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1、 课程设计 课 程：数电课程设计 题 目：电子秒表 .目录 第 1 章 设计要求.第 2 章 设计方案.第 3 章 总电路设计思路 第 4 章 分解电路的设计及说明.第 5 章 电路的仿真第 6 章 设计总结及心得体会.参考文献：附录：.第 1 章 设计要求 结合数字逻辑电路知识，设计或分析下述功能电路，利用 Proteus软件对电路进行功能仿真，并基于仿真结果对电路进行功能改进。给出仿真机及分析过程及结果。设计参数：1.设计可控的计数器（定时器）、分频器、键去抖电路和动态扫描显示电路；2.设计系统顶层电路；3.进行功能仿真和时序仿真；4.对仿真结果进行分析，确认仿真结果达到了设计要求：1.分
2、析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2.确定合理的结构方案，对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较并考虑器件的来源，敲定可行方案。.3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。第 2 章 设计方案 方案一：实现秒表的功能有很多种，该方案采用的是用 555 定时器产生一个 1000HZ 的秒脉冲，然后通过分频电路接到延时电路上，跟
3、一个去抖电路连接在一起，输出给 74160 做触发信号，与另一个 74160连接组成，然后把输出端分别连接到 7448 译码器上，通过共阴极七段数码管来显示结果，算选用的器件便宜，精度小于 5%，可实现 0-59 秒的计时，另有启动、暂停、和清零三个功能。但在电路仿真过程中不是很顺利，仿真结果与自己的设想有所出入，故方案一仅在设计总结及评估中提及。方案二：利用 555 定时器产生一个 100HZ 脉冲；设计秒逻辑电路实现时间的正确显示功能；设计秒校时电路对电子秒表显示时间进行基本校正，经 7448译码后通过共阴极七段数码管来显示结果。该电子秒表可以准确的显示 00.00-99.99s，可手动启
4、动、暂停、清零等。第 3 章 总电路设计思路.该数字式秒表电路的工作原理：由 555 定时器产生 100Hz 脉冲信号,作为 10 毫秒的计时脉冲；10 毫秒计数器计满 10 后，向 100 毫秒计数器产生进位脉冲；100 毫秒计数器计满 10 后，向 1 秒计数器产生进位脉冲；1 秒计数器计满 10 后，向 10 秒计数器产生进位脉冲。计数器的输出经显示译码器译码后送显示器显示。该电路设置两个控制键“SW1”,“SW2”。键“SW1”控制电路的清零功能，键“SW2”控制电路的暂停功能。图 3-1 数字式秒表电路的结构框图 第 4 章 分解电路的设计与说明 1100HZ 脉冲发生器的设计 时钟
5、发生器是模拟 数字混合式集成电路。用 555定时器构成的自激式多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。显示器 显示器 显示器 显示器 译码器 译码器 译码器 译码器 计数器 计数器 计数器 计数器 脉冲发生器 清零 暂停.555 组成的脉冲信号发生器 T1=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C;T2=R2Cln2=0.7R2C;T=T1+T2;输出脉冲的占空比 q 为，q=T1/T2=(R1+R2)/(R1+2R2)我选用的参数为：R1=2.05K+2K=4.05K R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U0555C10.01uC21uR15.1kR22.05kR32.0k.R
6、2=5.1K,C=1u，f=1/0.7（R1+2R2）C=100HZ 2计数器的设计 计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时,分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能.计数器种类很多.按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分,有同步计数器和异步计数器.根据计数制的不同,分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器.根据计数的增减趋势,又分为加法,减法和可逆计数器.还有可预置数和可编程序功能计数器等等。40192 是十进制计数器，40192 上的 Rd 控制端是异步清零端，高电平有效；Ld 输入端是异步预置数控制端，低电平有效；预置数数据
7、输入端包括 D3、D2、D1 和 D0，D3 为最高位，D0 为最低位；C0 端是进位输出端，低电平有效；B0 端是借位输出端，低电平有效；计数结果从 Q3、Q2、Q1 和 Q0 端输出，Q3 为最高位，Q0 为最低位。当计数时钟脉冲从 CPU 输入时，集成芯片实现加法计数过程，计数过程为0000-1001-0000。40192 集成计数器的逻辑功能如表3-2 所示。表中“”表示时钟脉冲的上升沿。表 3-2 40192逻辑功能表 清零 预置 使能 预置数据输入 数据输出 R D L D CPu CP D D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 H L L L L L L D C B A
8、 D C B A.L H H 加法计数 L H H 加法计数 计数功能主要利用十进制加法计数器40192 来实现。因要求电子秒表显示时间为 00：0099：99 秒，因此需四片 40192 芯片，其与译码显示单元的相应输入端连接，可显示 00：0099:99秒。通过不同的连接方式，40192 可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助 RD 对计数器清零。由四片 40192 芯片构成的计数器电路如下图所示 40192 构成的计数器 3译码及驱动显示电路的设计 计数器实现了对时间的累计以 8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选
9、用74 48 作为显示译码电路，选用 LED 数码管作为显示单元电路。A15B1C10D9LOAD11CLEAR14QA3QB2QC6QD7TCD13TCU12CLKU5CLKD4U540192A15B1C10D9LOAD11CLEAR14QA3QB2QC6QD7TCD13TCU12CLKU5CLKD4U640192A15B1C10D9LOAD11CLEAR14QA3QB2QC6QD7TCD13TCU12CLKU5CLKD4U840192A15B1C10D9LOAD11CLEAR14QA3QB2QC6QD7TCD13TCU12CLKU5CLKD4U740192.7448 引脚图 LED 数码显
10、示管 448 管脚功能介绍如下：LT：试灯输入端，当 T=0 时，不管其他各个输入端输入如何，输出显示为 8，正常显示时该端应输入高电平。RBI端称为动态消零输入端。BI/RBO 动态清零输出端，该端主要作为多位显示中的多个译码器动态消零连接。A、B、C、D、为 8421BCD 码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1 有效。8421BCD 码对应的显示图：8421BCD码对应的显示图 .译码显示器电路 由于设计中要有分频器、按键去抖电路两个要求，我所设计的方案二没有应用到，但方案一中有这两个子电路，故下面将作介绍。4分频器设计 74LS90 为 2-5-10 进制计
11、数器，作为十进制进行分频。74LS90 是异步二五十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。通过不同的连接方式，74LS90 可以实现四种不同的逻辑功能；而且还右借助 R0（1）、R0（2）对计数器清零，借助 S9（1）、S9（2）将计数器置 9。.其具体功详述如下：（1）计数脉冲从 CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。（2）计数脉冲从CP2输入，QDQLQH作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3）若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步 8421 码十进制加法计数器。（4）若将CP1与QD相连，计
12、数脉冲由 CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步 5421 码十进制加法计数器。（5）清零、置 9 功能。a)异步清零 当 R0（1）、R0（2）均为“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000。b)置 9 功能 当 S9（1）、S9（2）均为“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”时，实现置 9 功能，即 QDQCQBQA=1001.下图为方案一分频器截图，由 555 定时器产生的1000HZ信号输入到第一片 74LS90 的 CKA 端，从第三片 74LS90 的 Q3 端输出，经过分频后便产生了 1HZ的时钟信号。.5按键去
13、抖电路 系统的控制开关我选择的是单刀双掷开关，然后接一个抖动消除电路，控制秒表的计数和停止。它的一路输出 Q 作为延迟电路的输入，按动按钮开关 J1时（接地），则门 U2B 输出 Q=0；门 U1B 输出 Q=1，状态保持不变。再按动按钮开关时；则 Q由 0 变为 1，输出 U4A 开启，为计数器启动作为准备。Q 由 0 变 1，启动单稳态触发器工作。基本 RS 触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。下图为方案一按键去抖电路截图部分，图中单刀双掷开关可以停止秒表工作。CKA14Q012CKB1Q19Q28Q311R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7U274LS90CKA1
14、4Q012CKB1Q19Q28Q311R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7U1174LS90CKA14Q012CKB1Q19Q28Q311R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7U1274LS90.第 5 章 电路的仿真 方案二仿真全图：123U3:A74HC08123U8:A74S00456U8:B74S00R4100kSW1SW-SPDTR5100kSW1SW-SPDTA7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U17448A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG
15、14U27448A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U37448A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U47448A15B1C10D9LOAD11CLEAR14QA3QB2QC6QD7TCD13TCU12CLKU5CLKD4U540192A15B1C10D9LOAD11CLEAR14QA3QB2QC6QD7TCD13TCU12CLKU5CLKD4U640192A15B1C10D9LOAD11CLEAR14QA3QB2QC6QD7TCD13TCU12CLKU5CLKD4U84
16、0192A15B1C10D9LOAD11CLEAR14QA3QB2QC6QD7TCD13TCU12CLKU5CLKD4U740192123U10:A74LS08R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U0555SW2SW-SPDTC10.01uC21uR15.1kR22.05kR32.0k.方案一仿真全图：第 6 章 设计总结及心得体会 设计总结：本次课程设计我设计了两个方案，其中方案一我尽量使用分频器、按键去抖电路等设计所要求的来设计电路图。但很遗憾，方案一并没有达到我的预期，经过反复调试也没能好使，不得已，我又设计了方案二，虽然电路里没有使用分频器、按键去抖电路，但在方案一的设计过
17、程中我已经对上述两个子模块电路有了一定的了解，并在报告里面均作了一一叙述。心得体会：课程设计进一步加深了对数字电子技术的认识，熟悉了对 proteus软件的学习和使用，在仿真过程中出现R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1555R11.5R330kR257kC110nC210nCKA14Q012CKB1Q19Q28Q311R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7U274LS90123U3:A74HC0812U4:A74LS0434U4:B74LS04D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U574160A
18、7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U67448U7NAND123U8:A74S00456U8:B74S00R4100kSW1SW-SPDTR5100kD03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U974160A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U107448SW2SW-SPDTCKA14Q012CKB1Q19Q28Q311R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7U1174LS90CKA14Q012CK
19、B1Q19Q28Q311R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7U1274LS90.较多的问题，通过自己的努力和组员的帮助都一一解决了。通过这次对电子秒表的设计与仿真及制作，为以后的电路设计打下良好的基础，得到了一些宝贵经验和教训，加强了自己的动手能力和协同合作能力，为以后的学习和工作提供了良好的范例，我会把这种认真和实在带到以后的生活当中去。参考文献：1康华光.电子技术基础.5.版.北京：高等教育出版社 2阎石.数字电子技术基础.5版.北京：高等教育出版社 3童诗白，华成英.模拟电子技术基础.4版.北京：高等教育出版社 附录 参考元器件清单：方案一：七段 LED 数码管（共阴）2 片 555 芯片 1 片 74LS90 4 片 74160 2 片 7448 2 片 74LS04 3 片 74S00 2 片.74HC08 1 片 NAND 1 片 单刀双掷开关 2 个 电阻、电容、地、电源 若干 方案二：七段 LED 数码管（共阴）4 片 7448 4 片 40192 4 片 555 芯片 1 片 74LS08 1 片 单刀双掷开关 2 个 电阻、电容、地、电源 若干