數(shù)字秒表課程設(shè)計(jì)報(bào)告

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)(說明書)數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)班級(jí)/學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)院（系）自動(dòng)化專業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)學(xué)號(hào)姓名課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)時(shí)間:2011年12月19日至2012年1月01日課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)一個(gè)與實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步的數(shù)字秒表電路。二、技術(shù)指標(biāo)1．完成220V市電的整流濾波，輸出電路中所需的所有直流電壓。2．具有啟動(dòng)和停止的功能，停止后秒表應(yīng)保留所計(jì)時(shí)之值。3．具有清零功能。4．用數(shù)碼管顯示時(shí)間。5．推薦元件：74LS00、555、74161或74160、電位器、電阻、電容若干。三、設(shè)計(jì)要求1.在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。2.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)通過分析計(jì)算確定電路形式和元器件參數(shù)。3.畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。四、實(shí)驗(yàn)要求1．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路。2．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。五、推薦參考資料1．沙占友、李學(xué)芝著.中外數(shù)字萬用表電路原理與維修技術(shù).[M]北京：人民郵電出版社，1993年2．童詩(shī)白、華成英主編者.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).[M]北京：高等教育出版社，2006年3．戴伏生主編.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐.[M]北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002年4．譚博學(xué)主編.集成電路原理與應(yīng)用.[M]北京：電子工業(yè)出版社，2003年六、按照要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告指導(dǎo)教師年月日負(fù)責(zé)教師年月日學(xué)生簽字年月日成績(jī)?cè)u(píng)定表評(píng)語(yǔ)、建議或需要說明的問題：指導(dǎo)教師簽字：日期：成績(jī)概述數(shù)字式秒表是一種常用的計(jì)時(shí)工具，以其價(jià)格低廉、走時(shí)準(zhǔn)確、使用方便、功能多而廣泛用于體育比賽中，下文介紹了如何利用中小規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件進(jìn)行數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中數(shù)字秒表的最大計(jì)時(shí)是59分59秒，也就是說分辨率是1秒，最后計(jì)數(shù)結(jié)果用數(shù)碼管顯示，需要實(shí)現(xiàn)清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停計(jì)時(shí)、繼續(xù)計(jì)時(shí)等功能。在本次設(shè)計(jì)中由四片74LS161構(gòu)成計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)秒表的計(jì)數(shù)功能。由于需要比較穩(wěn)定的信號(hào)，用555定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器產(chǎn)生1HZ的信號(hào)，用四個(gè)數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)，最后在電路中加入了兩個(gè)控制開關(guān)一個(gè)控制電路的啟動(dòng)和暫停；另一個(gè)控制電路的清零。工作原理要實(shí)現(xiàn)數(shù)字秒表的控制，則要求數(shù)字信號(hào)控制系統(tǒng)由555脈沖時(shí)鐘輸出信號(hào)，且計(jì)數(shù)器具有開關(guān)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停計(jì)時(shí)、繼續(xù)計(jì)時(shí)、實(shí)現(xiàn)清零等功能，而且需要數(shù)碼管能夠顯示出數(shù)字。直流穩(wěn)壓直流穩(wěn)壓數(shù)碼顯示計(jì)數(shù)器脈沖時(shí)鐘數(shù)碼顯示計(jì)數(shù)器脈沖時(shí)鐘控制開關(guān)控制開關(guān)圖1數(shù)字秒表電路的原理框圖電路設(shè)計(jì)1.直流穩(wěn)壓電源電路圖2直流穩(wěn)壓電源電路圖工作原理：電源開關(guān)接通時(shí)，交流電壓220V經(jīng)過變壓器T1進(jìn)行變壓，變壓后電壓經(jīng)過整流橋電路D1進(jìn)行整流后，在經(jīng)過濾波電容C3=470μF濾除多余的雜波，此時(shí)電壓信號(hào)較為清晰，但是仍然不穩(wěn)定，電壓信號(hào)再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器LM7805CT進(jìn)行穩(wěn)壓，這時(shí)得到的電源電壓為電路所需的穩(wěn)定的5V。2.555多諧振蕩器脈沖時(shí)鐘信號(hào)電路圖3脈沖時(shí)鐘信號(hào)電路圖當(dāng)555定時(shí)器接成多諧振蕩器時(shí)可以知道電路的振蕩周期為T=（R1+R2)Cln2,振蕩頻率為f=1/T=1/(R1+R2)Cln2,通過改變R和C的參數(shù)即可以改變振蕩頻率，同時(shí)多諧振蕩器的占空比為q=T1/T=R1+R2/R1+2R2，而且多諧振蕩器只有當(dāng)高電平內(nèi)部才是導(dǎo)通的，所以應(yīng)該使占空比q非常高，假定q=98%，根據(jù)計(jì)算R1=138kΩ，R2=3kΩ，C1=10μF，此時(shí)的T大約也為1s。3.計(jì)數(shù)顯示電路圖5計(jì)數(shù)顯示電路圖74LS161集成芯片為集成4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，具有異步置0、同步并行置數(shù)、計(jì)數(shù)及保持功能。它有同步置數(shù)控制端LOAD，異步清零控制端CLR，工作模式控制端ENP、ENT，時(shí)鐘輸入端CLK，進(jìn)位輸出端RCO，并行數(shù)據(jù)輸入端D～A，計(jì)數(shù)輸出端QD～QA。各控制端控制權(quán)的優(yōu)先級(jí)是CLR最高，LOAD其次，最低ENP、ENT。四、性能的測(cè)試1.直流穩(wěn)壓電源的測(cè)試圖6直流穩(wěn)壓電源電壓測(cè)試電路圖圖7直流穩(wěn)壓電源電壓測(cè)試顯示圖圖8直流穩(wěn)壓電源波形測(cè)試電路圖圖9直流穩(wěn)壓電源波形測(cè)試顯示圖由圖7可以看出電壓大約為5V，而由圖9可以看出示波器顯示波形也為直流穩(wěn)壓電源，這符合設(shè)計(jì)的要求。脈沖時(shí)鐘電路的測(cè)試圖10脈沖時(shí)鐘波形測(cè)試電路圖圖11脈沖時(shí)鐘波形測(cè)試顯示圖由圖11可以看出脈沖時(shí)鐘的波形周期大約為1秒，這符合設(shè)計(jì)的要求。3.電路整體性能測(cè)試圖12秒計(jì)數(shù)顯示測(cè)試圖圖13分秒計(jì)數(shù)顯示測(cè)試圖圖14計(jì)數(shù)顯示清零測(cè)試圖圖15計(jì)數(shù)顯示暫停功能測(cè)試圖由圖12和圖13可以看出秒計(jì)數(shù)顯示和分秒計(jì)數(shù)顯示是可以運(yùn)行的，而由圖14和圖15可以看出清零功能和暫停功能都是可以運(yùn)行的，這符合設(shè)計(jì)的要求。五、結(jié)論通過一周的設(shè)計(jì)，總算是有了一個(gè)結(jié)果。方案和結(jié)果都比較滿意，完成了所有的設(shè)計(jì)要求：1.秒表最大計(jì)時(shí)值為59分59秒；2.分和秒的數(shù)碼管顯示，分辨率為1秒；3.具有清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能。在這次課題設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了電路的簡(jiǎn)潔，使電路圖簡(jiǎn)單易懂。但是，在這次設(shè)計(jì)過程中，也遇到不少的麻煩，經(jīng)過多次反復(fù)的檢查和排除，最終實(shí)現(xiàn)了所有功能。六、性價(jià)比這次設(shè)計(jì)數(shù)字秒表所選擇的元件都是價(jià)格比較低廉的，如74LS161、74LS00、74LS08、555定時(shí)器的價(jià)格大約都是1~3元，數(shù)碼顯示管的價(jià)格也是3~5元，三端穩(wěn)壓器的價(jià)格也是不到1元。而數(shù)字秒表的應(yīng)用是非常多的，所以能用大約不超過50元就能設(shè)計(jì)出一個(gè)數(shù)字秒表是性價(jià)比較高的。七、課設(shè)體會(huì)我們大二下學(xué)期學(xué)習(xí)了模電，大三上學(xué)期學(xué)習(xí)了數(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。在仿真過程中出現(xiàn)了不好清零的情況，也一直找不到癥結(jié)所在，就找到指導(dǎo)老師尋求幫助，雖然我現(xiàn)在已經(jīng)找到了答案，但是我會(huì)繼續(xù)努力去學(xué)習(xí)，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！參考文獻(xiàn)1．沙占友、李學(xué)芝著.中外數(shù)字萬用表電路原理與維修技術(shù).[M]北京：人民郵電出版社，1993年2．童詩(shī)白、華成英主編者.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).[M]北京：高等教育出版社，2006年3．戴伏生主編.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐.[M]北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002年4．譚博學(xué)主編.集成電路原理與應(yīng)用.[M]北京：電子工業(yè)出版社，2003年附錄I總電路圖附錄II元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1U2,U3,U4,U7十六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS16142U6,U8,U9,U10四段字符顯示器DCD-HEX43U5A,U5B,U5C,U5D,U11A二輸