數(shù)字式秒表 包括仿真 報(bào)告 各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)

1、數(shù)字式秒表課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1. 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字式秒表2. 主要單元電路參數(shù)計(jì)算和元器件選擇；3. 畫出總體電路圖；4. 借助仿真軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真試驗(yàn)；5. 仿真成功后，在插線板上連接設(shè)計(jì)的電路并進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試；6. 最終實(shí)現(xiàn)秒表的計(jì)時(shí)、停止、復(fù)位功能前言本次課程設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的三位數(shù)字式秒表是電子通信類專業(yè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中最基本的一項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，也是學(xué)生們必須熟練掌握的一項(xiàng)基本技能之一。數(shù)字秒表是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)分、秒、毫秒進(jìn)行控制的數(shù)字顯示計(jì)時(shí)裝置，廣泛用于體育比賽中，有很高的實(shí)用價(jià)值。該數(shù)字計(jì)數(shù)系統(tǒng)由直流電源、計(jì)數(shù)電路、0.1秒脈沖發(fā)生電路、計(jì)數(shù)控制電路、鎖存譯碼及數(shù)碼顯示電路組成

2、。其中核心的部分為0.1秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)、譯碼及顯示電路部分，而其它部分是為了使電子秒表功能更加完善而采取的附加控制部分。本設(shè)計(jì)報(bào)告由內(nèi)容摘要、設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)要求、方案論證、單元電路設(shè)計(jì)、電路圖及電路工作原理、組裝調(diào)試、設(shè)計(jì)成果評(píng)價(jià)、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)、參考文獻(xiàn)和元器件清單十一大部分組成，力求將整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程、工作原理及心得體會(huì)完整的呈現(xiàn)出來。1、方案論證及選擇1.1整體電路構(gòu)思：利用已學(xué)的數(shù)模電知識(shí)進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，再將各個(gè)單元電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)成為整體電路圖。1.2方案1 計(jì)數(shù)電路由三個(gè)異步清零的74LS160計(jì)數(shù)器，一個(gè)與非門組成。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：對(duì)分和秒進(jìn)行計(jì)數(shù)；六進(jìn)制計(jì)數(shù)器：分別對(duì)秒

3、十位分十位進(jìn)行計(jì)數(shù)；十進(jìn)制計(jì)數(shù)：分別對(duì)秒個(gè)位和分個(gè)位進(jìn)行計(jì)數(shù)；掃描顯示譯碼器：完成對(duì)7字段數(shù)碼管顯示的控制；3片74LS160通過進(jìn)位端級(jí)聯(lián)組成模1000的計(jì)數(shù)器，其中低位的兩片U2.U3構(gòu)成一百進(jìn)制，由與非門鎖定最高位U1在00000110，構(gòu)成六進(jìn)制，這樣就組成10*10*6的600進(jìn)制計(jì)數(shù)器，信號(hào)作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘接到三個(gè)時(shí)鐘端，使計(jì)數(shù)器對(duì)信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。1.3方案2 計(jì)數(shù)電路由三個(gè)同步置數(shù)的74LS160計(jì)數(shù)器，一個(gè)與非門組成。此方案與方案1電路的不同處是與非門的輸出接三個(gè)計(jì)數(shù)器的異步清零端，采用 并行置數(shù)。計(jì)數(shù)從高位到低位依次為6、0、0。其中600是過渡狀態(tài)，顯示器上只存在個(gè)很短時(shí)間，

4、幾乎無顯示，所以計(jì)數(shù)從000到599，然而輸入的是0.1秒的脈沖，所以計(jì)數(shù)是從00.0到59.9同時(shí)，把秒脈沖接到三個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端，控制技術(shù)器在高脈沖是計(jì)數(shù)，下降沿鎖存計(jì)數(shù)結(jié)果，以便輸出顯示，低電平時(shí)清零計(jì)數(shù)器，以便下一個(gè)秒脈沖重新開始計(jì)數(shù)。數(shù)字式秒表系統(tǒng)圖直流電源時(shí)鐘脈沖電路計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)控 制 電 路鎖存譯碼電路數(shù)碼顯示電路 備注：（1）圖中直流電源的變壓器為220V變9V的。（2）圖中的時(shí)鐘電路由輸出脈沖占空比為2/3的NE555定時(shí)器組成。（3）計(jì)數(shù)電路由三個(gè)74LS160組成。（4）鎖存譯碼電路由三個(gè)CD4511組成。（5）數(shù)碼顯示電路由三個(gè)共陰極七段數(shù)碼顯示器，和若干電阻組成。1.

5、4方案選擇：方案二與已學(xué)的數(shù)模電知識(shí)聯(lián)系比較緊密，有較好的知識(shí)基礎(chǔ)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)與實(shí)踐聯(lián)系起來，而且電路設(shè)計(jì)能夠模塊化，實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單，所需器件實(shí)驗(yàn)室也能夠滿足，因此最終選擇方案二實(shí)現(xiàn)本次課程設(shè)計(jì)。2、單元電路設(shè)計(jì)2.1信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)數(shù)字式秒表由振蕩器，分頻器，計(jì)數(shù)器，譯碼器和顯示電路所組成。振蕩器產(chǎn)生的毫秒信號(hào)輸入計(jì)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果以分，秒，毫秒的形式表示顯示出來。振蕩器是整個(gè)秒表的核心，它產(chǎn)生一個(gè)頻率標(biāo)準(zhǔn)，其精度和穩(wěn)定度基本決定了秒表的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性和精度。由于555定時(shí)器的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動(dòng)電流大，功能靈活且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單計(jì)算簡(jiǎn)單。因此在本電路中采用NE555定時(shí)器構(gòu)成的多諧

6、振蕩器作為振蕩源，用來產(chǎn)生10HZ的脈沖信號(hào)。 2.1.1電路原理圖設(shè)計(jì) 2.1.2元器件選擇及參數(shù)計(jì)算555定時(shí)器的頻率和占空比尤其外部所接的電阻和電容共同決定，因此只要選擇好電容和電阻的參數(shù)就能夠產(chǎn)生所需頻率的脈沖。頻率：f=1.43/(R1+2R2)C=10Hz，產(chǎn)生10Hz頻率占空比：q=r1/(r1+2r2)=2/3所以，電容C1=0.01u，C2=10u定值電阻R=4.7K，可變電阻R=1K,設(shè)計(jì)中可用兩個(gè)4.8K的電阻代替。端口3為脈沖發(fā)生器的輸出端口。2.2控制電路的設(shè)計(jì)控制電路是完善整個(gè)系統(tǒng)電路的必不可少的模塊。核心器件采用7476JK觸發(fā)器。采用J1、J2、Q2這幾個(gè)端實(shí)現(xiàn)

7、相關(guān)的控制功能。將J1接至信號(hào)發(fā)生器的復(fù)位端，當(dāng)為高電平時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，當(dāng)為低電平是封鎖脈沖信號(hào)使計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)暫停功能。J2接至計(jì)數(shù)器的清零端，當(dāng)為高電平時(shí)計(jì)數(shù)器正常工作，為低電平時(shí)計(jì)時(shí)器清零，以實(shí)現(xiàn)清零功能。Q2接至CD4511的控制端，當(dāng)為高電平時(shí)顯示譯碼數(shù)據(jù)，為低電平時(shí)鎖存顯示，但計(jì)數(shù)器仍正常工作，這樣就實(shí)現(xiàn)了固顯功能。2.3直流電源的設(shè)計(jì)其電路圖如圖所示直流電壓源的輸入為220V交流電因此采用變壓器直接變壓的方法，使輸出為9V的交流電，再利用整流橋?qū)⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟妷海笥?200u和0.047u并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為濾波電路,為了是輸出電壓穩(wěn)定采用7805作偽穩(wěn)壓電路，為后面的電路

8、提供穩(wěn)定的5V直流電壓。2.4譯碼顯示電路的設(shè)計(jì)譯碼器部分由三片CD4511構(gòu)成。將秒計(jì)時(shí)器74LS160的四個(gè)輸出端QA、QB、QC、QD分別對(duì)應(yīng)接至譯碼器CD4511的輸入端，譯碼后的事故初段接至共陰極7段數(shù)碼管的ag端，就可以顯示09十進(jìn)制數(shù)字。毫秒和十秒位同理。這樣就構(gòu)成一個(gè)完整的譯碼顯示電路。2.5計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器部分采用三片74ls160串行的方式構(gòu)成。74ls160是十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，具有置數(shù)、清零的功能。EP、ET是使能端，為高電平有效。將低位的輸出信號(hào)接至高位的使能端，將最高位芯片通過與非門產(chǎn)生進(jìn)位清零信號(hào)，從而達(dá)到整體回零的目的。從而構(gòu)成完整的計(jì)數(shù)單元3、電路仿真分析各單

9、元電路和系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)好之后就要進(jìn)行仿真了。仿真是利用專業(yè)的軟件模擬電路的運(yùn)行結(jié)果，是檢驗(yàn)電路設(shè)計(jì)是否正確能否工作的快捷有效的方法。我們仿真時(shí)用的是Proteus7.0，它是專業(yè)的電子電路仿真軟件。具有強(qiáng)大的庫(kù)功能，可以在里面找到各種型號(hào)的電子元器件。并且具有各種模擬測(cè)試儀器，如電壓表、示波器、各種型號(hào)的電源等。因此可以對(duì)電路進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量。使用十分方便。3.1電路的仿真信號(hào)源的仿真圖及測(cè)試結(jié)果：3.1電路的仿真信號(hào)源的仿真圖及測(cè)試結(jié)果：計(jì)數(shù)及譯碼顯示部分的仿真結(jié)果：3.2整體電路圖初稿四、電路的裝調(diào)和分析4.1電路的安裝和調(diào)試在領(lǐng)到器件并按照功能檢測(cè)完器件之后我們開始進(jìn)行組裝調(diào)試。我們分工完成

10、各個(gè)部分的組裝最后再進(jìn)行總裝，這樣既可以發(fā)揮個(gè)人的技術(shù)特長(zhǎng)又能夠提高效率。我主要負(fù)責(zé)直流電源和時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的組裝調(diào)試。電源采用變壓器直接變壓的方式是輸出為5V直流電壓。按照之前設(shè)計(jì)好的電路圖在插線板上開始布線，布線完成經(jīng)再次對(duì)照電路圖無誤后接通220V交流電源，經(jīng)過調(diào)試用電壓表測(cè)量輸出為5.005V的直流電壓符合設(shè)計(jì)要求。提供時(shí)鐘脈沖的信號(hào)源選用的是NE555，和1k電阻兩個(gè)，2個(gè)47K的電阻，10uf和0.01uf電容各一個(gè)，按照電路原理圖接好線后經(jīng)過無數(shù)次的調(diào)試，最終，在老師的指導(dǎo)下，將輸出信號(hào)經(jīng)與非門后才得到了所要求的穩(wěn)定的10Hz信號(hào)，才完成了信號(hào)源的調(diào)試。接下來完成的是計(jì)數(shù)電路，計(jì)

11、數(shù)電路是由三個(gè)74LS160組成的串行輸入同步置數(shù)電路，譯碼鎖存電路是由三片CD4511構(gòu)成的， CD4511構(gòu)成的譯碼鎖存電路所得到的二進(jìn)制代碼由BCD 碼七段碼譯碼器來顯示完成。然后是控制電路，控制電路是由兩塊74LS76JK觸發(fā)器組成。將以上模塊連接在一起就構(gòu)成了所要求的計(jì)數(shù)電路。本設(shè)計(jì)采用電路仿真對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了調(diào)試，在調(diào)試過程中遇到了不少的麻煩，經(jīng)過多次反復(fù)的檢查和排除，最終實(shí)現(xiàn)了全部功能。調(diào)試方法：按模塊調(diào)試，在每個(gè)模塊的輸入端加理想的調(diào)試信號(hào)，在輸出端接示波器，觀察輸出波形，如果波形符合設(shè)計(jì)預(yù)期，則說明此模塊工作正常，否則可按從輸出到輸入的順序逐一排查，直到解決問題。當(dāng)各模塊調(diào)試

12、無誤后，將各模塊連接起來，同時(shí)要注意接口的電平匹配問題。4.2故障及分析故障1：脈沖發(fā)生器（555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器）沒法實(shí)現(xiàn)0.1秒的脈沖信號(hào)。原因：參數(shù)不對(duì)。排除方法：利用f=(1.43/R1+2R2)C適當(dāng)?shù)倪x取定值電阻、電容的大小和可變電阻的最大阻值，最終使得其產(chǎn)生正確的脈沖信號(hào)。故障2：數(shù)碼管顯示亂碼。原因：計(jì)數(shù)器芯片74LS160管腳接線錯(cuò)誤，LED數(shù)碼管的共極性弄反（按共陽極的接線方法接線）。排除方法：對(duì)計(jì)數(shù)器正確接線，調(diào)整數(shù)碼管的陰陽極接線（按共陰極的接線方法接線）。故障3：數(shù)碼管數(shù)字跳動(dòng)頻率不均勻。原因：使能輸入信號(hào)和清零信號(hào)的波形不是規(guī)則的脈沖方波。排除方法：用示波器觀

13、察脈沖輸出電路輸出端的波形，如果不規(guī)則就加以個(gè)反相器（用74LS00代替）整形，同時(shí)，這樣還能達(dá)到減小誤差的目的。故障4：直流電壓源輸出電壓為9V原因：穩(wěn)壓管接地端接觸不良排除方法：重新安裝穩(wěn)壓管確保接觸良好，并區(qū)分清輸入端、輸出端和接地端。用電壓表測(cè)試使其輸出為5V。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和測(cè)量最終所得結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相符，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)初課設(shè)要求中的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并且在將各模塊電路總裝在一起后仍能準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)所有功能，即實(shí)現(xiàn)了由0.1秒到59.9秒的計(jì)數(shù)、暫停、清零和固顯等功能。4.3電路測(cè)試結(jié)果與分析4.3.1基本JK觸發(fā)器的測(cè)試操作Q 的值的值按動(dòng)K201按動(dòng)K110基本JK 觸發(fā)器的測(cè)試基本JK 觸

14、發(fā)器實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)和停止秒表的作用。4.3.2時(shí)鐘發(fā)生器的測(cè)試示波器輸出波形為五、課程設(shè)計(jì)總結(jié)為期三周的課程設(shè)計(jì)將要結(jié)束，在這三周時(shí)間里我學(xué)到了以及掌握了很多課本上所學(xué)不到的東西。首先我們的動(dòng)手能力及基本技能得到了提高，如對(duì)各種數(shù)碼管元器件的功能有了更深入的了解，對(duì)常用元器件的識(shí)別、測(cè)量、熟練運(yùn)用有了恒大提高。通過對(duì)已學(xué)的數(shù)電知識(shí)回顧和運(yùn)用鞏固加深了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。最重要的是對(duì)電子電路系統(tǒng)開發(fā)的基本思想、基本程序和總體過程有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，這將正確指導(dǎo)我們以后的學(xué)習(xí)，對(duì)我們以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了一個(gè)扎實(shí)的基礎(chǔ)。在這三周時(shí)間里，我們小組進(jìn)行了明確的分工，有設(shè)計(jì)電源的，控制的，數(shù)字譯碼的，我設(shè)計(jì)的是

15、信號(hào)脈沖部分，實(shí)驗(yàn)雖然很辛苦，但在實(shí)驗(yàn)過程中我體會(huì)回到了從失敗到成功的喜悅。在設(shè)計(jì)實(shí)踐的過程中，我深深的體會(huì)到扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)得重要性，以及熟練的動(dòng)手能力，要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是將設(shè)計(jì)電路用元件連接出來，這也印證了我們動(dòng)手能力的薄弱，我們?cè)诟鱾€(gè)單元電路的連接上花費(fèi)了大量時(shí)間。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)曾做出了兩套方案以及仿真電路，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，這才確定了我們的電路。實(shí)驗(yàn)過程中，我深刻的體會(huì)到自學(xué)能力的重要性。因?yàn)槲覀円鶕?jù)任務(wù)書選擇合適的元器件，在設(shè)計(jì)之前必須查閱大連的資料熟悉他們的功能，以便選擇符合要

16、求的器件。而且必須搞清楚每個(gè)元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳圖、以及參數(shù)計(jì)算等。我認(rèn)為在設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)的自學(xué)能力是十分難得的。通過這次對(duì)數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字秒表的原理與設(shè)計(jì)理念。在此次的數(shù)字秒表設(shè)計(jì)過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)、管腳圖、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。而且這些知識(shí)是對(duì)我們大學(xué)生來說十分寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是無法在課堂上獲得的，是現(xiàn)今社會(huì)最重視的同時(shí)也是我們最需要提高的部分。在設(shè)計(jì)成果檢查過程中我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果出現(xiàn)了誤差，通過總結(jié)及驗(yàn)證我們認(rèn)為是誤差是元器件規(guī)格型號(hào)及干擾所產(chǎn)生的。通過這次課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，我覺的

17、數(shù)字電子設(shè)計(jì)是一個(gè)很有意思的東西，通過不同的設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出一些具有很多意想不到功能的成果。這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)各種電路都有了大概的了解，也學(xué)會(huì)了常用仿真軟件的使用，在平時(shí)的理論學(xué)習(xí)中遇到的問題都一一解決，加深了我對(duì)專業(yè)的了解，培養(yǎng)了我對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，為以后的學(xué)習(xí)打下了好的開端，我受益匪淺。在課程設(shè)計(jì)中我們經(jīng)歷了失敗以及成功后的喜悅。我也明白了，理論知識(shí)學(xué)的再怎么優(yōu)秀，如何將它們應(yīng)用到實(shí)際中才是最重要的。參考文獻(xiàn)1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）閻石 高等教育出版社2、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）童詩(shī)白 華成英 高等教育出版社3、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（第二版） 高吉祥主編 電子工業(yè)出版社4、電子技術(shù)

18、實(shí)踐與訓(xùn)練 黃仁欣主編 清華大學(xué)出版社以及網(wǎng)絡(luò)附錄附錄A：總體電路圖附錄B：原器件清單使用器件個(gè)數(shù)74ls1603個(gè)74ls762個(gè)CD45113個(gè)開關(guān)2個(gè)發(fā)光二極管1個(gè)74ls001個(gè)七段數(shù)碼管3個(gè)555定時(shí)器1個(gè)78051個(gè)電阻R12個(gè) （48k）電阻R25個(gè)（1k）電容10u 0.01u 各1個(gè)2200u 200u 2個(gè)2p2s變壓器1個(gè)電橋1個(gè)電源220v 50Hz1個(gè)附錄C：芯片的管腳圖1、74LS00（二輸入四與非門）74ls00是常用的2輸入四與非門集成電路，他的作用很簡(jiǎn)單顧名思義就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)與非門。2、74LS16074LS160 芯片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（直接清零） 用于快速計(jì)數(shù)的內(nèi)部超前進(jìn)位 用于n 位級(jí)聯(lián)的進(jìn)位輸出 同步可編程序 有置數(shù)控制線 二極管鉗位輸入 直接清零 同步計(jì)數(shù)3、555定時(shí)器用555構(gòu)成的多諧振蕩器，通過電容充放電可以形成方波來為計(jì)數(shù)器74LS160提供脈沖信號(hào)。4、CD4511CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器CD4511引腳圖其功能介紹如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，