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多功能电子秒表课程设计说明书
多功能电子秒表的设计
摘要:
随着电子技术的发展和应用领域的扩大与深入,电子技术的重要性日益突出。
作为一个学电子信息专业的学生,我们必须不断地了解更多的新产品信息,就更加要求我们对专业知识有更深的理解,更强的实验操作能力。
本设计的多功能电子秒表系统以74ls192芯片为中心器件,利用其既能正计时又能倒计时的原理,结合74ls47译码器、显示管来设计多功能电子秒表。
这就需要了解组合逻辑电路和时序逻辑电路;了解集成电路的引脚安排;了解各种计数、译码芯片的逻辑功能及使用方法;了解数字钟的原理。
本次设计是基于100进制电子数字钟的原理,实现具有100进制正计时与倒计时的电子钟,它主要由脉冲、100进制加减法器74LS192、译码器74LS47各功能模块在Ewb软件中将其仿真模拟出来,然后将其打包成可调用的元件,这时,再进行时序仿真、引脚锁定和嵌入逻辑分析仪之后,就编译下载至硬件中,选择正确的模式和各种设置后即可实现这次设计所要求的功能。
关键词:
多功能电子秒表;100进制加减法计数;74ls192芯片;74ls47芯片。
1绪论
1.1课题背景
奥运赛上裁判根据运动员跑步的时间来判断名次、测试人们在一定时间内能跑多远距离、测试人们能憋多长时间的气等等,这些都需要计时功能,无论是正计时还是倒计时在日常生活中都很受人们的需要。
所以,就需要设计一些既能正计时也能倒计时的秒表。
1.2秒表的发展趋势
时间是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。
测量时间的基本方法是使用秒表直接测量。
其中秒表的精度是人们最关心的,这就要求它的计时最小单位足够小,显示模块的灵敏度足够高。
随着人类科技文明的发展,人们对于秒表的要求在不断地提高。
秒表已不仅仅被看成一种用来计时的工具,在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。
高精度、多功能、小体积、低功耗,是现代秒表发展的趋势。
在这种趋势下,秒表的数字化、多功能化已经成为现代秒表生产研究的主导设计方向。
1.3本课题研究内容
本设计是基于74ls芯片的多功能秒表,主要以74ls192芯片为计数器,利用其正计时、倒计时计数的原理,结合74ls47芯片作为译码器、电源电路、LED数码管以及开关来设计秒表。
本次设计是基于100进制电子数字钟的原理,实现具有100进制正计时与倒计时的电子钟,它主要由脉冲、100进制加减法器74LS192、译码器74LS47各功能模块在Ewb软件中将其仿真模拟出来,然后将其打包成可调用的元件,这时,再进行时序仿真、引脚锁定和嵌入逻辑分析仪之后,就编译下载至硬件中,选择正确的模式和各种设置后即可实现这次设计所要求的功能。
2研究方案与预期成果
2.1研究方案
根据课题研究内容,系统主要由时钟电路、显示电路以及系统主控制电路组成。
2.1.1时钟电路方案
方案一:
采用555芯片提供秒信号,因为555芯片设计较难,所以不采用此方案。
方案二:
采用实验室仪器箱上的连续脉冲来提供连续的秒信号,因为用连续脉冲能节省时间,也能节约器件,因此采用此方案。
2.1.2显示电路方案
对于数字显示电路,通常采用液晶显示或数码管显示。
对于一般的段式液晶屏,需要专门的驱动电路,而且液晶显示作为一种被动显示,可视性差,不适合远距离观看;而数码管作为一种主动显示器件,具有亮度高、响应速度快、防潮防湿性能好、温度特性极性、价格便宜、易于购买等优点,而且有远距离视觉效果,很适合夜间或是远距离操作。
因此,本设计的显示电路采用7段数码管作为显示介质。
数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。
由于本设计需要采用八位数码管显示时间,如果静态显示则占用的口线多,硬件电路复杂。
所以采用动态显示。
动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管,这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。
通常各位数码管的段选线相应并联在一起,由一个8位的I/O口控制;各位的公共阴极位选线由另外的I/O口线控制。
动态方式显示时,各数码管分时轮流选通,要使其稳定显示必须采用扫描方式,即在某一时刻只选通一位数码管,并送出相应的段码,在另一时刻选通另一位数码管,并送出相应的段码,依此规律循环,即可使各位数码管显示将要显示的字符,虽然这些字符是在不同的时刻分别显示,但由于人眼存在视觉暂留效应,只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。
2.1.3系统主控制电路
本秒表的设计具体有两种方案。
基于数字电路。
传统的秒表以最为基本的数字电路来实现的。
因为实验要求,所以本设计基于数字电路做系统主控制电路。
综上所述,对本设计的方案选定:
采用74ls192芯片作为主控制系统;实验室仪器箱提供实时时钟;LED数码管动态扫描作为显示。
2.2预期成果
根据课题研究内容,本设计的秒表要实现的功能如下:
1.设计以1秒为计数单位,显示范围在00——99秒;
2.通过按键控制秒表开始/暂停,正计时、倒计时功能;
3.可以在正计时的基础上倒计时;
3各芯片引脚图
3.174ls192芯片
(a)(b)
(a)为74ls192芯片的引脚排列,(b)为芯片的逻辑符号
图中:
PL为置数端,CPU为加计数端,CPD为减计数端,TCU为非同步进位输出端,TCD为非同步借位输出端,P0、P1、P2、P3为计数器输入端,MR为清除端,Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
功能表如下图所示:
3.274ls47芯片
74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器,74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码,可以直接把数字转换为数码管的显示数字,从而简化了程序,节约了开销。
因此是一个非常好的芯片!
74LS47译码器原理:
译码为编码的逆过程。
它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。
实现译码的逻辑电路成为译码器。
译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。
74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器,它在这里与数码管配合使用。
(1)LT:
试灯输入,是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。
当LT=0时,无论输入A3,A2,A1,A0为何种状态,译码器输出均为低电平,若驱动的数码管正常,是显示8。
(2)BI:
灭灯输入,是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。
BI=0时。
不论LT和输入A3,A2,A1,A0为何种状态,译码器输出均为高电平,使共阳极7段数码管熄灭。
(3)RBI:
灭零输入,它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。
当对每一位A3=A2=A1=A0=0时,本应显示0,但是在RBI=0作用下,使译码器输出全1。
其结果和加入灭灯信号的结果一样,将0熄灭。
(4)RBO:
灭零输出,它和灭灯输入BI共用一端,两者配合使用,可以实现多位数码显示的灭零控制。
要使74ls47芯片能正常译码并且能与七段数码显示器正常使用,LT,BI/RBO,RBI三个接口必须要接高电平。
3.3七段数码管显示器
74LS48七段译码驱动器功能表如下:
共阳极七段数码管显示器显示器件的种类很多,在数字电路中最常见的显示器是半导体显示器(又称为发光二极管显示器,LED)和液晶显示器(LCD),本设计采用7段LED数码显示器.7段LED数码显示器俗称数码管,其工作原理是将要显示的十进制数码分成7段,每段为一个发光二极管,利用不同发光段组合来显示不同的数字.LED的死区电压较高,工作电压大约1.5~3V,驱动电流为几十毫安。
74LS47译码驱动器输出是低电平有效,所以,配接的数码管必须采用共阳极接法。
上图是共阴极式与共阳极式LED数码管的接线图,使用时,公共阴极接地,7个阳极a到g由相应的BCD七段译码器来驱动.由于本次设计是将74ls47芯片与七段数码管显示器一起使用的,所以必须要采用共阳极接法才能使七段数码管正常使用。
七段数码显示器上的a,b,c,d,e,f,g与74ls47芯片上的QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG七个输出端一对一接上,这样就能使七段数码显示器能正常使用。
4系统电路图
根据课程要求绘制出系统电路图,其图如图4所示:
图4系统电路图
设计电路原理:
在设计电路图之前,我们组的成员由于没有先上网了解了74芯片的大概功能,起初我们绘制出来的电路图是用两片74ls160芯片实现100进制正计时,再用74ls47芯片与七段数码显示器一起实现正计时功能,用两片74ls192芯片实现100进制倒计时,再用两片74ls47芯片与七段数码显示器一起实现倒计时功能,在用两个开关实现正计时与倒计时功能的切换,可是由于绘制的电路图过于复杂,使用的仪器太多,造成元件的浪费,还有经济上的损失,更不利于焊接电路,老师也说这个电路图不好,所以我们放弃了这个方案,重新绘制了成功的电路图,也就是我们用的电路图,设计思想是了解了74芯片的大概功能,知道74ls160没有倒置数这个功能,74ls192才既有正置数又有倒置数这两个功能,于是我们想到了用74ls192芯片来实现正计时与倒计时这两个功能,首先,用两片74ls192芯片实现100进制,在利用两个开关来控制芯片的正计时与倒计时,用两片74ls48芯片实现与74ls192芯片的对应译码功能,再将74ls48芯片与七段数码显示器的接口一一对应链接,最后,起初本来想用555芯片提供秒信号的,后面杨老师说可以用实验室仪器箱上的脉冲,于是我们就用了仪器箱上的脉冲来给74ls192芯片提供稳定的秒信号,最终实现了简单的从00—99秒的正、倒计时多功能秒表。
5仿真软件介绍
完成了电路图的绘制之后,要使系统能够实现设计所要求的功能,必须进行系统调试。
为了更方便有效的进行系统调试,就需要绘制系统仿真图。
主要用到的软件是EWb
5.1EWb软件介绍
用来画电路图和仿真电路工作状态 波形、电流、电压等非常直观,ewb5.0的仿真功能非常强大,通过它能够几乎百分百地仿真出真实电路的结果,而且它在桌面上提供了非常实用的工具,如万用表示波器、信号发生器扫频仪、逻辑分析仪数字信号发生器、逻辑转换器等等工具,其器件库中包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片,如果器件库中没有的元器件,你还可以由外部模块导入。
图5-1EWb32软件图
5.2EWb32软件主界面窗口
界面由多个区域构成:
菜单栏,各种工具栏,电路输入窗口,状态条,列表框等。
通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑,并根据需要对电路进行相应的观测和分析。
用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。
5.3菜单栏
菜单栏(这里只介绍需要使用的菜单)位于界面的上方,不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项,如File,Edit,View,Options,Help。
此外,还有一些EDA软件专用的选项,如Place,Simulation,Transfer以及Tool等
1.File
File菜单中包含了对文件和项目的基本操作命令。
命令
功能
New
建立新文件
Open
打开文件
Close
关闭当前文件
Save
保存
SaveAs
另存为
NewProject
建立新项目
OpenProject
打开项目
SaveProject
保存当前项目
CloseProject
关闭项目
RecentFiles
最近编辑过的文件
RecentProject
最近编辑过的项目
Exit
退出Multisim
2.Place
通过Place命令输入电路图。
命令
功能
PlaceComponent
放置元器件
PlaceJunction
放置连接点
ReplaceComponent
重新选择元器件替代当前选中的元件
PlaceasSubcircuit
放置子电路
ReplacebySubcircuit
重新选择子电路替代当前选中的子电路
3.Simulate
通过Simulate菜单执行仿真分析命令。
命令
功能
Run
执行仿真
Pause
暂停仿真
Analyses
选用各项分析功能
Postprocess
启用后处理
VHDLSimulation
进行VHDL仿真
AutoFaultOption
自动设置故障选项
GlobalComponentTolerances
设置所有器件的误差
根据系统电路图,在EWb32软件上绘制出系统仿真电路图,其电路图如图5-2所示。
图5-2仿真电路图
6电路仿真
6.1分析仿真
单击右上角类似开关的按钮,两个开关原状态是开关1闭合,开关2关闭,这时即可看见两个显示器中的数字从00~99不断循环变化。
关闭开关1,显示器会暂停,这时闭合开关2,显示器会从当前数字开始倒计时,关闭开关2,闭合开关1,这时显示器会从当前数字继续正计时。
这就证明多功能电子秒表的制作与仿真基本成功。
6.2分析
因为此次设计做的是多功能电子秒表,计数状态由00~99不断循环变化,并且可以倒计时,功能简单化,因此,在绘制电路图时选择的元件数量少,只要元件选择正确,连接电路图也准确无误,并且运行仿真操作没有差错,仿真结果与理论值就应该是完全一致的,由上图的仿真结果可知其正确性。
这就说明了我们的电路仿真图无误。
6.3误差分析
在绘制电路仿真图的过程中,只要操作正确无误,元件之间的线路连接无误,此次设计在结果上与理论值会是完全一致的,因此误差在这里不容易体现。
但是我们应该了解任何仿真软件都是不可能绝对精确的,在一定程度上都会存在误差,所以我们无论在做什么仿真的时候,都要注意提高操作质量,避免出现误操作。
7系统硬件焊接与调试
完成软件仿真和调试后,绘制的电路仿真图基本实现设计要求,但是软件仿真有很多是在理想状况下进行的,为了更好地实现本次设计的价值,有必要进行系统硬件的焊接和调试。
7.1焊接步骤
1)元器件的挑选,选择合适的元器件并利用万用表进行检测。
2)元件的布局,元件应该布局在给定的电路板山河,元件布局时应考虑走线问题,为了使实物更为美观,尽量使连接线走在焊接层,保证导线横平竖直,如果需要走正面,则需要保证导线横平竖直。
3)元件焊接,在焊接之前,需对元器件的位置进行调整,便于布线,然后进行焊接。
4)焊接连接导线,根据前面的构思对元件管脚进行连接并焊接。
7.2元件清单
表1元件清单
序号
名称
型号/规格
数量
备注
01
开关
2个
02
03
04
05
电阻
芯片
芯片
显示器
1K
74ls192
74ls47
七段数码管
1个
2个
2个
2个
7.3实物图
焊接的硬件实物正面图如图7-3-1所示。
图7-3-1焊接的硬件实物正面图
焊接的硬件实物反面图如图7-3-2所示:
图7-3-2焊接的硬件实物反面图
7.4硬件电路测试
在焊接中要注意的地方:
掌握好焊接的温度和时间。
在焊接时,要有足够的热量和温度。
如温度过低,焊锡流动性差,很容易凝固,形成虚焊;如温度过高,将使焊锡流淌,焊点不易存锡,焊剂分解速度加快,使金属表面加速氧化,并导致印制电路板上的焊盘脱落。
尤其在使用天然松香作助焊剂时,锡焊温度过高,很易氧化脱皮而产生炭化,造成虚焊。
焊接电路板后,首先要检查加工质量,并确保没有任何方面的错误,如短路和断路,尤其要避免电源短路;元器件在安装前要逐一检查,用万用表测其数值,看是否与所用相同;完成焊接后,应先空载上电(芯片座上不插芯片),并检查各引脚的电位是否正确。
若一切正常,方可在断电的情况下将芯片插入,再次检查各引脚的电位及其逻辑关系。
将万用表的探针放到单片机接电源的引脚上检测一下,看是否符合要求,全部电路测试完之后,将各个芯片插入芯片座,进行功能检测。
将焊接好的电路进行调试。
将电路接到+5伏电源上,观察数码管显示是否正常。
如果显示正常,计数正确,是从00计数到99并且控制开关能控制显示器开始/暂停或者倒计时,则说明电路原理和安装焊接正确,设计、调试成功。
如果不是上面所说情况,说明电路存在问题,需要找出问题所在,仔细检查电路是否设计正确、是否存在虚焊、是否焊接错误等,找出错误继续调试,直到调试成功为止。
制作完成后,连接+5V电源和地线,加入频率为1Hz的脉冲,检测显示电路是否出现故障。
经检测电路都实现了设计要求的功能。
总结
通过本次课程设计,使我们更深刻地了解数字电子技术的基础知识、电路分析与计算的基本方法,通过利用Ewb软件,对电路进行一系列分析,仿真,更将抽象的理论知识与实际电路设计结合在一起,加深了对数字电子中一些基本定理的理解与运用。
也初步掌握了进行实验的基础技能,相信一定能为我们以后的学习打下一个坚实的基础,也使我们在综合性实践这一环节得到了很大的锻炼,对所学的理论知识进行了进一步的扩展与应用,也是对课程理论和课程实验的综合和补充。
培养了们综合运用基础理论知识和专业知识解决实际工程设计问题的能力,以及工程意识和创新能力。
能够使学生掌握数字电子课程的基础知识、电路分析与计算的基本方法,具备进行试验的初步技能,并为后续课程的学习打下必要的基础。
在这过程中,我们发现了以往在学习中忽视的东西,明白了在实际的设计工作中只有书面知识是不足的,只有在自己的实践中才能发现问题并解决问题,从而不再犯眼高手低的错误。
在此次的设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
在设计电路中,是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的。
总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力。
而且在此次设计中,我了解到了理论与实践相结合的重要性,对以后步入社会积累了很好的经验。
对我们电子信息专业的本科生来说,实际能力的培养至关重要,而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的,必须从课堂走向实践。
这也是一次预演和准备毕业设计工作。
通过课程设计,让我们找出自身状况与实际需要的差距,并在以后的学习期间及时补充相关知识,为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备,从而缩短从校园走向社会的心理转型期。
课程设计促进了我系人才培养计划的完善和课程设置的调整。
近年来,我系为适应学生的实践需要陆续增设与调整了一系列课程,受到同学的欢迎,其中这次的设计很受同学们的喜欢。
课程设计达到了专业学习的预期目的。
在课程设计之后,我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高,更重要的是通过对电路板制作流程的了解,进一步激发了我们对专业知识的兴趣,并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习
致谢
本设计在选题及研究过程中得到杨全丽老师的悉心指导。
杨老师多次询问设计进度,并为我指点迷津,帮助我开拓研究思路,精心点拨、热忱鼓励。
杨老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人。
对杨老师的感激之情是无法用言语表达的。
通过这次课程设计,使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼,使我在74芯片的基本原理、74芯片应用系统开发过程,以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步,为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。
我在指导老师杨老师的精心指导和严格要求下,获得了丰富的理论知识,极大地提高了实践能力,并对当前电子领域的研究状况和发展方向有了一定的了解,这对我今后进一步学习进制方面的知识有极大的帮助。
在此,我忠心感谢杨老师指导和支持。
在未来的学习中,我将以更好的成绩来回报老师。
在此,我还要感谢在一起愉快的度过大学生生活的计算机系全体老师和同学,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑。
在说明书即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课程设计到说明书的顺利完成,有多少可敬的老师、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!
参考文献
[1]阎石,《数字电子技术基础》[M]北京,高等教育出版社,2006
[2]杨刚,《数字电子技术基础实验》[M]北京,电子工业出版社,2004.
[3]杨志忠,《电子技术课程设计》[M]北京,机械工业出版社,2008
[4]王建珍,《数字电子技术》[M]北京,人民邮电出版社,2005
[5]杜普选、高岩、闻跃编著,《现代电路分析》,北方交通大学出版社,清华大学出版社。
[6]《数字电子技术基础》.康华光.北京.高等教育出版社.2008年.第五版。
[7]《电子技术实训与课程设计》 . 吴俊芹 . 机械工业出版社
[8]《电工技术与电子技术实验》 夏桂书 中国名航飞行学院 2003
[9]《电工学 》秦曾煌 高等教育出版社 2009
[10]康华光.《电子技术基础:
模拟部分》. 北京:
高等教育出版社,1988
[11]陈世和.《数字电子技术实验指导书》. 自编,2005
[12]《数字电子技术基础》 高等教育出版社 清华大学阎石主编
[13]《数字逻辑电路实验指导书》 罗萍,凌家良编
[14]《数字与逻辑设计实用教程》 国防工业出版社 韩桂英主编
[15]《数字电路应用》 中国电力出版社
[16]《电子电路实验及应用课题设计》 中国科学技术大学出版社
[17]《数字逻辑基础》 复旦大学出版社
[18]《数字电子技术基础简明教程》 高等教育出版社
[19]《数字系统设计》 高书莉
[20]《电子技术实验与课程设计》 毕满清
[21]《电子技术常用器件应用手册》 陈汝全
[22]《最新电子元器件应用手册》 高海生
[23]《数字电路逻辑设计》 王毓银
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