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 1、课程设计工作量：1 1 周内完成对数字秒表的设计、仿真、装配与调试。2 2、技术要求：设计一个能测量 8 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00:00:00s00s。秒表设置 9 9 个开关输入（清零开关 1 1 个和记

2、录开关 8 8 个）。按下“记录”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 3、查阅至少 5 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 A4A4 纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排:1 1、第 1212 天，查阅相关资料，学习设计原理。2 2、第 3434 天，方案选择和电路设计仿真。3 3、第 4545 天，电路调试和设计说明书撰写。4 4、第 6 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：系主任（或责任教师）签名:1protu

3、es 软件简介 32 方案设计与选择 42.1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83.4防抖动开关的设计93.5时钟脉冲发生器104protues 仿真 114.1电路原理图125 硬件焊接 125.1元件清单135.2焊接实物图136 参考文献 151protues 软件简介Proteus 软件是来自英国 Labcenterelectronics 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，除了其具有和其它

4、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 设计以及自动布线来

5、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 PC 暇计系统的比较文章中评为最好产品一TheRoutetoPCBCAD。 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：一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；ARESPCB 设计.PROSPICE仿真器的一个扩展PROTEUSVSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的

6、协同仿真。 止匕外， 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IARC-SPY 和 KeiluVision2 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 勺工作情况，也能仿真单片机外围电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

7、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

8、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计数电路设计即可实现数字秒能。74LS90的功能表LS90MODESELECTIONRESET/SETINPITTSOLTTPUTSMR1MR2MSjMS2QOQ102Q3HHXLXLXLXLXXHHLXXLH

9、XLXLLXHlXLLLLLLLLHLLHCountCountCountCount表的基本记数功如图 2选择芯片 74LS90 时钟脉冲信号从 CKA 俞入，CKB 连接 Q0 端，即可实现十进制计数;利用两片 74LS90 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,R0(2)。以此H-HIGHVoliageLevelL=LOW阿t叫eLevelX=Dor1rtCare图 23.2译码器及数码管显示电路的设计选才?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

10、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。译码器和数码管之间连接电阻值为 5.1k 的限流电阻。FUNCTIONTABLE仃剧DECIMAL!ORFUNCTIONINPUTSBUR8OTOUTPUTSNOTELTRBIDcBAabc_dfg6HHLLLLHHHHHHHL1HXLLLHHLHHLLLL2HXLLHLHHHLHHLH3HXLLH.H_HHHHHLLH4HXLHLLHLHHLLHH5HXLHLHHHLHHLHH6HXLHHLHLLHHHHH1

11、HXLHHHHHHHL_LLLI8HXHLLLHHHHHHHH9HXHLLHHHHHLLHHtoHXHLHLHLLLHHLHHHXHLHHHLLHHLtH12HHHLLHLHLLLHH13HXHHLHHHLLHLHH14HXHHHLHLLLHHHH15HXHHHHHLLLLLLLBtXXXXXXLLLLLLLL2RBIHuLLLLLLLLLLLL3LTLXXXXXHHHHHHHH474LS48 的功能表如图 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

12、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 所示以L11L11ITI74HC57 纵能表如图 7 所示OPERATINGMODESINPUTSINTERNALLATCHESOUTPUTSOELEDNQotoQ7renableandreadLHLLLregisterLHHHH(transparentmode)latchandreadLL1LLregisterLLhHHlatchregisterandHL1LZdisableoutputsHLhHZ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

13、关从上拨到下时，离开上还未到下时，输入 R=1S=1,电路处于保持阶段，总的输出不变，Q=Q 到达下时，则 R=1,S=Q 电品&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R=l,S=0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

14、频率变化。F=1/1.43(R1+2R2)O下图为频率为 100Hz 的脉冲信号发生器。4protues 仿真rihitmdcLlhlilr4.1电路原理图1313DaDa楂位g gkMgwLkMgwL 比5z41J1J一1=1=K-8K-8caucauE._E._MRBQ_hHb-Id-JQQ_hHb-Id-JQ即1说阳丁SGSGS Sg g: :5 5 口E01E01曜bJDIKbJDIK屿N N任奥图 115 硬件焊接5.1元件清单名称型号数量备注锁存器74HC57374HC5732焊锡电路板，导线，烙铁， 焊锡丝， 芯片底座，单力开关，发光二极管，电阻，电谷若干。或门74LS324与非门74LS20（2 输入）6555 定时器NE5551计数器F74LS904译码器74LS484七1管殳数码共阴极45.2焊接实物图图 126 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3MarkNHorenstein.MicroelectronicCircuitsand