數(shù)字式電子秒表設(shè)計(jì)

1、1 設(shè)計(jì)目的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子信息工程系三個(gè)專業(yè)的公共課程設(shè)計(jì)，是模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)課程結(jié)束后進(jìn)行的教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：1、培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問題的能力。2、學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，提高基于模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見實(shí)際問題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行制作和自行調(diào)試。3、進(jìn)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(shí)別、測量、熟練運(yùn)用的能力，掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)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(jì)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(jì)時(shí)最大值為9.9s;3. 計(jì)時(shí)誤差不得超過1s;具有清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停計(jì)時(shí)及繼續(xù)計(jì)時(shí)等控制功能；4. 主要單元電路和元器件參數(shù)計(jì)算、選擇；5. 畫出總體電路圖；6. 安裝自己設(shè)計(jì)的電路，按照自己設(shè)計(jì)的電路，在通用板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對(duì)照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯(cuò)接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。7. 調(diào)試電路8. 電路性能指標(biāo)測試9. 提交格式上符合要求，內(nèi)容完整的設(shè)計(jì)報(bào)告3 總體設(shè)計(jì)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(shí)器 計(jì)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(jì)數(shù)器提供清零信號(hào)。 圖1中555定時(shí)器構(gòu)成了多諧振蕩器，是一種性能較好的時(shí)鐘源。 圖1中4單元74ls160構(gòu)成的計(jì)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(gè)單元電路進(jìn)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(shí)鐘發(fā)生器；單元4為計(jì)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(gè)基本rs觸發(fā)器提供置位、復(fù)位、和清零信號(hào)，555定時(shí)器提供時(shí)鐘脈沖信

4、號(hào)，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(dòng)計(jì)時(shí)、暫停計(jì)時(shí)及繼續(xù)計(jì)時(shí)）。4 單元電路設(shè)計(jì)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(hào) 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(hào)。 按動(dòng)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(dòng)，則q由0變?yōu)?，門5開啟，為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。q非由1

5、變?yōu)?，送出負(fù)脈沖，啟動(dòng)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(dòng)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(shí)鐘發(fā)生器 555定時(shí)器構(gòu)成了多諧振蕩器，是一種性能較好的時(shí)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(hào)，當(dāng)基本rs觸發(fā)器q為1時(shí)，門5開啟，此時(shí)脈沖信號(hào)通過門5作為計(jì)數(shù)脈沖加于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端cp。圖4為555定時(shí)器管腳分布圖。圖4 555引腳圖4.3計(jì)數(shù)器及分頻器 74ls161構(gòu)成的計(jì)數(shù)/分頻器，其中計(jì)數(shù)器1作為十分頻器，對(duì)555輸出的矩形波信號(hào)進(jìn)行十分頻，得到的信號(hào)，即在其進(jìn)位輸出端取得周期為0.1s的矩形脈沖信號(hào)，作

6、為計(jì)數(shù)器2的時(shí)鐘輸入信號(hào)。同時(shí)計(jì)數(shù)器2的時(shí)鐘輸入信號(hào)又經(jīng)過十分頻得到周期為1s的矩形脈沖信號(hào)，作為計(jì)數(shù)器3的時(shí)鐘輸入信號(hào)。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(dòng)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(shí)器5551電容0.1 u1計(jì)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(jī)械式25 調(diào)試5.

7、1 基本rs觸發(fā)器的調(diào)試 按動(dòng)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(gè)狀態(tài)能否保持，再按動(dòng)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(shí)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(shí)器。5.3 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示單元的測試 測量計(jì)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(shí)電子秒表不工作，再按一下，則計(jì)數(shù)器清零后變開始計(jì)時(shí)，觀察數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)情況是否正常。如不需要計(jì)時(shí)或暫停時(shí)，按一下開關(guān)，立即會(huì)出現(xiàn)暫停狀態(tài)。5

8、.5 電子秒表準(zhǔn)確度的測試?yán)秒娮隅娀蚴直淼挠?jì)時(shí)對(duì)電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)，若時(shí)間不準(zhǔn)，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(jì)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(jì)，所以不免會(huì)感到一些吃力，動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力對(duì)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(jì)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(shí)，沒有對(duì)原理圖的正確性驗(yàn)證就盲目的焊接，導(dǎo)致不能達(dá)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(jì)數(shù)器，但是我們拿到的是74ls160，而且我們的計(jì)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(shí)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(gè)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(shí)器提供的脈沖頻率仍然大于所需頻率，由數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)的時(shí)間遠(yuǎn)大于正常時(shí)間，還有就是為什么

10、計(jì)數(shù)器74ls160會(huì)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(huì)努力去學(xué)習(xí)，等我找到答案后希望自己能獨(dú)立解決它。 理論知識(shí)終究不是實(shí)踐能力，在實(shí)踐面前一系列的問題會(huì)突發(fā)出現(xiàn)，但是沒有扎實(shí)的理論知識(shí)，實(shí)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(dòng)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(jì)很有收獲，相信以后的類似這樣的課程設(shè)計(jì)我會(huì)做得更好！8 參考文獻(xiàn)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(shí)踐與訓(xùn)練.北京：清華大學(xué)出版社，2004，1653 劉修文.實(shí)用電子電路

11、設(shè)計(jì)制作.北京:中國電力出版社,2005.4 蔡忠法.電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).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(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,200674ls161管腳排列圖管腳圖介紹：時(shí)鐘cp和四個(gè)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(jìn)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(jì)數(shù)器輸出q3、q2

12、、q1、q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)cr=“1”且ld=“0”時(shí)，在cp信號(hào)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(jì)數(shù)器加1。74ls161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端co，其邏輯關(guān)系是co= q0q1q2q3cet。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74ls161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。此類譯碼器型號(hào)有74ls47（共陽），74ls48（共陰），cc4511（共陰）等，本實(shí)驗(yàn)系采用cc4511 bcd碼鎖存七段譯碼驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)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(dòng)共陰極