電子秒表的設(shè)計(jì)

1、電子秒表的設(shè)計(jì)目 錄一、設(shè)計(jì)要求 2二、設(shè)計(jì)的目的與作用 2三、設(shè)計(jì)的具體體現(xiàn) 21. 電子秒表的基本組成32 .電子秒表的工作原理 33 .電子秒表的原理圖 44 .單元電路設(shè)計(jì) 45 .設(shè)計(jì)仿真與PCB0版12四、心得體會(huì) 17五、附錄 18六、參考文獻(xiàn) 20、設(shè)計(jì)要求1 .以0.01秒為最小單位進(jìn)行顯示。2 .秒表可顯示0.0159:59:99秒的量程。3 .該秒表具有清零、開(kāi)始計(jì)時(shí)、停止計(jì)時(shí)功能。二、設(shè)計(jì)方案方案一：通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子秒表基于51單片機(jī)電子秒表，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且技術(shù)準(zhǔn)確，缺點(diǎn) 是價(jià)格相比于數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的秒表技術(shù)要昂貴。方案二：采用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)秒表計(jì)數(shù)，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，

2、計(jì) 數(shù)精確，反應(yīng)較快，缺點(diǎn)是，電路芯片較多，設(shè)計(jì)電路復(fù)雜。經(jīng)過(guò)比較選擇了較為經(jīng)濟(jì)適用的數(shù)字電路。二、設(shè)計(jì)的目的與作用1 .培養(yǎng)我們運(yùn)用有關(guān)課程的基礎(chǔ)理論和技能解決實(shí)際問(wèn)題，并進(jìn) 一步提高專業(yè)基本技能、創(chuàng)新能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)到設(shè)計(jì) 寫作方法，能用文字、圖形和現(xiàn)代設(shè)計(jì)寫作方法系統(tǒng)地、正確地 表達(dá)課程設(shè)計(jì)和研究成果。2 .熟悉555方波振蕩器的應(yīng)用。3 .熟悉計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)及計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路的整體配合。4 .建立分頻的基本概念三、設(shè)計(jì)的具體體現(xiàn)1 .電子秒表的基本組成電子秒表電路的基本組成框圖如圖所示，它主要由基本RS觸發(fā)器、多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器和數(shù)碼顯示器 4個(gè)部分組成。電子秒表電路的基本組

3、成（方框圖）如下：圖（1）電子秒表基本組成方框圖2 .電子秒表的工作原理由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，用來(lái)產(chǎn)生 50Hz的矩形波。第I塊計(jì)數(shù)器作5分頻使用，將555輸來(lái)的50Hz的脈沖變?yōu)?.1秒的計(jì)數(shù)脈沖，在輸出端 Qd取得，作為第2塊計(jì)數(shù)器的始終輸 入，第2、第3塊計(jì)數(shù)器QA與CP2相連，都已接成8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，第4塊接成六進(jìn)制形式，具輸出端與譯碼顯示器 的相應(yīng)輸入端連接，可顯示 00:00: 0059:59:99s3 .電子秒表的原理圖圖（2）原理圖4 .單元電路設(shè)計(jì)（1）由NE555P&成的多諧振蕩器（多諧振蕩器）ne555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集

4、成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。ne555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。ne555時(shí)基電路有兩種封裝形式有，一是 dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型(sm。封裝形式。其他 ha17555、lm555、ca555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。ne555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個(gè)晶體三極管.17個(gè)電 阻.兩個(gè)二極管.組成了比較器.RS觸發(fā)器.等多組單元電路.特別 是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個(gè)電阻分壓器.為上.下比較 器提供基準(zhǔn)電壓.所以稱之為555。555內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如下圖所示：(a)圖(3) 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖(A)

5、、555時(shí)鐘電路可以構(gòu)成多諧振蕩器，真值表如下:RSTTHRTRIOUTTD0XX0導(dǎo)通123VCC13VCC0導(dǎo)通113VCC/、艾/、艾123VCC23VCC13VCC1截止表(1) 555功能真值表注明：6腳為THR觸發(fā)器輸入端，低電平有效。2腳為TRI,閥值輸入端，高電平有效。4腳為RST總復(fù)位端， 低電平有效。7腳為DIS,放電端。5腳為CON控制端。1腳接地，8腳接電 源。3腳為輸出端。TD為內(nèi)部三極管。(B)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路圖(4) 555組成的多諧振蕩器NE555定時(shí)器是一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活、用途 廣泛的多功能電路。利用閉合回路的反饋?zhàn)饔每梢援a(chǎn)生自激振 蕩。TTL電路

6、延遲時(shí)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(shí)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(guò)改變 R, C的數(shù)值可以很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率 的調(diào)節(jié)。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Ri .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(fù)反饋?zhàn)饔每梢援a(chǎn)生自激振 蕩，利用閉合回路中的延遲負(fù)反饋?zhàn)饔靡材墚a(chǎn)生自激振蕩，只要 負(fù)反饋?zhàn)饔米銐驈?qiáng)。為了得到頻率更加準(zhǔn)確的頻率信號(hào)，加入了 電容和電阻，其

7、中電容為 0.01uf和0.1uf,電阻為100K歐姆。(2)基本RS觸發(fā)器_LXP.圖（5） RS觸發(fā)器電路用集成與非門構(gòu)成基本 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。它的一路輸出作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出作為 與非門的輸入控制信號(hào)。按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)J1 （接地），則門1輸出=1;門2輸出Q=QJ1復(fù)位后Q 狀態(tài)保持不變。再按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān) J2,則Q由0變 為1,門5開(kāi)啟，為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。 由1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.（3）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖(6)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路用集成與非門構(gòu)成的微

8、分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負(fù)脈沖信號(hào) Vi由基本RS觸發(fā)器 端提供，輸出負(fù)脈沖Vo通過(guò)非門加到計(jì)數(shù)器的清除端 R。靜態(tài)時(shí)，門4應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻R必須小于們的關(guān)門電阻 Rf。定時(shí)元件RC取值不 同，輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時(shí)，可以省去輸入微分電路的 Rp和Cp單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計(jì)數(shù)器提供清零信號(hào)。(4)計(jì)數(shù)及譯碼顯示(A) 74L160(計(jì)數(shù)器)簡(jiǎn)介74LS160是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，他可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能它的引腳功能如下:Vcc TC 650203 CET PE

9、向國(guó) 77| 向 |7!| 向 fT|）LlILlILiJLlILlILiJLJLaI*R CP P（） Pf P2 P3 CEP GNO 圖（7） 74LS160引腳圖功能表如下：當(dāng)清零端CR= 0，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、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 =T 、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=

10、Q0- Q1 Q2 Q3 CET。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。（B）十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160與譯碼顯示器構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元圖(8)電子表秒計(jì)數(shù)單元電路5.設(shè)計(jì)仿真與PCB0版1 .、將各部分電路在MULTISIM11中連接并進(jìn)行仿真(1)時(shí)鐘發(fā)生器的仿真用示波器觀察輸出電壓波形并測(cè)量其頻率，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使 輸出100Hz矩形波。仿真結(jié)果如下：就O a cilloscope-XSC 11|，*，! 產(chǎn),， 一 上:1.1 ； ” L -j _i 9 W -r V Y V T WWW u - r ， a 一| 一q =

11、l =，= r J - l r . r = r =l r - r = ir = * - r =1= r = + l, - 7 - r- -r -，= ” =廣 r= ， 1-L=r - tr . =，= J , - L .1. , - J , 1. J , J H1 _11111Illi圖（9）多諧振蕩器信號(hào)波形圖（2）與非門基本RS觸發(fā)器的仿真用示波器觀察基本RS觸發(fā)器的波形圖如下（先閉合J1后再打開(kāi)J1,再閉合J2后再打開(kāi)）。仿真結(jié)果如下：圖（10） RS觸發(fā)器仿真圖（3）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的仿真將啟停電路單元的按鈕按下，則此電路輸出一個(gè)有效信號(hào)（負(fù)脈沖），但持續(xù)時(shí)間很短。仿真結(jié)果如下：Osci

12、lloscope-XSClChannel BR甘迪rxi4*T1T2Time 0.000 s 0.000 s D.ODO sT2-T1Channel _A0.000 VO.tlOOV0.000 VSaveExt, TriggerTimebas?Scale 10 ms/DivChannd A5血 S V/DlvChannel BScala 5 V/Dr/Trigger EdgeX position 0Y portion 0Y position 0LevelY/T Add B/A 用B0 DCAC 0 DCTypeSnga Nor. Auto Ncmt圖（11）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形（4）計(jì)數(shù)電路的仿真

13、仿真結(jié)果如下：圖（12）計(jì)數(shù)單元的仿真2 .電子秒表的整體測(cè)試各單元電路測(cè)試正常后，按總圖把幾個(gè)單元電路連接起來(lái),進(jìn)行電子秒表的總體仿真。仿真結(jié)果如下:圖（13）電子秒表總體仿真圖3 .PCB版電路電路制作在MULTISIM11畫好電路圖，仿真成功以后，設(shè)置個(gè)原件封裝，直接導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)表。在protell99se 中導(dǎo)入生成的網(wǎng)絡(luò)表截圖可見(jiàn)xpioFcr l m$ Pwgn DnihpK .*J股匕“。叼口 5的；附T fcj電？WQ明日| gijgn T/通R.勺乩日；白DDCumAhtf國(guó) CB B.PCB電子和方.iiM*曰*3調(diào)制電子出電DDE電千秒表.口口日Dfoojrntreta匚）電

14、子秒表.ne IirTU2DIF16M1號(hào)iRHF3 D1P1E. 74L51&0H c Bl D1P1G 74LSltQNU1D DIP16 7iL91bOHU1LIMP1G 74L5160H電子秒表網(wǎng)絡(luò)表(2) PCB制版# i用至3d理向電力毛口口67LSldQN?1LS16ON尸斗L516QN 74LS16QNI* .1 I*包產(chǎn)卜電子勤表-DDB DDCumenls 電子秒表.nttPCB1 PCBPCEJ版圖四.心得體會(huì)經(jīng)過(guò)這次的數(shù)字電子秒表課程設(shè)計(jì)后，我從中學(xué)到了好多東西。綜合我們上一個(gè)學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課，我們已經(jīng)對(duì)數(shù) 字電子技術(shù)有一定的了解，主要是我們熟悉了protell

15、99se 軟件和multisimll兩個(gè)軟件。加上之前學(xué)過(guò)的電路課和模擬電子技術(shù) 基礎(chǔ)課，我們可以獨(dú)立完成電路 CAD礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)了。不過(guò)，在課設(shè)當(dāng)中還是遇到許多不懂的問(wèn)題，都積極向老師 同學(xué)請(qǐng)教，基本都攻克了難題。學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)數(shù)字電子電路的一般 方法，還進(jìn)一步熟悉數(shù)字電子器件的使用。課設(shè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題：1、在繪制電路圖的過(guò)程中對(duì)數(shù)電中學(xué)習(xí)過(guò)的 555芯片不是很 熟悉，通過(guò)上網(wǎng)查找，發(fā)現(xiàn)555產(chǎn)生方波的參數(shù)方程為T=1.1RC 這是一個(gè)很關(guān)鍵的方程，調(diào)節(jié)RC可以改變方波周期，使我能夠順 利的得到100Hz的方波。2、在生成網(wǎng)絡(luò)表后，在 protel99se 中導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，產(chǎn)生許 多問(wèn)題，例如：m

16、ultisim 中的封裝名跟protel中的不一樣，或 者是封裝原件沒(méi)有，最關(guān)鍵的問(wèn)題是在pcb板上有好幾個(gè)741s160 ,考慮怎么能減少，將各個(gè)與非門合并到一個(gè)741s160中，進(jìn)過(guò)向老師請(qǐng)教，修改了原來(lái)的電路原理圖，找到了解決辦法，從新生成網(wǎng)絡(luò)表，在 pcb中減少了 4個(gè)741s160,感覺(jué)原件 減少了許多。這個(gè)課程設(shè)計(jì)課我還不是很熟悉，第一次做難免會(huì)感到陌 生，而且對(duì)很多基本的東西都不是很清楚，在一定程度上影響了 我們的課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，希望能在以后的時(shí)間里認(rèn)真學(xué)習(xí)好這些 基礎(chǔ)的東西。我對(duì)這個(gè)課程設(shè)計(jì)課有著深刻的體會(huì)：要想做好這 個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須認(rèn)認(rèn)真真地去做，不要怕麻煩，遇到不懂的 問(wèn)題就要主動(dòng)去問(wèn)同學(xué)或者老師。最后我希望課程設(shè)計(jì)課能夠再 多一點(diǎn)給我們提供動(dòng)手的機(jī)會(huì)，并讓我們多點(diǎn)發(fā)揮主觀能動(dòng)性和 創(chuàng)造能力，這樣可以在學(xué)到東西的同時(shí)又能發(fā)散大家的思維?？傊?，通過(guò)這次練習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計(jì) 電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過(guò)程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)