创新实验报告——双键双计时秒表.doc

山东科技大学电工电子实验教学中心创新性实验设计报告实验项目名称 双计时数字秒表设计组长姓名 贾冠楠 学号 手机 成员姓名 陆美静 学号 成员姓名 张林静 学号 专 业 通信工程 班级 2011级 指导教师及职称 孙皓 开课学期 2012 至 2013 学年第 2学期提交时间 2013 年 07 月 04 日一、实验摘要 随着人们生活水平的日益提高,社会体系的日益完善,人们对于各种应用器材的要求也越来越高.秒表作为日常生活中,特别是体育运动中应用的特别广泛,所以精确且方便使用的秒表就被越来越多的人所选择.本秒表计时器用于体育竞赛及各种要求有较精确时的各领域，可以实现双计时功能，因而更具与使用价值。本秒表可以实现以下功能：1、秒表启动后，可记录两次停表对应的计时时间 2、计时范围：“00分00秒/00百分秒59分59秒/99百分秒” 3、以六位LED数码管显示“分、秒、百分秒” 4、两组计时所记录的时间，可随时切换显示 二、实验目的 1、通过创新设计培养创造力和想象力，培养动手动脑能力。 2、熟悉数字电路的使用，了解几种常用原件的基本功能。 3、了解科创的基本流程。三、实验设计方案1、实验原理 （一）.计时器的设计功能： 计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。计数器种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器。根据计数制的不同，分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器。为了获得百分秒与秒表的计数，本实验分别用两片74HC160芯片接成相应的百进制与六十进制的计数器用以实现百分秒与秒表的计时功能。1、集成计数器74HC160十进制计数器，其管脚排列如图。 2.构造模6、10计数器的方法 （1）模10计数器 （2）模6计数器 （2） 锁存部分设计功能：用两个74HC373芯片（8D锁存器）分别存储两次计数的数值，8D锁存器的功能表如下 （3） 控制部分设计功能：双键实现键2实现2次停表计数切换，键1实现四种功能：清零、计数开始、一次停表、二次停表。键一由计数器74HC160芯片和3线8线译码器74HC138芯片产生四种状态依次控制四种功能。2、实验内容七段显示译码器锁存模块（一）电路组成计数模块开关模块（2） 模块具体电路图及分析1、 计数模块由2片74HC160级联得到60进制计数器2、 锁存模块由2片74HC373组成，芯片（1）为直通型，即在计数状态下OC1低ENG1高；七段译码显示芯片（1）的即时数据。芯片（2）在计数状态下OC2高ENG2高，一次停表按键space按下后OC2高ENG2低，实现锁存；二次停表后由按键2按下芯片（1）OC1高芯片（2）OC2低，切换为芯片（2）的锁存数据。3、 开关模块由计数器74HC160芯片接为模4计数器输出接至3线8线译码器74HC138芯片输入端则输出端可得到四种电平变化，按键Space第一次按键后译出Y0，作为CLR信号接至计数模块CLR端，实现清零功能；按键Space第二次按键译出Y1，接D触发器保持后与按键Space第四次按键译出的Y3同时作用产生低电平，接至计数模块CLK输入端低有效三态门，实现开始计数和停表功能；按键Space第三次按键译出Y2，与Y3作用产生低电平接至ENG2，使373（2）锁存，实现一次停表功能。3、实验步骤和计划 1、在仿真软件上仿真并进行简单调试。 2、仿真无误后，按电路图在试验箱上组装电路，调试。 3、设计实物4、 实验心得1.开关控制模块为本次实验的重点和难点，实现一键四功能，关键在于用一个按键控制产生四种状态，可用计数器实现；要产生预期的信号电平，再加上相应的门电路或触发器即可实现。 2.这次的仿真实验和实物连接是第一次自己自选器件动手搭接电路，自己实践的过程中发现了一些之前没有注意到的东西，比如：（1）74HC00N和74HC00D的区别为：D和N是指封装形式。74LS00N是DIP封装（即插件）74LS00D是SMT封装（即贴片）。（2）74HC和74LS的区别为： TTL电平是5V，CMOS电平一般是12V。 因为TTL电路电源电压是5V，CMOS电路电源电压一般是12V。 5V的电平不能触发CMOS电路，12V的电平会损坏TTL电路，因此不能互相兼容匹配。TTL电平输出 L： 2.4V。 输入 L： 2.0V TTL器件输出，低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。 CMOS电平： 输出 L： 0.9*Vcc。 输入 L： 0.7*Vcc. CMOS电路不使用的输入端不能悬空，会造成逻辑混乱。 TTL电路不使用的输入端悬空为高电平 但是，CMOS集成电路电源电压可以在较大范围内变化，因而对电源的要求不像TTL集成电路那样严格，用TTL电平他们就可以兼容。因此搭接电路时，尽可能的使用同一系列的芯片，比如本实验全部采用74HC系列，包括 74HC160、74HC373 、74HC138， 及74HC74、74HC125、74HC00等。在实物连接HC和LS混用时，出现了高低电平逻辑混乱的情况。（3） 实物连接时，使用了3个实验箱，要将三个实验箱共源共地。（4） 模块化思想。本实验电路较为庞杂，无论是仿真还是实物连接，要保证最后能得出预期的实验现象，应划分模块，逐步连接调试，确保每一模块运行正常，最后在将不同模块连接得出总电路。（5） 本实验的不足之处：秒表精度未能保证：预期的消抖电路、产生百分秒的晶振等并未实现，而是选择简易的100HZ的脉冲信号源，和60进制计数器，精确到1秒。最后显示模块用了2只数码管。（6） 分享交流，实验过程中，和同组不同组的同学交流了开关控制模块的不同思路，随时优化自己的方案；最后的实物连接由我们组和另外一组共6人共同完成。 3.通过本次电路设计与搭接电路，不仅加强了我们的动手能力，而且加强了我们将书本上的知识转化成实际应用的能力。对以后将理论知识应用在工作中提供了良好的锻炼以及提高创新和发现解决问题的能力。在此感谢本次实验导师孙皓给予我们的指导及督促！并感谢学校提供的实验设备！四、实验仪器、设备和材料： 实验仪器: 数字电子实验箱：THD-4 实验器件