数字秒表的仿真与制作

1、.课程设计任务书学生姓名：王吉阳专业班级：电信 1005指导教师：工作单位：信息工程学院题目:数字秒表的设计仿真与制作初始条件：利用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等器件设计实现数字秒表的功能。用数码管显示时间计数值。 （也可以用单片机系统实现）要求完成的主要任务 : （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量： 1 周内完成对数字秒表的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求：设计一个能测量8 名运动员短跑成绩的数字秒表。要求用四位数码管显示时间，格式为 00：00s 。秒表设置9 个开关输入（清零开关1 个和记录开关8 个）。按下“记录”

2、开关，则将当前计数时间暂存并显示在数码管上。确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、查阅至少5 篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用 A4 纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：1、 第 12 天，查阅相关资料，学习设计原理。2、 第 34 天，方案选择和电路设计仿真。3、 第 45 天，电路调试和设计说明书撰写。4、 第 6 天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日'.1 protues 软件简介 .32方案设计与选择 .42.

3、1方案一：基于单片机系统实现数字秒表. .42.2方案二：基于组合逻辑电路的设计实现数字秒表.43电路图设计 .43.1计数电路设计 .43.2译码器及数码管显示电路的设计 . .63.3锁存器电路的设计 .73.4防抖动开关的设计 .83.5时钟脉冲发生器 .94protues 仿真 .104.1电路原理图 .115硬件焊接 . .115.1元件清单 .115.2焊接实物图 .126参考文献 . .14'.1 protues软件简介Proteus软件是来自英国Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件，Proteus 软件有近 20 年的历史，在全球广泛使用

4、，除了其具有和其它EDA 工具一样的原理布图、PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，Proteus能够很容易的为用户建立了完备的电子设计开发环境。Proteus 产品系列也包含了革命性的VSM 技术，用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。不愧为一款非常优秀的单片机仿真软件。Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE 仿真 ,PCB 设计以及自

5、动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15 年来的持续开发 , 被电子世界在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品“The Route to PCB CAD ”。Proteus 产品系列也包含了我们革命性的VSM 技术 , 用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD 、键盘、 RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。其功能模块 : 个易用而又功能强大的ISIS 原理布图工具； PROSPICE混合模型 SPICE仿真 ;ARES PCB 设计 .PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM : 便于包

6、括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDs 甚至 LCD 显示 CPU 模型 .支持许多通用的微控制器, 如 PIC,*R,HC11 以及 8051.交互的装置模型包括 : LED 和 LCD 显示 , RS232 终端 , 通用键盘 ,强大的调试工具 , 包括寄存器和存储器 , 断点和单步模式 IAR C-SPY 和 Keil uVision2 等开发工具的源层调试应用特殊模型的 DLL 界面 - 提供有关元件库的全部文件Proteus与其它单片机仿真软件不同的是， 它不仅能仿真单片机 CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电

7、路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。 因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角'.度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。2 方案设计与选择2.1方案一：基于单片机系统实现数字秒表利用 C51 单片机控制外围电路，通过编程定时计数，数码管显示，以及软件编程方法实现防抖动开关控制清零，启动，记录。从而实现数字秒表功能。优点 : 实现的外围硬件电路设计简单，利用C 语言编程的可移植性较强。缺点：对 C 语言的编程能力要求高， 需要重复调试程序来实现数字秒

8、表的基本功能，调试电路的工作量大。2.2方案二：基于组合逻辑电路的设计实现数字秒表通过组合逻辑电路的设计，包括计数器，译码器，锁存器，数码管，以及555 定时器设计的脉冲发生器和门电路各个模块的硬件电路设计实现数字秒表的基本功能。优点：减少电路调试的时间，通过仿真可以确定电路的基本线路。缺点：对各个芯片的选择要求准确，设计电路图较复杂，制作硬件的条件要求高。对组合逻辑电路设计的基本方法要熟悉。3 电路图设计本次课程设计选择基于组合逻辑电路的设计实现数字秒表3.1计数电路设计'.图 1选择芯片 74LS90时钟脉冲信号从CKA输入， CKB 连接 Q0端，即可实现十进制计数；利用两片 7

9、4LS90 的级联即可实现 60 进制的记数功能，将 Q3端连接下个芯片的时钟输入端 CKA，将下一个芯片的 Q1,Q2端分别连接到两个芯片的清零端， R0(1),R0(2) 。以此即可实现数字秒表的基本记数功能。74LS90的功能表如图2图 2'.3.2译码器及数码管显示电路的设计图 3选择 74LS48译码器驱动七段数码管，数码管选用共阴极，电路连接如图4 所示。74LS48 中 BI/RBO,RB1,LT 为使能端，当全为高电平时，译码器正常工作。数码管的a,b,c,d,e,f,g端分别连接译码器的QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG端。译码器和数码管之间连接电阻值为 5.1

10、k 的限流电阻。74LS48的功能表如图4图 4'.共阴极七段数码管连接原理图如图5图 53.3锁存器电路的设计锁存器选用 74HC573 芯片， LE 为使能控制端， OE接低电平表示锁存器正常工作。锁存器的主要功能是锁存暂停时数码管上显示的运动员数据。通过防抖动开关来控制记录运动员的数据。锁存器设计电路图如图6 所示图 674HC573功能表如图 7 所示'.图 73.4防抖动开关的设计利用与非门电路设计消抖动开关设计电路图如图8 所示利用基本与非门构成的防抖动开关， 当开关从上拨到下时， 离开上还未到下时， 输入 R=1 S=1，电路处于保持阶段，总的输出不变， Q=0。

11、到达下时，则 R=1，S=0。电路置 1，而开关在接触下之后，短时间出现微小的抖动而造成与下多次接通和断开，因此造成R,S不断在 R=1，S=1 和，之间变化，但输入信号并不影响输出信号。从而达到防抖动的目的。'.图 83.5 时钟脉冲发生器555 组成的多些振荡器可以组成各种时钟脉冲发生器。如下图8 的电路图，可以产生脉冲可调的矩形脉冲发生器，改变电容C 可以获得超常时间的低频脉冲，调节电位器RP可以的到任意频率的脉冲如秒脉冲。由于电容 C 的充放电时间不等， 输出矩形脉冲的占空比随频率变化。 F=1/1.43(R1+2R2) 。下图为频率为 100HZ 的脉冲信号发生器。'

12、.图 9图 14 protues仿真'.4.1电路原理图图 115 硬件焊接5.1元件清单名称型号数备注量'.锁存器74HC5732焊锡电路板，导线，或门74LS324烙铁，焊锡丝，芯片与非门74LS20（ 2 输入）6底座，单刀开关，发光二极管，电阻，电555 定时器NE5551容若干。计数器74LS904译码器74LS484七段数码共阴极4管5.2焊接实物图图 12'.图 13'.6 参考文献1 谢自梅 .电子线路设计 .武汉：华中科技大学出版社， 20002 华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编 . 数字电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社， 1986 年3 Mark N Horenstein. Microelectronic Circuits and Devices. 2nd ed. New Jersey:Prentice-Hall Inc,19964 Adel S Sedra and Ke