数电课程设计数字电子秒表设计打印 终极版

电子线路课程设计报告 设计题目： 数字式秒表 专业班级： 电子信息科学与技术 姓 名： 纪 宁 指导教师： 白旭芳 完成日期 2012 年 6 月 27 日 数字式秒表一、 设计任务与要求1主要单元电路参数计算和元器件选择；2画出总体电路图；3借助仿真软件在计算机上进行仿真试验；4. 仿真成功后，在插线板上连接好设计的电路并进行调试和测试；5. 最终实现秒表的计时、停止、复位功能。二、方案设计与论证1.1整体电路构思：利用已学的数模电知识进行单元电路的设计，再将各个单元电路进行级联成为整体电路图。1.2方案1 用专用集成电路设计的秒表电路，应用时钟芯片驱动6位七段发光二极管显示时间。 1.3方案2 由基本数字逻辑单元进行设计,它由振荡器产生一定频率的方波脉冲，之后由分频器对方波脉冲进行分频，以达到设计电路所需的频率脉冲，脉冲作为时钟信号驱动计数器进行计数，最后由译码器译码并在数码管上显示计数器译码器多谐振荡器数码显示器1.4方案的选择：方案二与已学的数模电知识联系比较紧密，有较好的知识基础，能够将所学知识与实践联系起来，而且电路设计能够模块化，实现也比较简单，所需器件实验室也能够满足，因此最终选择方案二实现本次课程设计三、单元电路设计与参数计算（1）由NE555P组成的多谐振荡器(多谐振荡器)(A)、555时钟电路可以构成多谐振荡器，真值表如下： RSTTHRTRIOUTTD0XX0导通123VCC13VCC0导通113VCC不变不变123VCC23VCC13VCC1截止毫秒信号产生电路NE555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。利用闭合回路的反馈作用可以产生自激振荡。TTL电路延迟时间短，难以控制频率。电路接入RC回路有助于获得较低的振荡频率，由于门电路的作用时间极短，TTL电路自有几十纳秒，所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的，而且频率不易调节。在电路中接入RC电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R，C的数值可以很容易实现对频率的调节。振荡电路是数字秒表的核心部分，电容充放电的速度决定了电路的振荡频率R1 .R2 .C决定了多谐振荡器的周期，即决定了形成的方波的频率利用闭合回路中的负反馈作用可以产生自激振荡，利用闭合回路中的延迟负反馈作用也能产生自激振荡，只要负反馈作用足够强。为了得到频率更加准确的频率信号，加入了电容和电阻，其中电容为0.01微法，电阻为100K欧姆。(d)振荡周期的计算(R2=)1. 确定R1、R2、C的值；占空比： 1. 按所设计的电路连线，测试2. 根据公式： HZ (二)参数的确定 由于电路的周期为0.01s，T=0.01s即频率f=100HZ由上述公式可得结果： 由式得：则R1=R2=100K（2） 74LS90(计数器)74LS90功能：十进制计数器（2 和5）原理说明：本电路是由4 个主从触发器和用作除2 计数器及计数周期长度为除.原理说明：本电路是由4 个主从触发器和用作除2 计数器及计数周期长度为除5 的3 位2 进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9 输入。为了利用本计数器的最大计数长度（十进制），可将B 输入同QA 输出连接，输入计数脉冲可加到输入A 上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。LS90 可以获得对称的十分频计数，办法是将QD 输出接到A 输入端，并把输入计数脉冲加到B 输入端，在QA 输出端处产生对称的十分频方波真值表：Reset Inputs复位输入 输出 R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) QD QC QB QA H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L LH X L X L COUNT COUNT COUNT COUNT L X L X L X X L X L L X H=高电平 L=低电平 =不定BCD 计数顺序（注1） Count 输出 QD QC QB QA 0 L L L L 1 L L L H 2 L L H L 3 L L H H 4 L H L L 5 L H L H 6 L H H L 7 L H H H 8 H L L L 9 H L L H 5-2 进制计数顺序（注2） Count 输出 QA QD QC QB 0 L L L L 1 L L L H 2 L L H L 3 L L H H 4 L H L L 5 H L L L 6 H L L H 7 H L H L 8 H L H H 9 H H L L 注1：对于BCD（十进）计数，输出QA 连到输入B 计数注2：对于5-2 进制计数，输出QD 连到输入A 计数 图1 74LS90引脚图(3)74 L S47为BCD七段译码器（译码器）74 LS 47为BCD七段译码器/驱动器，真值表如下：十进制LTRBDCBABI/RBOabcdefg01100001000000111X00011100111121X00101001001031X00111000011041X01001100110051X01011010010061X01101110000071X01111001111181X10001000000091X1001100011007447为四线-七段译码器，可以用来驱动七段共阳极数码管，当LT，RBI，BI，端接高电平时，从DCBA端输入BCD码时，从abcdefg端输出相应的数码管显示码。结合四线-七段译码器7447可以现实0到9个数字。(4)半导体数码管（数码显示器）现在的许多电器设备上都有显示十进制字符的字符显示器，以直观的显示出电器设备的运行数据。目前广泛使用的字符显示器是七段字符显示器，或称七段数码管。常见的七段数码管有液晶显示数码管和半导体数码管两种。 半导体数码管是由七段发光二极管（Light Emitting Diode）组成，简称LED。图1.6是LED的引脚及其等效电路图1.6（a）LED的引脚及其等效电路。LED产品的种类繁多，有图1.6(b)、（c）所示的共阴极电路，还有共阳极电路，常用的数码显示器有BS201，BS202等。.:四、总原理图及元器件清单1总原理图 使用器件 器件个数74ls903个74ls472个开关2个七段数码管2个555定时器1个电阻R11个 （100k）电阻R23个（1k）电容10u 0.01u 各1个22u 2个2元件清单五、安装与调试在领到器件并按照功能检测完器件之后我们开始进行组装调试。我们分工完成各个部分的组装最后再进行总装，这样既可以发挥个人的技术特长又能够提高效率。我主要负责直流电源和时钟脉冲发生器的组装调试。电源采用变压器直接变压的方式是输出为5V直流电压。按照之前设计好的电路图在插线板上开始布线，布线完成经再次对照电路图无误后接通220V交流电源，经过调试用电压表测量输出为5.005V的直流电压符合设计要求。提供时钟脉冲的信号源选用的是NE555，和1k电阻三个，1个100K的电阻，10uf和0.01uf电容各一个，按照电路原理图接好线后经过无数次的调试，最终，在老师的指导下，将输出信号经与非门后才得到了所要求的稳定的10Hz信号，才完成了信号源的调试.接下来完成的是计数电路，计数电路是由三个74LS90组成的串行输入异步置数电路。然后是控制电路，控制电路是由两块74LS47组成。将以上模块连接在一起就构成了所要求的计数电路。本设计采用电路仿真对设计电路进行了调试，在调试过程中遇到了不少的麻烦，经过多次反复的检查和排除，最终实现了全部功能。调试方法：按模块调试，在每个模块的输入端加理想的调试信号，在输出端接示波器，观察输出波形，如果波形符合设计预期，则说明此模块工作正常，否则可按从输出到输入的顺序逐一排查，直到解决问题。当各模块调试无误后，将各模块连接起来，同时要注意接口的电平匹配问题。六、性能测试与分析对数字显示器的基本性能测试和分析图1.7七段数字显示器发光段组要驱动LED正常的显示十进制数的十个字符，LED前面必须接一个显示译码器。 显示译码器可实现的逻辑功能是：将输入的8421BCD码转化成驱动LED发光的高、低电平信号，驱动LED显示出不同的十进制数字符，下面来讨论显示译码器的组成。 因显示译码器可以驱动LED显示出09这十个数字字符，十个数字字符对应十种高低电平的组合状态，要描述这十种高、低电平的组合状态必须用4位二进制数，根据LED发光的特点可得描述显示译码器逻辑功能的真值表七、结论与心得 通过本次课程设计我学到了许多课本所学不到的知识，也颇有心得。首先我们的基本技能得到了提高，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。通过对已学知识的回顾和运用巩固加深了对基础知识的理解。最重要的是对电子电路系统开发的基本思想、基本程序和总体过程有了一个初步的认识，这将正确指导我们以后的学习。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是利用Protues软件进行仿真，因为以前没有接触这个软件，所以我们要从头学起，自行摸索的学习。我们在各个单元电路的连接上花费了大量时间。我们在设计时曾做出了两套方案以及仿真电路，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，这才确定了我们的电路。实验过程中，我深刻的体会到自学能力的重要性。因为我们要根据任务书选择合适的元器件，在设计之前必须查阅大连的资料熟悉他们的功能，以便选择符合要求的器件。而且必须搞清楚每个元器件的内部结构、管脚图、以及参数计算等。我认为在设计过程中培养的自学能力是十分难得的。通过这次对数字式秒表的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字秒表的原理与设计理念。在此次的数字秒表设计过程中，我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。总体来说，通过这次课程设计学习，我越发感觉电子设计不是死板的东西，是有很大科学性与艺术性的。不同芯片的使用，不同的接线方法，不同的变量，不同的实现思路，经过组合后几乎可以称之为艺术。这次课程设计使我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用仿真软件的使用，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，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：电子设计容不得纸上谈兵，只有自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获，所谓“千里之行，始于足下”，这次课程设计最大的意义在于让我们迈出了通往工程师的第一步。八、参考文献数字电子技术基础（第五版） 阎石主编 高等教育出版社电子技术实践与训练 黄仁欣主编 清华大学出版社电子电路制作指导 张宪 何宇斌 化学工业出版社