数电课程设计--数字秒表.doc

数字电子技术课程设计题 目： 电子秒表的设计 专 业： 08自动化（1）班 学 号： 200810320128 姓 名： 谢志平 完成日期： 2010.12.30 指导教师： 姚杰老师 数字电子技术课程设计任务书班级：08自动化一班 姓名：谢志平 指导教师：姚杰 2010年12月28日设计题目： 电子秒表的设计设计任务1. 通过本课程设计，初步掌握电子设计方法以及完成数字秒表的电路设计。2. 利用基本RS触发器、脉冲发生器及计数、译码、显示等单元电路设计数字秒表。3. 有两位数码管显示计数时间，显示分辨率为0.1s，计时误差小于5%。4. 利用protel软件中的仿真软件完成数字秒表的线路连接，实现上电自动清零、启动计时显示、暂停计时显示以及重新计时等控制功能。设计要求1 根据设计任务要求，综合运用数字电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成设计课题。2 根据课题查阅书籍，独立思考，深入研究课程设计中遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。3 根据设计要求，从选择设计方案开始，首先按单元电路进行设计，选择合适的元器件，最后画出总的电路图。参考资料教研室主任签字： 年 月 日目录1 引言42 设计方案及系统框图2.1 设计方案52.2系统框图53 单元电路设计3.1 消抖电路63.2 上电复位电路63.3 微分电路73.4 0.1秒脉冲电路 73.5 计数器电路83.6 译码电路 93.7 七段译码管电路 104 总体电路设计4.1 各单元电路工作原理 114.2 电路工作原理 115 课程设计总结136 参考文献147 电子秒表原理图元器件明细表158 总电路图161 引言随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛。人们对他的认识也逐步加深，不断完善电子秒表的功能，人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。电子秒表广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验，还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也是用于对时间测量精度要求较高的场合。数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高、能强，而且容易实现测量的自动化和自能化。随着集成计数的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛的渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒，广泛应用于科学研究、体育运动以及国防等方面。在当今非常注重工作效率的社会环境中，定时器能给我们的工作、生活娱乐带来很大的方便，充分利用定时器，能有效地加强我们的工作效率。随着电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际。数字电路课题设计的进行，使我们我们的动手和实际操作能力得到了一定程度的提升，而不是单纯的学习理论。课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.为以后做毕业设计以及走上社会打好基础。2 设计方案及系统框图2.1 设计方案数字秒表首先需要一个数字显示，按设计要求，需用数码管来做显示器。题目要求最大记数值为9.9秒，则需要一个8段数码管作为秒位和一个7段数码管作为分秒位。要求计数分辨率为0.1秒，那么我们需要频率的信号发生器。选择信号发生器时，有两种方案：一种方案是用晶体振荡器，另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。秒表核心部位是计数器，可以使用两个74LS390计数器构成，这种方式简单，使用的元器件也最少，计数脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生10HZ脉冲，在译码器方面，我们可以选择74LS48译码器，为了减小设计误差，还需要设计在开关端设计消抖电路、微分电路、整形电路。此外，还需要设置上电复位电路。2.2 系统框图0.1秒脉冲发生器消抖电路三状态控制电路上电复位电路1微分整形上电复位电路2与门显示器显示器译码器译码器计数器计数器3 单元电路的设计3.1 消抖电路 图一 消抖电路消抖原理：具有锁存功能所致，有两个集成与非门元件构成，接在机械开关K后面，防止开关K在打开和闭合时一些假信号串入逻辑电路。3.2 上电复位电路 图二 上电复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。3.3 微分电路 图三 微分电路由0.01u电容和1.5K电阻构成，从电容端加入的信号，经过电容、电阻，在电阻端输出的信号波形相当于进行了一次微分。3.4 0.1秒脉冲电路 图四 0.1秒脉冲电路T=0.1s，f=10Hz=1/0.695（R1+2R2）C为产生10Hz频率脉冲，经过计算，电容C=2.2u，电阻R1=430欧，R2=27.4千欧，端口OUT为0.1s脉冲发生器的输出端口。3.5 计数器电路图五 计数器电路74LS390芯片功能：74LS390芯片内有两组计数器，共4个计数器，他们可以单独计数，清零信号是共用的，异步清零高电平有效，A、B为时钟脉冲信号输入端，QDQCQBQA为输出端。QD、QC、QB、QA输出见计数器工作波形3.6译码电路图六 译码电路译码器电路时将数码转换为一定的控制信号，在此由74LS48集成元件构成，它能将一个二进制数码转换为输出端的电平信号以控制显示器。十进制或功能输入BO/RBO输出RTRBIDCBAabcdefg0H0000H11111101HH0001H01100002HX0010H11011013HX0011H11110014HX0100H11110115HX0101H00111116HX0110H11100007HX0111H11111118HX1000H11100119HX1001H000110110HX1010H111111111HX1011H001100112HX1100H010001113HX1101H100101114HX1110H000111115HX1111H0000000BIXXXXXXL0000000RBIHL0000L0000000LTLXXXXXH1111111表中H表示高电平，L表示低电平，X代表不确定。3.7 七段译码电路7段数码管又分为共阴共阳两种显示方式。共阴就是把abcdefg这七个发光二极管的负极接在一起并接地，他们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS的相对应的驱动端上，此时显示数字1，那么译码驱动输出段位高电平，其他段扫描输出端为低电平。共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极接到+5V的电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的输出端上。两种电路都需要加限流电阻，以防通电后把译码管烧坏。限流电阻的选取是5V电源电压减去发光二极管的工作电压除去10mA到15mA得到的数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一般在1.8V到2.2V，为计算方便，选取2V。发光二极管的工作电流选取在10mA到20mA，电流选小了，7段译码器不太亮，选大了工作时间长了发光二极管易烧坏。图七 七段数码管电路4 总体电路设计4.1 各单元电路工作原理消抖电路：它是由两个74LS00集成与非门元件构成，接在机械开关K的后面，防止开关K在打开和闭合时一些假信号流入逻辑电路。上电复位电路：它由2.2u电容和47k电阻构成，利用电容充放电可以产生脉冲，作为清零复位用。微分电路：它由0.01u电容和1.5k电阻构成，从电容端加入的信号经过电容电阻，在电阻端输出的信号波形相当于进行了一次微分。整形电路：它由与门74LS08集成与门元件构成，在信号由一端输入，起到整形的作用，0.1秒脉冲发生器电路，它由555定时器元件和外围的电阻和电容等元件构成，调节电阻或电容的数值，可以改变脉冲发生器的输出频率。计数器电路：从进位来分，有二进制、十进制计数器，在此采用8421编码方式，由74LS390构成一位输出电路。译码器电路：是将数码转换为一定的控制信号，在此由74LS48集成元件构成，它能将10个二进制数码转换为输出端上的电平信号以控制显示器。显示电路：由辉光数码管，荧光数码管等多种显示电路，在此采用的是共阴七段LED显示器。4.2 电路工作原理1. 上电时，上电复位电路1产生复位信号，经整形后，使两个计数器清零；上电复位电路2使三状态控制电路复位，电子秒表处于复位状态。2. 当第一次按动微动开关K，经消抖电路后产生第一个单脉冲作为D触发器的时钟，使三状态控制电路的输出端Q1产生高电平，经与门后使0.1秒脉冲进入计数器计数，并译码显示出来。3. 当第二次按动微动开关，产生第二个单脉冲使三状态控制电路输出端Q1输出低电平，Q2输出高电平，关闭与门，使计数停止。4. 第三次按动微动开关，产生第三个单脉冲，使三状态控制电路复位，同时输出端Q2输出一个高电平，经微分电路及整形，产生一个窄脉冲，使计数器归零，至此，电子秒表又进入复位状体。5. 当按动微动开关是，电子秒表又进入计数状态。、5 课程设计总结通过对电子秒表电路的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，巩固了以前知道的知识，而且为以后大四毕业所要做的毕业设计打好基础。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛，也明白老师为什么要求我，做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计过程中，我大概了解了电子秒表电路的发展背景，作用以及改进过程。虽然这个设计比较难，但再大的困难也能克服，大学应该多开设这样的课程，这样不仅能通过实践加深理论知识印象，而且能培养大学生的创新能力。要做好一个课程设计，最关键的还是要自己真正的掌握技术与理论知识，加上自己的实战操作能力，才能事半功倍。我们要积极主动去学习，多向同学和老师请教，提高自己的能力，为以后就业打下坚实的基础。参考文献:1.康华光.电子技术基础（第五版）.华中科技大学电子技术课程组.20022.王永军 李景华.数字逻辑与数字系统（第三版）.北京：电子工业出版社.20063.杨颂华 冯毛管.数字电子技术基础.陕西：西安电子科技大学出版社.20054.阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社.20065.郑家龙.集成电子技术基础教程.北京:高等教育出版社.20026.黄仁欣.电子技术实践与训练.主编.清华大学出版社.20047.彭介华.电子技术课程设计指导. 高等教育出版社. 2007电子秒表原理图元器件明细表Part Type Design ator Footprint Description+5V0.01ufC3rad0.1 Capacitor1.5KR7axial0.4Resistor1.5KR8axial0.4Resistor2.2uFC1rad0.1Capacitor2.2uFC2rad0.1Capacitor10nFCfrad