电子秒表课程设计.docx

电子技术课程设计 电子秒表 学院： 专业、班级: 姓名： 学号：指导教师： 2011年12月 目录一设计任务与要求二总体框图三选择器件四功能模块五总体设计电路 六设计心得体会 电子秒表电路 一、 设计任务与要求 设计实现一个电子秒表，计时部分由0.1s位，s位，s十位计数器组成 1、秒表最大计时值为59.9秒； 2、3位数码管显示，分辨率为0.1秒； 3、具有清零、启动计时、暂停及继续计数等控制功能二、 总体框图100毫秒分频电路方波信号发生器暂停/继续开始/清零秒显示器显示译码器计数器显示器显示译码器计数器由上图数字式秒表电路的结构框图可知，整个电路由方波信号发生器，分频电路，计数显示电路，启停电路与清零电路，五部分组成。设计时，计数显示电路组成时间显示电路，键控部分由于控制各部分电路，故在单元电路设计分析时省去。故该电路可以分为脉冲信号发生器、分频电路、计数器电路、时间显示电路、控制电路五大单元电路三、 选择器件（主要：555定时器74ls90）1、555定时器 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 时基电路有双极型和 cmos 型两种。lm555/lm555c 系列属于双极型。优点是输出功率大，驱动电流达 200ma。而另一种 cmos 型的优点是功耗低、电源电压低、输入阻抗高，但输出功率要小得多，输出驱动电流只有几毫安。双极型定时器cb555是由比较器c1和c2、基本rs触发器和集电极开路的放电三极管td三部分组成555管脚图555引脚图介绍如下1地( gnd )2触发 (tr),是下比较器的输入3输出 (out),有0和1两种状态,它的状态由输入所加的电平决定4复位 (r),叫上低电平(0.3v)时可使输出端为低电平5控制电压 (cv),可以用来改变上下触发电平值6门限(阈值） (th),是上比较器的输入7放电 (dis),是内部放电管的输出,它有悬空和接地两种状态,也是由输端 的状态决定8电源电(vcc)555定时器的内部逻辑电路如下图所示：图5 、555内部原理图 上图中tr为低触发端，th为高触发端，rd为清零端，co为控制电压端，d是放电端，out是输出端， vcc是电源端。2功能表高电平触发输入端th大于高阈值电压，低电平触发输入端/tr大于低阈值电压时，th有效，输出为低电平；高电平触发输入端th小于高阈值电压，低电平触发输入端/tr大于低阈值电压时，二者均无效，输出为保持；高电平触发输入端th小于高阈值电压，低电平触发输入端/tr小于低阈值电压时，th有效，输出为高电平。2、74ls90 引脚图表1 74ls90功能表输 入 输 出 功 能 清 0 置 9 时 钟 qd qc qb qa r0(1)、r0(2) s9(1)、s9(2) cp1 cp2 1 1 0 0 0 0 0 0 清 0 0 0 1 1 1 0 0 1 置 9 0 0 0 0 1 qa输出二进制计数 1 qdqcqb输出五进制计数 qa qdqcqbqa输出 8421bcd 码 十进制计数 qd qaqdqcqb输出 5421bcd 码 十进制计数 1 1 不 变 保 持 四、 功能模块1脉冲信号发生器电路1、振荡器电路设计：振荡器是数字秒表的核心。振荡的稳定度及频率的精度决定了数字式秒表的精确度，一般来说振荡器的频率越高，计时精度也越高。555定时器构成的振荡器555定时器构成的自激振荡器如图2.2，其原理为：f 1.44/ (r1+2*r2)c1； 图2.2 555振荡器电路图在本次设计中我采用了应用比较广泛的555构成的振荡器，电路图如下：运行结果如下：接通电源后，电容c1被充电，6结点的电压升高，当电压上升到2/3vcc时，触发器翻转，输出vo为低电平，放电管t导通，电容c2放电，6结点的电压降低，当电压降低到1/3vcc时，触发器翻转，输出vo为高电平，放电管t截止。如此反复，输出矩形脉冲。充电时间常数：t1=（r1r2r3）c1ln2=0.7c（r1r2r3）放电时间常数：t2=（r2r3）c1ln2=0.7c（r2r3）脉冲的频率是：f=1/t1+t2调节使调节r3=60k 欧姆，可以计算出频率为1000hz。二、分频电路设计：我们采用555构成的振荡器产生1000hz的矩形脉冲，频率太高，我们必须对其进行分频，才能产生标准的0.1秒信号，我采用的分频方法是两片十进制芯片进行2级十分频，从而得到频率为10hz的秒信号，我选取芯片74ls90电路图如下：运行结果如下：由原理图和运行结果可以看出，我们通过二级十分频，把1000hz的交流信号变为10hz的信号，即得到了标准的0.1秒的信号。三、计数电路设计我们设计的秒表要实现能计时59.9秒的功能，所以要用到三个计数器，我采用了74ls90芯片，其中有精度为0.1秒的要十进制，精度为一秒的要十进制，精度为十秒的要六进制。（1）先实现0.0-9.9秒的电路，具体实现方法是直接将两个十进制的74ls90直接级联，我采用的是串行级联的方式，由于74ls90的翻转为下降沿翻转，所以不需要在串行时加入一个非门，具体电路图如下（2）实现五进制的精度为10的计数器四、译码显示电路设计：用七段发光二极管来显示电路译出的数字，显示器有两种，共阴极和共阳极显示器，74ls48译码出来的是高电平，所以对应的显示器应该为共阴极显示器，在此次设计中，我选用的是解码显示器，即它内部有与显示器所对应的译码器，我们在使用时可以直接把需要译码的端口qa,qb,qc,qd接入，则可以直接显示数字，简单方便。 图2.9 译码显示电路图五、控制电路开始/清零键（a）：将计数器部分的每片74ls90的（）与（）端相连，如下图所示设置一个单刀双掷的开关，开关的一控制端接地，另一控制端接高电平，有74ls90功能表可知：当开关a置于接地端时，计数器开始计数,当开关a置于高电平端时，计数器清零。 图2.10 开始/清零键部分电路图暂停/继续键(b):第三章 系统综述、总体电路图图3.1 数字式秒表总体设计电路图收获与体会，存在的问题等收获体会:在整个课设过程中我们遇到了种种困难，刚开始我们对此是一头雾水，但随着在图书馆进行资料的查阅我们也渐渐的了解了这个设计的原理，在设计中我们也尝试使用不同的元器件来实现它的最终功能，尽管比较困难。musitisim软件有时会出问题，在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来，这就需要不断地尝试才能得出正确的答案。在实际的操作过程中，我们提高了自己的动手能力，虽然整个过程都是使用软件进行模拟的，调试中我们遇到各种各样的问题，电路的调试提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象，这个小小的课程设计让我可以熟练的操作multisim软件，也了解了不少器件的功能的应用，也加深了对数字电路认识和理解。 记得在所有工作都完成后，我们需要进行模拟实验，但发现怎末也模拟不出正确