课程设计内容

1、第一章.设计目的了解数字秒表的主体电路的组成及工作原理；熟悉集成电路及有关电子元器件的使用；学习和掌握数字电路中基本RS触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。第二章.设计原理2.1电路原理 本电路由启动、清零复位电路、计数电路、译码显示电路等组成。 启动清零复位电路主要由两个单刀单掷开关组成，开关1控制数字秒表的启动和清零复位，开关2控制数字秒表的继续暂停。开始时把开关1合上，开关2合上，运行本电路，数字秒表正在计数，此时电路为启动。其主要工作为开关1、2闭合时，整个电路正常工作，再通过74LS90计数器计数，7448译码器进行译码，由显示器显示。 当把开关1闭合，开关2打开

2、，电路运行停止，数字秒表停止工作，此时电路为暂停；当把开关1闭合，开关2闭合，电路运行继续，数字秒表继续工作此时电路为继续；当把开关1断开，电路运行停止，数字秒表停止工作，整个电路回到原来的位置，即初始位置0000，此时电路为清零复位。本电路中毫秒与秒之间为10进制，秒与分之间是60进制，它们都是由74LS90计数器组成的分频计数电路进行控制。2.2 Protues软件使用Protues代码表：数码管：7SEG-MPX8-CC 八个公阴二极管显示器 12345678 是阴公共端7SEG-MPX4-CA 四个公阳二极管显示器 1234 是阳公共端7SEG-MPX8-CA 八个公阳二极管显示器 1

3、2345678 是阳公共端共阴极数码表uchar dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;共阳极数码表uchar dispcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0XD8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x7f,0xbf,0x89,0xff共阳极数码管的公共阳极接5V，当各段阴极上的电平为“0”时，该段点亮，电平为“1”时，该段熄灭。AND 与门ANTENNA 天线B

4、ATTERY 直流电源BELL 铃,钟BVC 同轴电缆接插件BRIDEG 1 整流桥(二极管)BRIDEG 2 整流桥(集成块)BUFFER 缓冲器BUZZER 蜂鸣器CAP 电容CAPACITOR 电容CAPACITOR POL 有极性电容CAPVAR 可调电容CIRCUIT BREAKER 熔断丝COAX 同轴电缆CON 插口CRYSTAL 晶体整荡器DB 并行插口DIODE 二极管DIODE SCHOTTKY 稳压二极管DIODE VARACTOR 变容二极管DPY_3-SEG 3段LEDDPY_7-SEG 7段LEDDPY_7-SEG_DP 7段LED(带小数点)ELECTRO 电解电

5、容FUSE 熔断器INDUCTOR 电感INDUCTOR IRON 带铁芯电感INDUCTOR3 可调电感JFET N N沟道场效应管JFET P P沟道场效应管LAMP 灯泡LAMP NEDN 起辉器LED 发光二极管METER 仪表MICROPHONE 麦克风MOSFET MOS管MOTOR AC 交流电机MOTOR SERVO 伺服电机NAND 与非门NOR 或非门NOT 非门NPN NPN三极管NPN-PHOTO 感光三极管OPAMP 运放OR 或门PHOTO 感光二极管PNP 三极管NPN DAR NPN三极管PNP DAR PNP三极管POT 滑线变阻器PELAY-DPDT 双刀双

6、掷继电器RES1.2 电阻RES3.4 可变电阻RESISTOR BRIDGE ? 桥式电阻RESPACK ? 电阻SCR 晶闸管PLUG ? 插头PLUG AC FEMALE 三相交流插头SOCKET ? 插座SOURCE CURRENT 电流源SOURCE VOLTAGE 电压源SPEAKER 扬声器SW ? 开关SW-DPDY ? 双刀双掷开关SW-SPST ? 单刀单掷开关SW-PB 按钮THERMISTOR 电热调节器TRANS1 变压器TRANS2 可调变压器TRIAC ? 三端双向可控硅TRIODE ? 三极真空管VARISTOR 变阻器ZENER ? 齐纳二极管DPY_7-SE

7、G_DP 数码管SW-PB 开关元件名称 中文名 说明7407 驱动门1N914 二极管74Ls00 与非门74LS04 非门74LS08 与门74LS390 TTL 双十进制计数器7SEG 4针BCD-LED 输出从0-9 对应于4根线的BCD码7SEG 3-8译码器电路BCD-7SEG转换电路ALTERNATOR 交流发电机AMMETER-MILLI mA安培计AND 与门BATTERY 电池/电池组BUS 总线CAP 电容CAPACITOR 电容器CLOCK 时钟信号源CRYSTAL 晶振D-FLIPFLOP D触发器FUSE 保险丝GROUND 地LAMP 灯LED-RED 红色发光二

8、极管LM016L 2行16列液晶 可显示2行16列英文字符，有8位数据总线D0-D7，RS，R/W，EN三个控制端口（共14线），工作电压为5V。没背光，和常用的1602B功能和引脚一样（除了调背光的二个线脚）LOGIC ANALYSER 逻辑分析器LOGICPROBE 逻辑探针LOGICPROBEBIG 逻辑探针 用来显示连接位置的逻辑状态LOGICSTATE 逻辑状态 用鼠标点击,可改变该方框连接位置的逻辑状态LOGICTOGGLE 逻辑触发MASTERSWITCH 按钮 手动闭合,立即自动打开MOTOR 马达OR 或门POT-LIN 三引线可变电阻器POWER 电源RES 电阻RESIS

9、TOR 电阻器SWITCH 按钮 手动按一下一个状态SWITCH-SPDT 二选通一按钮VOLTMETER 伏特计VOLTMETER-MILLI mV伏特计VTERM 串行口终端Electromechanical 电机Inductors 变压器Laplace Primitives 拉普拉斯变换Memory IcsMicroprocessor IcsMiscellaneous 各种器件 AERIAL-天线；ATAHDD；ATMEGA64；BATTERY；CELL；CRYSTAL-晶振；FUSE；METER-仪表；Modelling Primitives 各种仿真器件 是典型的基本元器模拟，不表示

10、具体型号，只用于仿真，没有PCBOptoelectronics 各种发光器件 发光二极管，LED，液晶等等PLDs & FPGAsResistors 各种电阻Simulator Primitives 常用的器件Speakers & SoundersSwitches & Relays 开关，继电器，键盘Switching Devices 晶阊管Transistors 晶体管（三极管，场效应管）TTL 74 seriesTTL 74ALS seriesTTL 74AS seriesTTL 74F seriesTTL 74HC seriesTTL 74HCT seriesTTL 74LS serie

11、sTTL 74S seriesAnalog Ics 模拟电路集成芯片Capacitors 电容集合CMOS 4000 seriesConnectors 排座，排插Data Converters ADC,DACDebugging Tools 调试工具ECL 10000 Series 各种常用集成电路PROTEUS原理图元器件库详细说明Device.lib 包括电阻、电容、二极管、三极管和PCB的连接器符号ACTIVE.LIB 包括虚拟仪器和有源器件DIODE.LIB 包括二极管和整流桥DISPLAY.LIB 包括LCD、LEDBIPOLAR.LIB 包括三极管FET.LIB 包括场效应管ASIM

12、MDLS.LIB 包括模拟元器件VALVES .LIB 包括电子管ANALOG.LIB 包括电源调节器、运放和数据采样ICCAPACITORS.LIB 包括电容COMS.LIB 包括 4000系列ECL.LIB 包括ECL10000系列MICRO.LIB 包括 通用微处理器OPAMP.LIB 包括 运算放大器RESISTORS.LIB 包括 电阻FAIRCHLD .LIB 包括FAIRCHLD 半导体公司的分立器件LINTEC.LIB 包括 LINTEC公司的运算放大器NATDAC.LIB 包括 国家半导体公司的数字采样器件NATOA.LIB 包括 国家半导体公司的运算放大器TECOOR.LI

13、B 包括TECOOR公司的 SCR 和TRIACTEXOAC.LIB 包括 德州仪器公司的运算放大器和比较器ZETEX .LIB 包括ZETEX 公司的分立器件 第3章 .设计总图3.1总体框图 显示器 译码电路 分频计数电路 控制电路 信号源3.2单元电路（1） .0.02s脉冲发生器：0.1F电容和91K电阻及100K滑动变阻器构成。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为产生50Hz频率脉冲，端口OUT为0.02s脉冲发生器的输出端口。公式：T=0.1s，f=10Hz=1/0.695(R1+2R2)C 图3-2-12、分频电路：采用74LS90的五进制功能：图3-2-

14、23、计数器电路：左图为74LS92管脚图，右图为74LS90引脚图图3-2-34、译码器电路：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，它能将一个二进制数码转换为输出端的电平信号以控制显示器图3-2-45、七段数码管（LED）：7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极，那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地；它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上（也是abcdefg）。此时若显示数字1，那么译码驱动电路输出段bc为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类推。如

15、果7段数码管是共阳显示电路，那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。无论共阴共阳7段显示电路，都需要加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了。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上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一般在1.8V-2.2V，为计算方便，通常选2V即可。发光二极管的工作电流选取在10-20ma，电流选小了，7段数码管不太亮，选大了工作时间长了发光管易烧坏。对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流

16、电阻及电阻的瓦数。本设计采用共阴数码管与74LS48匹配，同时并入一个四输入内置译码器的7段数码管，以验证译码部分的功能（注：验证成功后，两种组合数码管可以只保留一个）。数码管与74ls48连接图：图3-2-53.3电路总图由protuse仿真截图所得 图3-3-1图3-3-2第4章 .设计元件4.1元件清单材料清单如下图：表4-1-1器件名称及型号数量（个）NE555定时器174LS9044081（与门）174LS92174LS4847SEG共阴数码管4定值电阻（91K）1滑动变阻器（100K）10.1uF电容10.01uF电容1单刀单掷开关2正5V电源3接地（GND）34.2各元件真值 本

17、设计用到74LS90,74LS48,故将真值表列入下：图4-2-1图4-2-2第5章 .组装调试 本设计采用电路仿真对设计电路进行了调试。运用Protues软件。在调试的过程中遇到不少的问题，经过多次反复的检查和排除，最终实现了全部功能。调试方法：按模块调试，在每个模块的输入端加理想的调试信号，在输出端接示波器，观察输出波形，如果波形符合设计预期，则说明此模块工作正常，否则可按从输出到输入的顺序逐一排查，直到解决问题。当各模块调试无误后，将各模块连接起来，同时要注意接口的电平匹配问题。本次课程设计在仿真组装调试过程中曾出现以下故障：故障1：脉冲发生器（555定时器构成的多谐振荡器）没法实现0.

18、02s的脉冲信号。原因：参数不对。排除方法：利用f=1.43/R1+2R2)C适当的选取定值电阻、电容的大小并用频率计检测。故障2：数码管显示乱码。原因：计数器74LS90管脚接线错误，LED数码管的共极性弄反（按共阳极的接线方法接线）。排除方法：对计数器正确接线，调整数码管的阴阳极接线（按共阴极接线方法接线）。故障3：数码管数字跳动频率不均匀。原因：输入信号不是规则并且稳定的脉冲方波。排除方法：用示波器观察脉冲输出和微分电路输出端的波形，加入一个与门作为整形模块，同时，这样还能达到减小误差的目的。故障5：无法实现上电清零功能。原因：开关位置不对，电路连线有问题。排除方法：改变上电清零电路电阻

19、的大小，通过模拟示波器观察直到产生清零信号。故障6：进位不能实现六十进制。原因：自己本身对各种元器件了解不够，导致电路连接问题，无法实现六十进制。排除方法：纠正连线错误，把74LS90，与74LS92进行比较，并实行连线。第6章 .课程设计心得体会通过两周的实践，电路的设计仿真圆满的完成了设计目标中提到的几种功能并且将误差控制在了2%以内，但仍然有一些美中不足，主要问题是数码管显示不稳定，经过分析我认为主要原因有二：一是软件的“虚拟时间”不稳定，软件仿真时需要以0.00001s为单位运算，将现实时间拉长，CPU负荷较大使仿真的“虚拟时间”难以像现实时间一样平稳。二是各级芯片以及门电路有一定的延

20、迟时间，有些部分还可能存在竞争冒险。在实验的后期我们还去实验室搭电路，但由于时间有限，我们对面包板又不够熟悉，最终未能完全实现。由于两周的课程设计时间短暂，设计结果并不完善，但在以后的学习中，相信我们可以为这个设计完善现有功能，增加新的功能。两周的课程设计已经结束，虽然很辛苦，但给我带来了从未有过的体验与喜悦。在设计实践的过程中，我深深的体会到必须要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是利用Protues仿真，因为以前没有学过这个软件，所以我们要从头学起，自行摸索的学习。我们在各个单元电路的连接上花费了大量时

21、间。我们在设计时曾做出了两套方案以及仿真电路，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，这才确定了我们的电路。实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，要考虑到各个元器件的功能和特性，要翻阅大量资料，参考别人的经验，只有这样才能把自己的电路设计的成功。 通过这次对数字式秒表的设计与制作，让我了解了设计电路的软件，也让我了解了关于数字秒表的原理与设计理念。在此次的数字秒表设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构、管脚图、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。而且这些知识是对我们大学生来说十分宝贵的实践经验，是无法在课堂上获得的，是现今社会最重视的同时也是我们最需要提高的部分。在设计电路中,完成电路图只是完成了设计的一小部分，更加困难的是对电路的验证和纠错，在这