电子秒表设计--赵宝龙08103090124

西安文理学院机械电子工程系 电子课程设计报告 专业班级 09 级自动化 1 班 课 程 电子课程设计 题 目 电子秒表的设计 学 号 08103090124 学生姓名 赵 宝 龙 指导教师 范 璟 成 绩 2011 年 12 月 西安文理学院课程设计报告 西安文理学院机械电子工程系 课程设计任务书 学生姓名 赵宝龙 专业班级 09 级自动化班 学 号 08103090124 指导教师 范璟 职 称 讲师 教研室 自动化 课 程 数字电子技术 题目 电子秒表的设计 任务与要求 设计一个简易秒表设计一个简易秒表 该秒表由该秒表由 4 4 位七段位七段 LEDLED 显示器显示 其中一位显显示器显示 其中一位显 示示 min min 两位显示两位显示 s s 一位显示 一位显示 ms ms 其中显示分辩率为 其中显示分辩率为 0 10 1 s s 计时范围是 计时范围是 0 0 9 9 分分 5959 秒秒 9 9 毫秒 毫秒 熟悉原理图 并对设计电路进行仿真 写出完整 详细的课程设计报熟悉原理图 并对设计电路进行仿真 写出完整 详细的课程设计报 告 告 开始日期 2011 12 12 完成日期 2011 12 23 2011 年 12 月 3 日 西安文理学院课程设计报告 电子秒表的设计 摘要 为了熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用 学习加深理解数字电路的基本理论 知识 学习仔细的做实验的习惯 积极的查找资料 提高分析和解决实际问题的能 更 好的融会贯通所学专业店学理论与理论在实践和日常生活中的运用 我们运 555 振荡器 74LS90 和 74LS48 芯片为核心 设计制作了具有启动 暂停 复位功能的 4 位 LED 数码管 显示 0s 9min59 9s 的电子秒表 关键词 电子秒表 振荡电路 分频 脉冲 西安文理学院课程设计报告 1 目录目录 1 设计任务与思想 设计任务与思想 1 1 1 设计任务设计任务 1 1 2 设计目的设计目的 1 1 3 设计总体思想设计总体思想 1 2 工作框图和设计原理 工作框图和设计原理 2 2 1 基本框图 基本框图 2 2 2 设计原理设计原理 2 2 3 单元电路的设计单元电路的设计 3 2 4 时钟分频计数电路时钟分频计数电路 4 2 5 译码驱动与显示电路译码驱动与显示电路 7 3 总电路的设计 总电路的设计 8 4 设计总结与体会 设计总结与体会 9 致谢致谢 10 参考文献参考文献 11 附录附录 12 西安文理学院课程设计报告 1 第第 1 章章 设计任务与思想设计任务与思想 1 1 1 1 设计任务设计任务 设计 4 位数码管显示 其中 1 位显示 min 2 位显示 sec 一位显示十分之 一秒 显示分辨率为 0 1s 秒表的最大计时值为 9min59 9 sec 设置秒表的复 位 启动键 按一下该键启动计时 再按即清 0 依此循环 时钟脉冲是整个系 统的时基信号 有一定的精度要求 该系统用 555 定时器 74LS90 74LS48 等 元件实现 1 1 2 2 设计目的设计目的 1 2 1 进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用 1 2 2 学习和练习在面加深理解数字电路的基本理论知识 学习基本理论在 实践中综合运用的初步经验 掌握数字电路系统设计的基本方法包括板上接 线的方法 技术 要注意的问题 1 2 3 学习数字电路实物制作 调试 测试 故障查找和排除的方法 1 2 4 学习仔细的做实验的习惯 积极的查找资料 1 2 5 提高分析和解决实际问题的能力 1 3 设计总体思想设计总体思想 RS 触发器作为 启动和停止秒表工作的电路 为实现电子秒表的计时与显 示功能 首先 需要一准确的时钟脉冲 脉冲频率为 50Hz 在一般教学实验箱中有 连续可调的时钟脉冲 而在 Multisim 软件中可用模拟的信号发生器 为了达 到进一步熟悉和应用数字电路模块 我们模拟应用了 555 振荡器 而开关控 制电路 用集成与非门构成的基本 其次 需要一时钟脉冲分频电路 以生成各种所需脉冲 考虑到时钟进制 的不同 分别需要十分频 六分频电路 并分别输出 得到分 秒以及秒后的 一位所需的显示信号 此电路主要由 74LS60 74LS148 等集成电路构成的组合 电路实现 最后 需要显示译码电路 显示电路输出结果 本设计用的是 CD4511 它 是用于驱动共阴 LED 显示器的 BCD 84217 段译码器 西安文理学院课程设计报告 2 第第 2 章章 工作框图和设计原理工作框图和设计原理 2 1 基本框图如图基本框图如图 2 12 1 计数 时钟 电路 控制电路及时钟 电路 显示 译码 3 图 2 1 基本框图 2 22 2 设计原理 设计原理 2 2 1 设计指标 1 数字式秒表实现简单的计时与显示 按下启动键开始清零计时 按下 停止键 计时停止 2 具有 分 0 9 秒 00 59 十分之一秒 0 9 数字显示 分辨率为 0 1 秒 计时范围从 0 分 0 秒 0 到 9 分 59 秒 9 2 2 2 电子秒表的构成 如图 2 2 所示为电子秒表的一般构成框图 利用 555 设计一个多谐振荡器 其产生的秒脉冲触发 74LS60 计数 计时部分的计数器由分频 0 1s 位 s 个位 s 十位和分个位五个计数器组成 最后通过 74LS48 译码在数码管上显 示输出 由启动和停止电路控制启动和停止秒表 西安文理学院课程设计报告 3 图 2 2 电子秒表构成框图 2 32 3 单元电路设计 单元电路设计 2 3 1 用 555 定时器构成方波发生器 1 555 定时器引脚排列及功能表 图 2 1 555 定时器引脚排列 它的各个引脚功能如下 1 脚 外接电源负端 VSS 或接地 一般情况下接地 TRIG 2 OUT 3 4 CVOLT 5 THOL D 6 DISCHG 7 8 1 RESETVCC GND U UA555 西安文理学院课程设计报告 4 8 脚 外接电源 VCC 双极型时基电路 VCC 的范围是 4 5 16VCMOS 型时基 电路 VCC 的范围为 3 18V 一般用 5V 3 脚 输出端 Vo 4 脚 是直接清零端 当 DR 端接低电平 则时基电路不工作 此时不论TL DR TH 处于何电平 时基电路 2 脚 TL低触发端 6 脚 TH 高触发端 输出为 0 该端不用时应接高电平 5 脚 VC 为控制电压端 若此端外接电压 则可改变内部两个比较器的基准电 压 当该端不用时 应将该端串入一只 0 01 F 电容接地 以防引入干扰 7 脚 放电端 该端与放电管集电极相连 用做定时器时电容的放电 在 1 脚接地 5 脚未外接电压 两个比较器 A1 A2 基准电压分别为 的情况下 555 时基电路的功能表如下表所示 CCCC VV 3 1 3 2 表 2 1 555 时基电路的功能表 2 4 时钟分频计数电路 2 4 1 分频器电路 通常 数字钟的晶体振荡器输出频率较高 为了得到 10Hz 的秒信号输入 需要对振荡器的输出信号进行分频 须设计一个五进制计数器 对频率为 50HZ 的时钟脉冲进行五分频 在输出端 Q4 取得周期为 0 1S 的矩形脉冲 西安文理学院课程设计报告 5 作为 时间计数单元的时钟输入 用集成异步计数器 74LS90 实现 电路图 如 图 2 3 74LS90 构成五进制计数器 表 2 42 7LS90 功能表 输 入 输 出 清 0 置 9 时 钟 R0 1 R0 2 R9 1 R9 2 CP1 CP2 Q4 Q3 Q2 Q1 功 能 1 1 0 0 0 0 0 0 清 0 0 0 1 1 1 0 0 1 置 9 1 Q1 输出 二进制 计数 1 Q4Q3Q2 输出 五进制 计数 Q1 Q4Q3Q2Q1 输出 8421BCD 码 十进制 计数 Q4 Q1Q4Q3Q2 输出 5421BCD 码 十进制 计数 0 0 0 0 1 1 不 变 保 持 2 4 2 时间计数单元 西安文理学院课程设计报告 6 时间计数单元有分计数 秒计数和 0 1 秒计数等几个部分 要实现 0 1 秒 计数 须设计一个 10 进制计数器 要实现秒计数 须设计一个 60 进制计数 器 要实现分计数 须设计一个 10 进制计数器 这里选用 74LS90 实现 十 分之一秒计数器和分计数器是十进制 所以只需要将 74LS90 接成十进制即可 电路图如下 图 2 4 74LS90 构成十进制计数器 74LS90 是二 五十进制计数器 所以设计一个 60 进制秒计数器要用两个 74LS90 当计数状态一到 01100000 立即清零 2 5 译码驱动与显示电路 计数器实现了对时间的累计以 8421BCD 码形式输出 并用驱动译码电路转 化为相应的逻辑代码 再用七段译码显示器把译码驱动电路输出的逻辑代码转 换为相应的数字显示 本设计用的是 7448 七段显示译码器和七段数字显示器来 完成 西安文理学院课程设计报告 7 图 2 5 译码驱动与显示电路 表 7448 西安文理学院课程设计报告 8 功能表 第第 3 3 章章 总电路设计总电路设计 总电路图如附录所示 电路连接 相接时使用上面的分电路的设计模块 时钟脉冲产生与电路控制部分 由 555 震荡电路产生的 50Hz 钟脉冲经 西安文理学院课程设计报告 9 过一个与非门与分频电路的 74LS90 的 CP2 号管脚相接 而与非门的另一个脚 则接启动电路的 Q 端 而启动电路的 Q 脚输出接至脉冲整形电路的输入端 时钟脉冲分频计数部分 把十进制计数器的 CP1 和六十进制秒钟计数器 模块的 Q3 相接 而十进制的 Vcc 和 Ro2 相连后接到十分之一秒计数器的 Vcc 和 Ro2 上 同时六十进制的 Vcc 和 Ro 也接到上面 启动电路的 B 和 4 个计数 器的的 CP1 接在一起 分频电路的 Q4 和十分之一秒计数器的 CP1 相接到一起 显示译码电路 计数器实现了对时间的累计以 8421BCD 码形式输出 用 显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和 一定的电流 第第 4 4 章章 设计总结与体会设计总结与体会 高基本的使用方法按总图把几个单元电路连接起来 进行电子秒表的总 体测试 可以先按一下停止按钮 此时电子秒表不工作 再按一下启动按钮 西安文理学院课程设计报告 10 则计数器清零后便开始计时 观察数码管显示计数情况是否正常 如不需要 计时或暂停计时 按一下停止按钮 计时立即停止 但数码管保留所计时之 值 该点的特点是方便 快洁 稳定 是一个很好的记时工具 但是该记时 器的缺点是精确度不够好 并且记时的周期不是很长只有到 9 分 59 秒又十分 之一秒 可以改进的地方是以后要用六个显示管来显示二十四小时的时间 并且要达到秒表的精确度 但因时间的关系 改进的方法待以后再做了 数字电路以其便捷 稳定 高效的优点在现代电子技术中占有越来越重 要的地位 随着集成技术的进一步提高 各种数字电子新技术的出现和应用 新世纪里谁掌握了新技术谁就得到了获胜的资本 可以想象 数字电路的的 成长将会时时刻刻的伴着我的生活 本次我们电子技术课程设计的主题是用数字电路的知识结合分频电路与 时钟计数器的原理 设计一套数字自动控制装置 此控制装置的特点是简单 直观 方便 这次我们的数电课程设计不同以往 因为几乎要用到的电子元件 我们都已经学过了的 但是我们以前却没有搞过这方面的东西 而且有些知识 是我们所没学过的 比如一些单片机的知识什么的 难度是挺大的 但是我 们不可以退缩 所以我通过上网 看书 与同学讨论的方式完成了此次课程 设计 同时也让我们体会到了大学学习的自主性 并为我们今后走入社会 提高自学能力方面有一定的促进作用 对于一些资料 我们也是在看书和上 网得到的 让我们学习到了书本上学不到的东西 我们以后要多做写这方面 的工作 以后学到更多的知识 做了两周的课程设计 加深了我对数字电子技术 数字部分这本书中各 种芯片和理论知识有了更加深刻的理解和掌握 以及如何灵活的加以组合和 应用来达到想要实现的目标 更多的是关于人与人之间关系方面的 也教给 了我们一种思维 那就是提高查找问题 分析问题 解决问题的能力 电路 图设计 遇到难题要通过大量阅读资料 开阔了视野 实践和动手能力大大 提高 使我们素质得到全面发展 由原来单纯地书本学习转向创新思考 所 学知识在创新实践中得到充分发挥和运用 动手能力和实践能力得到迅速提 用 555 振荡电路 74ls90 74ls48 芯片能够制作为一个符合要求的电子秒表 但用 555 震荡电路会造成误差太大 如果将其改为石英振荡电路 秒表准确率 将大大提高 致谢 西安文理学院课程设计报告 11 感谢指导老师范老师 及各位组员 赵勃同学 张晓辉同学 在各位的大 力支持下 还有豆丁网这么一个为大家学习提供便利的网站及在上面发