1、电学 数字式电子秒表课程设计数字电子技术课程设计报告课题： 数字式秒表设计 班级 电信1073 学号 学生姓名 专业 电信工程 系别 指导教师 电子信息工程系2009年5月1、设计目的数字电子技术课程设计是数字电子技术课程结束后进行的教学环节。其目的是：1、培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。2、学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。3、进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、
2、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。4、培养学生的创新能力。2、设计要求1、秒表由4 位七段LED显示器显示，其中两位显示“min”,二位显示“s”，显示分辩率为1 s;2、计时最大值为59 min59s;3、计时误差不得超过1s;4、具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能；5、主要单元电路和元器件参数计算、选择；6、画出总体电路图；7、安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。8、调试电路9、电路性能指标测试10、提交格式上符合要求，内容完整的设计报告3、总体设计3.1基本结构及总
3、体思路数字式秒表是一种简单的秒计时器。该计时器的原理框图如图3-1所示。它由秒信号发生器、秒计数器、控制电路、译码电路、数码显示器等五部分组成。其中控制电路由RS触发器构成，主要通过开关K2，K1来实现秒表的开启、停止与复位功能。单稳态触发器提供清零功能，当控制电路开启秒计数器时，秒信号发生器中的555振荡器会提供一个标准频率使计数器开始计数。3.2总体电路图数字式秒表的原理框图如图3-1所示：图3-2 秒表原理图主要单元电路和元器件如上图，该电路具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能；计时最大值为59 min 59s。图3-2中单元I为用集成与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接
4、触发的触发器，有直接置位、复位的功能。基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止，暂停和继续秒表的工作。图3-2 中单元为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。第三部分时钟发生器电路是由555定时器构成的多谐振荡器实现的。二五十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，然后接入到译码显示器中。4、单元电路设计4.1控制电路控制电路由电阻、基本RS触发器、按键开关等构成。如下图：图4-1中单元I为与用集成与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。它有两个触发信号端，复位端和置位端。其功能表为表4-1及逻辑符号图4-2如下所示：图4-2 RS触发器逻辑
5、符号图表4-1：输入输出Q n+1n+10110100111Qnn00不确定不确定它的一路输出作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号。按动按钮开关K2（接地），则门1输出=1；门2输出Q=0，K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K1，则Q由0变为1，门5开启，为计数器启动做好准备。由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。基本RS触发器在数字式秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。4.2秒计数器单稳态触发电路包含阻容元件构成的微分电路。图4-3中单元II为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图4-4为各点波形图。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Vi由基本RS触发
6、器端提供，输出负脉冲V0通过非门加到计数器的清除端R。静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻ROff。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的Rp和Cp。单稳态触发器在数字式秒表中的职能是为计数器提供清零信号。4.3 秒信号发生器时钟发生器由555定时器及外围电阻、电容组成，其精密度由电位器Rw进行校准。图4-5中单元III为555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。调节电位器Rw ，使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号，当基本RS触发器Q=1时，门5开启，此时50HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于
7、计数器（1）的计数输入端CP2 。其中R=100k的电阻、Rw、电容为定时元件，根据f=1.44/(R+2Rw)C可以选取适当的电阻和电容值。4.4译码电路及数字显示二五十进制加法计数器74LS90构成数字式秒表的技术单元，如图4-7所示。其中计数器（1）接成五进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.10.9秒；19.9秒计时。下面是一个来连接单元I和单元III的与非门：时钟发生器由三片74LS90加法计数器构成，其连接图为：注：集成异步计数器74LS90功能简介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。
8、图4-8为74LS90引脚排列，表4为功能表。通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可以借助R0（1）、R0（2）对计数器清零，借助S9（1）、S9（2）将计数器置9 。其具体功能详述如下：（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CP 2输入，QD，QC，QB作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3）若将CP2和相连，计数脉冲由输入，作为输出端，则构成异步码十进制加法计数器。（）若将CP和相连，计数脉冲由输入，作为输出端，则构成异步码十进制加法计数器。（）清零、置功能。(a)当R0（1）、R0（2）均为“1”；S9（1）、S9（2
9、）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 。表4-2：输入输出功能清零置9时钟QD QC QB QAR0（1）、R0（2）S9（1）、S9（2）CP1 CP21 10 xx 0x x0 0 0 0清零0 xx 01 1 x x 1 0 0 1置91 xx 00 x x 0 1QA输出二进制计数 1 QDQCQB输出五进制计数 QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数1 1不变保持
10、5、调试由于在实验中使用器件较多，实验前需要合理安排器件在实验装置上的位置，使电路逻辑清楚，接线较短。实验时按照各单元电路逐个接线并逐个调试，即分别测试基本RS触发器、单稳态电路、时钟发生器、计数器、译码显示电路的逻辑功能，待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来进行测试，直到测试秒表整个电路的逻辑功能。5.1基本RS触发器的调试由于本实验的RS触发器未找到所以就用4输入的与非门电路74LS03来代替触发器的作用。连接线路时由于接线太多导致接线紊乱后经过检查正确连接，连接功能也可以达到预想结果。如表4-1 。5.2单稳态触发器的调试（1）静态调试用直流数字电压表测量A、B、D、F各点电
11、位值。记录之。表5-1：UAUBUDUF1.94V0.17V0.10V1.51V（2）动态调试输入端接1KHZ连续脉冲源，用示波器观察并描绘D点（VD）、F点（V0）波形，如嫌单稳输出脉冲持续时间太短，难以观察，可适当加大微分电容C（如改为0.1 u）待测试完毕，再恢复4700p。5.3时钟发生器的调试用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节Rw,使输出矩形频率为50HZ。图5-1脉冲波形图5.4计数及译码显示（1）计数器（1）接成五进制形式，R0（1）、R0(2)、S9（1）、S9（2）接逻辑开关输出插口，CP2接单次脉冲源，CP1接高电平“1”，QDQA接实验设备上译码显示输入端D、C、
12、B、A，按表4测试其逻辑功能，记录之。（2）计数器（2）及计数器（3）接成8421码十进制形式，同内容（1）进行逻辑功能测试。记录之。（3）将计数器（1）（2）（3）级连，进行逻辑功能测试。记录之.其记录结果如表4所示。6、电路测试及测试结果6.1电子秒表的整体测试各单元电路测试正常后，把各个单元按顺序连接起来，进行电子秒表的总体测试。先按一下按钮开关K2，此时电子秒表不工作，在按一下按钮开关K1，则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常，如不需要计时或暂停计时，按一下K2，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。在显示译码时刚开始由于频率没有调准确而导致所显示的数字不稳定，经过
13、调试后使得555定时器输出端为稳定频率值50HZ，最终能正常显示结果。6.2电子秒表准确度的测试利用电子钟或秒计时对电子秒表进行校准。7、设计总结刚接到课题时，我通过图书馆查资料和请教同学老师对我组所做的课题做了基本的了解，做出了电路的总体设计，真正连接电路时，刚开始被那么多的线搞的头昏眼花，同学建议我用相同的线表示同一种功能，如输入的用一种线，输出的用另一种线，接地的和接电源的分别用黑和红线等，经过几番条理清晰的连接，我终于成功连接好了电路。这次课程设计实践，对于诸多元器件比如计数器74LS90、555定时器、触发器等有了更系统的了解。本实验有很多的器材不能完全按照开始设想的提供全面。如基本
14、RS触发器在做实验时是用与非门74LS03代替实现的，单稳态触发器也是由电阻、电容、与非门等构成实现的。我最深刻的就是要养成科学严谨的实验习惯，这样做起来才会更有条理性。要把所学的知识灵活运用，必须要翻阅大量的资料并且要多多请教同学和老师，有很多的知识是平时不会注意的，但到了实际操作时就会因为那么一点小欠缺而不能完成。我们需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。要有耐心和毅力。但画图的部分我不是很成功，因为以前没学过protel软件，所以对画图不是很熟悉，有一部分图都是用Word画的，在画图部分用的时间很多。理论只有与实践结合才能把所学知识灵活运
15、用，本次课程设计我收获很大，既把课本上的理论知识给巩固了，也在实际操作中把所学知识与实际的电路很好的联系起来，并且从客观上理解所学知识。实际操作也同时加大了我的学习兴趣和探索兴趣，我能顺利的完成本次课程设计要感谢学校提供图书馆的资料参考和图书馆辛勤工作的人员，感谢我们丁卫红老师平时对我们的悉心指导，和同学们对我的帮助，还有学校能提供我们良好的实验教室和实验器材。8、参考文献1 南寿松，刘荣林，电子实验与电子实践，中国标淮出版社，2004.112 汪学典，电子技术基础实验，华中科技大学出版社，2006.83 吴敏，戴雷，张晨，电工电子实验与仿真，安徽人民出版社，2007.8 4 陈帅，数字电子技术实验指导书，淮阴工学院，2009.2.19
