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电子秒表的设计与制作 张长1 目的 利用数电课程中学习的单元逻辑电路和逻辑门 设计电子秒表 了解计数器 显示器 译码器 触发器 单稳电路 多谐振荡器的原理及应用 熟悉仪器设计 安装 调试的基本方法和步骤 2 1设计要求 a 利用逻辑电路设计两位电子秒表 实现9 9秒计时 b 设计两个按钮 控制 启动 和 停止 操作 也可设计单按钮 按一下 启动 再按一下 停止 3 2任务 a 方案选择与论证 方案的原理框图 单元电路设计与计算说明 元器件选择和电路参数计算说明 画出总体电路图 b 利用Multisim等仿真软件 进行仿真分析 c 利用Protel99 AltiumDesigner等软件画出原理图 印制电路板 pcb 图 d 电路安装 面包板 调试 e 写课程设计报告 4 3 时间安排 a 电路设计1 3天 b 电路安装1天 c 调试1天 d 课程设计报告1 3天 5 4总体方案设计 6 5单元设计 5 1多谐振荡器采用555时基电路组成多谐振荡器 产生50Hz的脉冲信号 周期为20ms 7 参数计算 振荡周期T 20ms 0 02s计算公式 T 0 7 R1 2R2 C占空比q R1 R2 R1 2R2 取C 0 33 F 0 7 R1 2R2 x0 33x10 6 20 x10 3R1 2R2 20 x103 0 7x0 33 86 58x103取占空比q 3 4 R1 2R2R2 86 58x103 4 21 645K取标称值R2 20KR1 86 58K 40K 46 58K考虑到元器件的误差 R1用一个固定电阻和一个电位器代替 对振荡周期进行微调 R1取标称值39K 电位器取10K C2为滤波电容 取0 01 F 8 5 20 1秒脉冲发生器 五进制计数器对多谐振荡器产生的20ms脉冲计数 输出5X20ms 0 1秒脉冲 采用二 五 十进制计数器74LS90 按五进制计数器接线对多谐振荡器输出的20ms脉冲计数 由于该芯片无进位端 计够5个数时Q3 1 计第6个数时Q2清零 故用Q3作为进位端 输出0 1秒脉冲 9 图30 1秒脉冲发生器 10 5 3启动 停止电路 设置两个按键 分别控制电子秒表的启动或停止 由与非门组成基本RS触发器 两按键分别控制R S端 使触发器复位或置位 采用置位启动方式 Q端控制门开关 为高电平时打开门输出计数脉冲 开始计数 低电平时关闭门 禁止计数脉冲输出 启动计数时应同步清空计数器 因此 采用Q输出清零脉冲 11 5 4复位电路 由RS触发器输出的清零信号是低电平信号 而计数器需在启动时复位 启动后输入脉冲时计数 因此需将复位电平转换成复位脉冲 其宽度既能满足计数器复位的需要 又低于计数脉冲周期 保证启动后准确计数 计数值在停止计数时应保持 因此又要求停止计数时不清零 12 根据以上分析 采用微分电路将清零信号下跳沿转换成微分脉冲 其幅度应大于门电路的阈值电压VT 再由单稳触发器将微分脉冲转换成宽度满足要求的复位脉冲 74LS90的功能表可知 R端为高电平时复位 低电平时计数 因此 用非门将V01反相输出V0 送至74LS90的R端 清零后保持计数状态 13 输出脉冲宽度应远小于计数脉冲 选C 4700P R 470 tw 0 85RC 0 85x470 x4700X10 12 1 88 s 远小于20ms的脉冲宽度 不影响计数 单稳触发器用窄脉冲触发 要求触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度 采用微分电路 既要保证微分脉冲足够窄 又要保证稳态时门输入为高电平 选择分压电阻为1 5K和1K 分压VI2 5x1K 1 5K 1K 2V 大于高电平最小值1 8V 满足稳态时门输入为高电平 设清零信号高电平为3 6V 稳态时电容C上电压值VC 1 6V 清零信号变为低电平0 3V时 选微分电容510P 充电时间常数1 5Kx510 x10 12 14 5 5计数器 2位电子秒表第一位显示单位为0 1秒 第二位显示单位为秒 均为逢十进一 需两个十进制计数器 为遵循元器件种类最少原则 同样采用74LS9