电子秒表设计---数字逻辑课程设计

1、第一章实验的概要1.1实验设计任务1.1.1设计任务1 .设计电子秒表，显示4位数字，计时范围为010分钟正确显示到2.0.1秒，将0.01秒四舍五入3 .具有暂停、启动、重新开始、连续功能，显示面板由发光二极管构成2.1实验目的和设计要求2.1.1实验目的1 .学习单元电路，例如，数字电路的基本RS触发器、单稳定触发器、时钟发生器、计数器和解码器的综合应用2 .理解电子秒表的结构和工作原理3 .精通中型集成电路的应用4 .掌握电子秒表的设计、调整和故障排除方法5 .培养写综合实验报告的能力。2.1.2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学到的理论知识和实践技能，独自完成设

2、计课题。2、根据课题查书，独立思考，深入研究课程设计中面临的问题，培养自己分析和解决问题的能力。3 .根据设计要求选择设计方案，首先对每个单元电路进行设计，选择适当的部件，最后描绘总电路图。4 .学习电子电路的连接安装和调试技能，最终实现任务要求的所有功能的电路布局合理，布线清晰，工作可靠。5、写一份完整的实验报告，分析和讨论调试过程中出现的异常现象。第二章电子秒表的设计过程2.1电路的设计和元件的选定2.1.1整体方案的设计吧台四舍五入控制电路分秒计数秒数每秒十计数给分数的双曲馀弦值的双曲馀弦值的双曲馀弦值的双曲馀弦值解密解密解密解密脉冲发生电路振荡器分频器图2.1电子秒表一般由振荡器、分频

3、器、计数器、解码器、显示器等几个部分构成。 其中，振荡器和分频器构成标准秒信号发生器，在不同的进制计数器、解码器和显示器上构成定时系统。 信号被发送给计数器，累计结果以分、秒、分分秒的数字显示，分、分分秒由十进制计数器构成，秒由六十进制计数器构成。 其原理框图(图2.1 )2.1.2必要设备的选定1.2输入与门、2输入与门、2输入或门、反相器2 .多谐振荡器： f=100Hz (内置555定时器的应用) (图2.2 )调节振荡周期T=0.7(R1 2R2)C、滑动电阻R2，能够输出不同频率的脉冲信号的该振荡器，在电路中向分频器和四舍五入电路提供脉冲信号。图2.23. 8421编码十进制加法计数

4、器74160 (图2.3 )图2.3四个十进制加法计数器74160构成电子秒表的计数单元，分别显示分位、秒十位、秒位和0.1秒的74160是不同的连接方式，能够实现以下四种不同的逻辑功能1 )清零。 clr侧为清零侧，如果clr=0，则触发清零，计数器输出为0，不清零时，请设为clr=1。2 )预设数(进给数)。 load是预设数控制端子，若在load=0时加上CP脉冲的上升沿，则计数器在设置数，即输出QA、QB、QC、QD分别不等于输入到输入端子a、b、c、d的二进制数的情况下3 )计数。 在enp=ent=1(clr=1，load=1)时，计数器处于计数状态。 当计数到QQQQQQQQ=1

5、001时，进位输出RCO=1。 输入另一个计数脉冲后，计数器输出从1001返回到0000的状态，RCO从1变为0。4 )保持。 当ENP=0，ent=1(clr=1，load=1)时，计数器维持工作状态。 输出不仅不变化，进位输出也不变化。 在ENP=1，ent=0(clr=1，LOAD=1)的情况下，计数器输出不会改变，并且进位输出RCO=0。4 .二-五-十进制计数器7490 (图2.4 )图2.47490具有以下逻辑功能1 )从cka输入计数脉冲，CKB=1，QA作为输出端，是二进制计数器2 )从ckb输入计数脉冲，并且QB、QC和QD作为输出端，是异步的五进制计数器3 )从CKA输入计

6、数脉冲，CKB接受输出QA，是十进制计数器4 )在4)r01=r02=1(r91、R92都不是1 )时，实现异步归零5 )在5)r91=r92=1(r01、R02都不是1 )的情况下，实现设定9功能。5.LED七段解码显示器(图2.5 )与各计数器的输出连接，并显示当前计数。图2.52.2模块的设计2.2.1计数器1 .分秒计数器(图2.6 )图2.6采用8421十进制计数器作为0.1秒的计时，向CLK施加脉冲信号，清除1个端子，使计数器总是处于计时状态的进位信号RCO输出到秒位。2 .秒位、分位秒的位和分的位与0.1秒的情况一样，以十进制进行计数。CP只是分别连接低位的进位信号3 .秒十位(

7、图2.7 )当通过复位方法将74160改变成六进制计数器时，输出QB和QC以及非零清除端子clr，并且当计数变为6时，异步地将计数器设置为零。 清零的同时向上位(分位数)供给进位信号，使分位数增加1图2.72.2.2舍入控制电路选择中型计数器7490 (图2.8 )，并使用其归零功能和集合9功能进行四舍五入。 即，利用简单的逻辑门，在计数为0-4停止时，设R01=R02=1，将计数器清零的计数为5-9的暂时停止时，将R91=R92=1，将计数器设为9，同时进行进位，由此实现舍入功能。图2.82.2.3脉冲产生电路1 .振荡器(图2.9 )振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精度决定计时

8、器的精度。 采用由集成电路555的计时器和RC构成的多振荡器，振荡频率f=100Hz，r为可变电阻，可以对r进行微调，抽出不同频率的输出。图2.92 .分频器(图2.10 )图2.10分频器的功能主要有两个。 一个是产生标准秒脉冲信号，两个是提供功能扩展电路所需要的不同频率的信号。 选择中型计数器7490，每张为1/10分频器。第三章电路的实现和调试3.1电路布线3.1.1模块电路图1 .计数器(图3.1 )图3.11 )如图所示，4个标度计数器显示为“分”、“秒”、“分秒(0.1秒)”，其中“秒”位是60进制计数器，“分”、“分秒”位是10进制计数器，使用74160个块来实现。 实现的方法采

9、用了反馈归零法。 即，十进制计数器74160的输出端子QB、QC和异步零清零端子clr构成六进制计数器，进而乘以各比特的十进制计数器来构成60进制计数器。 计数器的各输入端子接地，ENP、ENT控制端子与高电位(Vcc )连接，计数器始终处于计数状态。 如果将“分分秒”计数为9，则进位信号(RCO )被发送到秒位，秒的定时加1。如果将“秒”位计数为59，则进位为“分”位。 由此，实现了010分钟的定时，正确的显示为0.1秒。2 )计时显示。 将计数器的各输出端分别连接到LED数字显示器的4个输入端，接通电源，显示时间。3 )计数复位。 利用开关r将计数器从计时状态变为非同步零，或设为零继续计时

10、，实现计时复位功能。2 .舍入控制电路(图3.2 )图3.2电路由计数器7490和基本门电路构成。 7490具有异步归零和置9功能。 利用栅极，当输出为033，3544时，R01=R02=1，闭合开关Space，当将计数器清零的输出为533，3549时，R91=R92=1，闭合开关Space，并且将计数器设置为9。 计数器的CKA外接脉冲(f=100HZ )通过将输出QD设为“分秒”计时器的CP，将0.01秒四舍五入。3 .脉冲产生电路(图3.3 )脉冲发生电路由振荡器和分频器构成。 一般地，振荡器的频率越高，定时的精度越高，但功耗也越大。 根据需要，设计最佳电路。 一般而言，如果使用晶体构成

11、振荡电路，则频率的精度比较高，但是只要精度不高，就能使用多振荡器。1 )该电路的振荡器是由555计时器和RC构成的多振荡器，调整振荡器r的值，输出100Hz的脉冲信号作为0.01秒计时器和分频器的输入信号。2 )分频器由7490构成，输出QD作为0.1秒计时器的输入信号，实现1/10分频。3 )在振荡器的输出上追加开关，控制脉冲的输出，实现计时器的启动、暂停、连续。图3.33.1.2整体电路图(图3.4 )图3.4合理地连接各模块来构成电子秒表的整个定时器电路，其中四合五输入控制电路的输出QD经由开关Space与“分秒”的CP端子CLK连接，开关的另一端与分频信号(分频器7490的输出QD )

12、连接。3.2电路调试3.2.1单元电路的调试1 .调试计时器1 )“秒”比特数。 连接秒位、十位的计数器，将解码显示器连接到各输出(为了显示当前的计时状态，看是否正确)位的CP侧(CLK )访问脉冲信号源(f=1Hz )，测试其功能，是否能正确地计数0592 )级联“分”位、“秒”位、“分秒”位计数器进行逻辑功能测试。 向“分秒”位计数器的CP输入脉冲信号(f=10Hz )，观察显示器的定时，如果不正确，则检查线路连接是否正确，调整到定时正确为止。2 .多谐振荡器的调试用示波器观察输出波形，测定其频率，调整r，使输出矩形波的频率成为100Hz。 按下开关Space，观察脉冲波形是否发生变化。3

13、 .分频器的测试输入输入信号，频率f=100Hz。 用示波器观察输出QD的波形，测定其频率，确认f=10Hz。 确认这个电路是否具有1/10分频功能。 如果波形显示不正确，请检查连接。4 .四舍五入电路的调试如果在外部连接脉冲信号源，在输出侧连接数字显示器，闭合开关空间，则在观察显示器是否显示0或9的输出QD上连接灯，在显示器显示9时灯是否点亮(在显示0时应该不点亮)3.2.2电子秒表的整体调整1 )在各个单元电路的调试成功后，根据图3.4连接几个单元电路，并对电子秒表进行整体调试。 分别测试电子秒表是否满足设计要求。的。(1)可显示4位，计时范围010分钟(2)正确显示到0.1秒，将0.01

14、秒四舍五入(3)具有暂停、启动、重新开始、连续功能，显示面板由发光二极管构成首先按下开关r，计数器就会被清除。再按一次开关Space，计数器就会开始计数，观察数字显示器的计数是否正常，想暂时停止时，按下开关Space，计数就会立即停止。 数字显示器保持计数值。再次按下空格键，计数器就会继续进行刚才的计时，不想继续实现连续计时功能的计时时，点击r，将计数器返回0，重新开始计数，计时范围为010分钟。2 )电子秒表的精度的测定利用电子表和手表的秒表，可以校正电子秒表。结语刚拿到课题时，我表现出热情和兴趣，复习教科书相关知识，上网查资料等，自己设计的是什么样的电子秒表，能正确地实现设计要求的功能，我

15、很感兴趣。但是，从一开始就遇到问题，伤害了我的自信。 我用我知道的计数器74160实现了六十进制的计数，但是怎么也不能正确计数，总是19秒后出现10秒的类似情况，因为时间关系最终无法修正。 但是，我认为可以通过以下方法进行修正1 .利用门电路把秒位进位信号延迟1秒2 .分别提供与秒位、秒十位对应的标准脉冲信号3 .如果改变计数器7490，则能够解决上述问题(图4.1 )这里要结束了图4.1由于采用由555计时器和RC构成的多振荡器作为时钟发生器，所以精度不太高，所以计数器整体的定时不正确，只要由水晶结晶构成振荡器，就可以提高计时器的精度。总的来说，我基本上完成了设计的所有要求，但是有上述那样的小问题，我相信如果有时间的话