秒表课程设计报告文档.pdf

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1、 电子技术课程设计 数字秒表设计 2 目录 摘要，关键词，引言 3 一 设计目的 3 二 设计总体框图 4 三 设计原理及说明 4 四 单元电路设计 5 五 器件选择 9 六 设计电路图 9 七 安装与调试 9 八 设计心得与体会 10 九 参考文献 11 十 附录（实物图、原理图）12 3 摘要：本文的数字秒表设计是利用数字电路，实现时、分、秒计时功能的装置。具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的应用。关键词：计时 精确 计数器 显示器 74LS160 引言：在科技高度发展的今天，集成电路和计算机应用得到了高速发展。尤其是计算机应用的发展。它在人们日常生活中已逐渐崭露头角，大多数电子产品多是有

2、计算机电路组成，如：手机、mp3 等。而且将来的不久他们的身影将会频繁的出现在我们身边。各种家用电器多会实现微电脑技术。电脑各部分在工作时多是一时间为基准的。本文 就 是基 于 计算机电路的时 钟脉冲信号、状态控制 等原理 设计出的数字秒表。秒表在 很 多 领域充当 一 个重 要角 色。在各种 比赛 中 对 秒表的精确度要 求很 高，尤其是一 些 科 学 实 验，他们 对 时间精确度 达 到了 几纳 秒 级别。一 设计 目 的 1.了 解 数字秒表的 主体 电路的组成 及 工作 原理；2.熟悉 集成电路 及 有关电子 原件 的使用；3.学习 和 掌握 数字电路中的时 钟 发生器 及 计数、译码

3、 显示等 单元 电路的 综合 应用；4.掌握 电子电路一 般 设计 方法 和设计 流程；5.掌握 protel 等 绘图软件 的使用。4 二设计总体框图 三设计原理及说明 数字秒表具有操作方便、使用简单、计数精准等使用优点，在日常生活 中的到了广泛认可和使用。数字秒表的设计属于中规模集成芯片设计。本设计中 CP 脉冲采用 555 多谐振荡方波脉冲，频率为 100Hz。如果需要更精确的计数条件，可以选择石英晶振输入。主计时电路采用 3 片 74LS160 构成的同步清零计数器，毫秒计数级为100 进制，即毫秒计数 100 次向上进 1，依此类推，秒计数为 60 进制。输出为 3片 7448 芯片

4、匹配 3 枚共阴极数码管。其中最小计时精度为 0.01S（即 10mS），能满足一般 的计时 场合 使用。最 大 计时时 长 为 59 秒 9，超过 1 分钟重新从 0 开始 计数。暂停功能 采用 阻断 CP 脉冲输入设 置，具有 较高 的优 先 级。清零 功能 用与非门并联 计数器同步清零（清零时 控 制脉冲为 高，计数器 内部 清零脉冲为 无效的 高状态，计数器 被强 制清零），由双 向 开关控 制，在 任意 时 间 可以使用（不 管暂停与否）。信号源 控 制电路 计数电路 译 码电路 显示 电路 5 四 单元电路设计 1.555定时器 555 定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，

5、用它能方便的构成施密特触发器、单稳态触器和多谐振荡器。它的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，输出驱动电流大约为 200mA，因而它的输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC/3 和 2VCC/3。由于使用灵活方便，所以它在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域得到广泛的应用。实验 所 需信号 时 频 率为 100Hz 的 信号，周期 为 0.01s的信号 源。555 时 钟 电路可以构成多谐振荡器，真 值 表如 下：RST THR TR

6、I OUT TD 0 X X 0 导通 1 2/3VCC 1/3VCC 0 导通 1 1/3VCC 不 变 不 变 1 2/3VCC 2/3VCC 1/3VCC 1 截止 注明：6 脚 为 THR，触发器输 入端，低 电平 有效。2 脚 为 TRI，阀 值输 入端，高 电平 有效。4 脚 为 RST，总复位端，低 电平 有效。7 脚 为 DIS，放电 端。5 脚 为 CON，控制端。1脚接地，8 脚接 电源。3脚 为输出 端。TD 为内部三 极 管。2.十进 制 BCD 码 计数器 74LS160 计数器是数字 系统中 使用 最 多的时 序 电路。它是由触发器和控制 门组 成。它 不仅 可以用

7、 来 计数，还 可以用于数字 系统 的定时、分频执行 数字 运算 等。计数器的种 类繁 多，分类 方 法也有 多种。按 计数器 中 的触发器 翻转次序 可 分 6 为异步和同步计数器；按计数器的编码方法分为二进制、十进制和其它进制计数器；按计数过程中的数字增减分为加法与减法计数器。本次课设所用的 74LS160就是同步置数、异步清零的。因为 74LS160 兼有异步清零和同步置数功能，所以置零法和置数发均可采用。74LS160 的管脚图及功能表如下：74LS160 为异步清零计数器，即 RD 端输入低电平，不受 CP 控制，输出端立即全部为“0”，功能表第一行。74LS160 具有同步预置功能

8、，在 端无效时，端输入低电平，在时钟共同作用下，CP 上跳后计数器状态等于预置输入DCBA,即所谓“同步”预置功能（第二行）。RD 和 LD 都无效，ET 或 EP 任意一个为低电平，计数器处于保持功能，即输出状态不变。只有 4 个控制输入都为高电平，计数器实现模 10 加法计数。=1001 时，RCO=1。0 X 1 0 1 1 1 1 1 1 X X X X X 0 X X X 0 X 1 1 X X X X D C B A X X X X X X X X X X X X 0 0 0 0 D C B A 保 持 保 持 计 数 7 3.74LS48译码显示器 本设计中选用的 74LS48

9、是 BCD 码七 段译 码 器兼驱 动器，输出端（Ya Yg）为高电效，可驱动共阴极 LED 显示器。74LS48 引脚图 7448 功能表 十 进 制 数或功能 输入 LT RBI D C B A BI/RBO 输出 a b c d e f g 备注 0 H H 0 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 0 1 1 H X 0 0 0 1 H 0 1 1 0 0 0 0 2 H X 0 0 1 0 H 1 1 0 1 1 0 1 3 H X 0 0 1 1 H 1 1 1 1 0 0 1 4 H X 0 1 0 0 H 0 1 1 0 0 1 1 5 H X 0 1 0 1 H 1 0 1

10、 1 0 1 1 6 H X 0 1 1 0 H 0 0 1 1 1 1 1 7 H X 0 1 1 1 H 1 1 1 0 0 0 0 8 H X 1 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 1 9 H X 1 0 0 1 H 1 1 0 0 0 1 1 BI X X X X X X L 0 0 0 0 0 0 0 2 RBI H L 0 0 0 0 L 0 0 00 0 0 0 0 3 LT L X X X X X H 1 1 1 1 1 1 1 4 8 4.七段数码管（共阴）显示器采用七段发光二极管显示器，它可直接显示出译码器输出的十进制数。七段发光显示器有共阳和共阴两种接法。与 74L

11、S48 译码器配套的显示器为共阴型。七段显示器的外引线排列图和 7段数码管结构分别如图。数码显示与发光段之间的对应关系如下表所示。BCD 数码管 显示数码 发光管 BCD 码 显示数码 发光管 0000 0 abcdef 0101 5 acdfg 0001 1 bc 0110 6 cdefg 0010 2 abdeg 0111 7 abc 0011 3 abcdg 1000 8 abcdefg 0100 4 bcfg 1001 9 abcfg 七段数码管内部结构介绍(共阴):七段数码管内部由发光二极管构成。在发光二极管两端加上适当的电压时，就会发光。9 五 器件选择 74LS160 3 片 7

12、4LS48 3 片 七段管 3 片 1k 欧电阻 28 个 双向开关 9 个 555 定时器 1 个 导线若干 六 设计电路图 七 安装与调试 故障 1：脉冲发生器（晶体振荡器构成的多谐振荡器）没法实现 0.01s的脉冲信 号。10 排除方法：适当的选取定值电阻、电容的大小、检查线路是否接线正确。故障 2：数码管不显示 排除方法：检查 LED 数码管接入是否错误，检查接入保护电阻是否正确检查译码器和计数器是否连接正确。故障 3：数码管显示后，分进位显示错误，无法正常进位 排除方法：检查各个进位线路是否正常连接，六十进制是否正常。故障 4：不能正常分频 排除方法：检查 74LS160 做分频器是

13、的引脚是否正确。故障 5：数码管显示乱码。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 6：八段器的 LED数码管的小数点无法显示。排除方法：此次设计选择的数码管是共阴极的。在小数点对应的管脚与电源之间接一个 10 欧姆的电阻。八 设计心得与体会 历时两周的课程设计终于结束了，这给我带来很多感受和体会。在自己动手设计实物时，我才体会到 要有 一定的 知识基础 和一 些辅助 的课 外知识，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。我 们 在设计 总电路结 构 和各个 单元 电路的连接 上花费 了大 量 时间。

14、动手 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 11 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，令我逐渐了解并明白设计电路的程序，也让我了解了关于数字秒表的设计结构和原理，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，在这过程中我 接触

15、到 了 很多未接触 过的 检查 方法和 思想。接线的时 候 一 定 要 细心，不 要 接错，同时也要学会 如何判别 芯片的功能，要是芯片 不 具备 要 求 的功能，或者，不匹配，即 使 接线再正确 也 出不 来结 果。最 后总 结一下，通过这次课程设计学 习，我 感觉 电 子 设计 不 是一 件简单易行的 事情，是有 很 大学 问 的。通过芯片的使用，和 或复杂或简单 的 接线 方法，不 同的 变量，一样的实现 思 路。然后，这次课程设计令我对电路设计 都 有了更加 深入 的了解，在 平 时的理 论 学 习 中 遇到 的 问题都 大 概 解 决 了，提高了我的对 问题 的 思考 能力 和 想象 能 力还 有对 问题 的分 析 能 力，培养 了我对学 习 的 兴趣，为以后 的学 习打下了 好 的 开端，我 受益匪浅。同时，让我明白：电 子 设计是说 简单不简单 说难 不难的一 门 课程，而我们只有通过自己 动手 实 际操 作才会有 深刻 理解，所以 在这 里感谢 课设 指导老师 的 指导 和 帮助 过我的同学们。九 参考文献 1 余孟尝.数字电 子技术基础简 明 教 程 高 等教育出版 社 2.康华光.电 子技术基础：数字部分 第 4 版.高 等教育出版 社 3 网 上 资料 12 附录：（实物图、原理图）