數(shù)電課設(shè)--帶proteus仿真的電子秒表設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上沈陽工業(yè)大學(xué) 課程設(shè)計(jì)課 程： 數(shù)電課程設(shè)計(jì) 題 目： 電子秒表 專業(yè)班級(jí): 通信工程1003班 學(xué) 號(hào): 、309、315 學(xué)生姓名: 張路、劉智佳、吳開來 指導(dǎo)教師: 趙柏山 完成時(shí)間: 2013年6月25日 目錄第1章 設(shè)計(jì)要求 結(jié)合數(shù)字邏輯電路知識(shí)，設(shè)計(jì)或分析下述功能電路，利用Proteus軟件對(duì)電路進(jìn)行功能仿真，并基于仿真結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行功能改進(jìn)。給出仿真機(jī)及分析過程及結(jié)果。設(shè)計(jì)參數(shù)： 1.設(shè)計(jì)可控的計(jì)數(shù)器（定時(shí)器）、分頻器、鍵去抖電路和動(dòng)態(tài)掃描顯示電路； 2.設(shè)計(jì)系統(tǒng)頂層電路； 3.進(jìn)行功能仿真和時(shí)序仿真； 4.對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，確認(rèn)仿真結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求

2、： 1.分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。 2.確定合理的結(jié)構(gòu)方案，對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較并考慮器件的來源，敲定可行方案。 3.設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。 4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。第2章 設(shè)計(jì)方案 方案一：實(shí)現(xiàn)秒表的功能有很多種，該方案采用的是用555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)1000HZ的秒脈沖，然后通過分頻電路接到延時(shí)電路上，

3、跟一個(gè)去抖電路連接在一起，輸出給74160做觸發(fā)信號(hào)，與另一個(gè)74160連接組成，然后把輸出端分別連接到7448譯碼器上，通過共陰極七段數(shù)碼管來顯示結(jié)果，算選用的器件便宜，精度小于5%，可實(shí)現(xiàn)0-59秒的計(jì)時(shí)，另有啟動(dòng)、暫停、和清零三個(gè)功能。但在電路仿真過程中不是很順利，仿真結(jié)果與自己的設(shè)想有所出入，故方案一僅在設(shè)計(jì)總結(jié)及評(píng)估中提及。方案二：利用555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)100HZ脈沖；設(shè)計(jì)秒邏輯電路實(shí)現(xiàn)時(shí)間的正確顯示功能；設(shè)計(jì)秒校時(shí)電路對(duì)電子秒表顯示時(shí)間進(jìn)行基本校正，經(jīng)7448譯碼后通過共陰極七段數(shù)碼管來顯示結(jié)果。該電子秒表可以準(zhǔn)確的顯示00.00-99.99s，可手動(dòng)啟動(dòng)、暫停、清零等。第3章

4、總電路設(shè)計(jì)思路該數(shù)字式秒表電路的工作原理：由555定時(shí)器產(chǎn)生100Hz脈沖信號(hào),作為10毫秒的計(jì)時(shí)脈沖；10毫秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿10后，向100毫秒計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位脈沖；100毫秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿10后，向1秒計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位脈沖；1秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿10后，向10秒計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位脈沖。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)顯示譯碼器譯碼后送顯示器顯示。該電路設(shè)置兩個(gè)控制鍵“SW1”,“SW2”。鍵“SW1”控制電路的清零功能，鍵“SW2”控制電路的暫停功能。顯示器顯示器顯示器顯示器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器脈沖發(fā)生器清零暫停圖3-1 數(shù)字式秒表電路的結(jié)構(gòu)框圖第4章 分解電路的設(shè)計(jì)與說明100HZ脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)時(shí)鐘

5、發(fā)生器是模擬 數(shù)字混合式集成電路。用555定時(shí)器構(gòu)成的自激式多諧振蕩器，是一種性能較好的時(shí)鐘源。 555組成的脈沖信號(hào)發(fā)生器T1=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C;T2=R2Cln2=0.7R2C;T=T1+T2;輸出脈沖的占空比q為，q=T1/T2=(R1+R2)/(R1+2R2)我選用的參數(shù)為：R1=2.05K+2K=4.05KR2=5.1K, C=1u，f=1/0.7（R1+2R2）C=100HZ計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件,它不僅可用來計(jì)脈沖數(shù),還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí),分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能. 計(jì)數(shù)器種類很多.按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)

6、器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來分,有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器.根據(jù)計(jì)數(shù)制的不同,分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器.根據(jù)計(jì)數(shù)的增減趨勢(shì),又分為加法,減法和可逆計(jì)數(shù)器.還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計(jì)數(shù)器等等。 40192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，40192上的Rd控制端是異步清零端，高電平有效；Ld輸入端是異步預(yù)置數(shù)控制端，低電平有效；預(yù)置數(shù)數(shù)據(jù)輸入端包括D3、D2、D1和D0，D3為最高位，D0為最低位；C0端是進(jìn)位輸出端，低電平有效；B0端是借位輸出端，低電平有效；計(jì)數(shù)結(jié)果從Q3、Q2、Q1和Q0端輸出，Q3為最高位，Q0為最低位。當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖從CPU輸入時(shí)，集成芯片實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)過程，計(jì)數(shù)過程為

7、0000-1001-0000。40192集成計(jì)數(shù)器的邏輯功能如表3-2所示。表中“”表示時(shí)鐘脈沖的上升沿。表3-2 40192邏輯功能表清零預(yù)置使能預(yù)置數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出R DL DCPuCP DD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0H×××××××LLLLLL××DCBADCBALHH××××加法計(jì)數(shù)LHH××××加法計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)功能主要利用十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器40192來實(shí)現(xiàn)。因要求電子秒表顯示時(shí)間為00：0099：99秒，因此需四片40

8、192芯片，其與譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示00：0099:99秒。通過不同的連接方式，40192可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助RD對(duì)計(jì)數(shù)器清零。 由四片40192芯片構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路如下圖所示40192構(gòu)成的計(jì)數(shù)器譯碼及驅(qū)動(dòng)顯示電路的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用74××48作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。7448引腳圖 LED數(shù)碼顯示管 448管腳功能介紹如下： LT：試燈輸入端，當(dāng)T=0時(shí)，不管其他各個(gè)輸入端輸入如何，輸

9、出顯示為8，正常顯示時(shí)該端應(yīng)輸入高電平。RBI端稱為動(dòng)態(tài)消零輸入端。BI/RBO動(dòng)態(tài)清零輸出端，該端主要作為多位顯示中的多個(gè)譯碼器動(dòng)態(tài)消零連接。A、B、C、D、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。8421BCD碼對(duì)應(yīng)的顯示圖 ：8421BCD碼對(duì)應(yīng)的顯示圖譯碼顯示器電路由于設(shè)計(jì)中要有分頻器、按鍵去抖電路兩個(gè)要求，我所設(shè)計(jì)的方案二沒有應(yīng)用到，但方案一中有這兩個(gè)子電路，故下面將作介紹。分頻器設(shè)計(jì)74LS90為2-5-10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，作為十進(jìn)制進(jìn)行分頻。74LS90是異步二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法

10、計(jì)數(shù)器。通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還右借助R0（1）、R0（2）對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助S9（1）、S9（2）將計(jì)數(shù)器置9。其具體功詳述如下：（1） 計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（2） 計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（3） 若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（4） 若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（5） 清零、置9功能。a) 異步清零

11、當(dāng)R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。b) 置9功能當(dāng)S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA =1001. 下圖為方案一分頻器截圖，由555定時(shí)器產(chǎn)生的1000HZ信號(hào)輸入到第一片74LS90的CKA端，從第三片74LS90的Q3端輸出，經(jīng)過分頻后便產(chǎn)生了1HZ的時(shí)鐘信號(hào)。按鍵去抖電路系統(tǒng)的控制開關(guān)我選擇的是單刀雙擲開關(guān)，然后接一個(gè)抖動(dòng)消除電路，控制秒表的計(jì)數(shù)和停止。它的一路輸出Q作為延遲電路的輸入，按動(dòng)按鈕開關(guān)J1時(shí)（接地），則門U2B輸出Q=0；

12、門U1B輸出Q=1，狀態(tài)保持不變。再按動(dòng)按鈕開關(guān)時(shí)；則Q由0變?yōu)?，輸出U4A開啟，為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作為準(zhǔn)備。Q由0變1，啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作?；綬S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。下圖為方案一按鍵去抖電路截圖部分，圖中單刀雙擲開關(guān)可以停止秒表工作。第5章 電路的仿真方案二仿真全圖：方案一仿真全圖：第6章 設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì)設(shè)計(jì)總結(jié)：本次課程設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案，其中方案一我盡量使用分頻器、按鍵去抖電路等設(shè)計(jì)所要求的來設(shè)計(jì)電路圖。但很遺憾，方案一并沒有達(dá)到我的預(yù)期，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試也沒能好使，不得已，我又設(shè)計(jì)了方案二，雖然電路里沒有使用分頻器、按鍵去抖電路，但在方案一的設(shè)計(jì)過程中我已經(jīng)對(duì)上述兩個(gè)子模塊電路有了一定的了解，并在報(bào)告里面均作了一一敘述。心得體會(huì)：課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步加深了對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的認(rèn)識(shí)，熟悉了對(duì)proteus軟件的學(xué)習(xí)和使用，在仿真過程中出現(xiàn)較多的問題，通過自己的努力和組員的幫助都一一解決了。通過這次對(duì)電子秒表的設(shè)計(jì)與仿真及制作，為以后的電路設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，得到了一些寶貴經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，加強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力和協(xié)同合作能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作提供了良好的范例，我會(huì)把這種認(rèn)真和實(shí)在帶到以后的生活當(dāng)中去。參考文獻(xiàn)：康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ). 5.版.北京：高等教育出版社閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).5版.北京：高等教育出版社童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).4版.北京