忠法.電子技術(shù)試驗與課程設(shè)計.浙江：浙江大學(xué)出版社，2005，655 趙淑范,王憲偉.電子技術(shù)試驗與課程設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社,200674ls161管腳排列圖管腳圖介紹：時鐘cp和四個數(shù)據(jù)輸入端p0p3清零/mr使能cep，cet置數(shù)pe數(shù)據(jù)輸出端q0q3以及進位輸出tc. (tc=q0q1q2q3cet)輸 入輸 出crcpldepetd3d2d1d0q3q2q1q00000010dcbadcba110q3q2q1q0110q3q2q1q01111狀態(tài)碼加1從74ls161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端cr=“0”，計數(shù)器輸出q3、q2

12、、q1、q0立即為全“0”，這個時候為異步復(fù)位功能。當(dāng)cr=“1”且ld=“0”時，在cp信號上升沿作用后，74ls161輸出端q3、q2、q1、q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端d3，d2，d1，d0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)cr=ld=ep=et=“1”、cp脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74ls161還有一個進位輸出端co，其邏輯關(guān)系是co= q0q1q2q3cet。合理應(yīng)用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74ls161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。此類譯碼器型號有74ls47（共陽），74ls48（共陰），cc4511（共陰）等，本實驗系采用cc4511 bcd碼鎖存七段譯碼驅(qū)動器。驅(qū)動共陰極led數(shù)碼管。圖1.1.6為cc4511引腳排列 圖1.1.6 cc4511引腳排列其中a、b、c、d bcd碼輸入端a、b、c、d、e、f、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動共陰極