数电课程设计电子秒表的设计.docx
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数电课程设计电子秒表的设计
2011~2012学年第二学期
《数字电子技术》
课程设计报告
题目：
电子秒表的设计
专业：
电子信息工程
班级：
10信息1班
姓名：
李闯林晨刘慧平刘洋
卢军马力
指导教师：
冯锁
电气工程系
2012年5月25日
任务书
课题名称
电子秒表的设计
指导教师（职称）
冯锁
执行时间
2011~2012学年第二学期第14周
学生姓名
学号
承担任务
李闯
1009121037
时钟脉冲发生和控制信号的参数计算
林晨
1009121041
原理图绘制与清零电路设计
刘慧平
1009121043
仿真调试与分析
刘洋
1009121045
启动与停止电路的设计
卢军
1009121047
六进制加法计数器的设计
马力
1009121049
十进制加法计数器的设计
设计目的
1.掌握计数器的应用。
2.掌握显示译码器的应用。
3.掌握脉冲信号发生器的设计。
设计要求
1.显示分辨率为1s／100，外接系统时钟频率为100KHz。
2.计时最长时间为1h，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s。
3.系统设置启／停键和复位键。
复位键用来消零，做好计时准备、启／停键是控制秒表起停的功能键。
4.画出电路原理图
5.进行电路的仿真与调试。
摘要
秒表应用于我们生活、工作、运动等需要精确计时的方面。
它由刚开始的机械式秒表发展到今天所常用的数字式秒表。
秒表的计时精度越来越高，功能越来越多，构造也日益复杂。
本次数字电路课程设计的数字式秒表的要求为：
显示分辨率为1s/100，外接系统时钟频率为100KHz；计时最长时间为1h，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s；系统设置启／停键和复位键。
复位键用来消零，做好计时准备、启／停键是控制秒表起停的功能键。
针对上述设计要求，我们先前往校图书馆借阅了大量的数字电路设计方面的书籍，以及一本电子元件方面的工具书，以待查阅各种设计中所需要的元件。
其次安装并学习了数字电路设计中所常用的Multisim仿真软件，在课程设计过程的电路图设计与电路的仿真方面帮助我们发现了设计电路方面的不足与错误之处。
工作安排方面：
我们首先在课程设计的要求下设计出了数字式秒表的整体电路框图。
其次我们对每个单元电路进行设计分析，对其工作原理进行介绍，最后使用Multisim软件画出单元电路，并在可能情况下对其进行仿真实验。
完成了单元电路设计分析之后，进行总电路的拼接与调试，最后对总电路图进行分析，写出结论。
完成总电路的设计与分析之后，对资料与设计电路进行整理、排版，完成课程设计报告。
关键字：
555定时器十进制计数器六进制计数器多谐振荡器
第一章方案设计与论证5
第二章单元电路设计与参数计算6
2.1时钟脉冲发生和控制信号6
2.2设计十进制加法计数器7
2.3设计六进制加法计数器8
2.4启动与停止电路9
2.5清零电路设计10
第三章总电路工作原理及元器件清单11
3.1电路完整工作过程描述11
3.2总原理图11
第四章仿真13
第五章结论15
参考文献16
附录17
插图清单
图1-1方案设计图......................................................5
图2-1555定时器构成的多谐振荡器.......................................6
图2-2异步8421码十进制加法计数器.....................................8
图2-3六进制加法计数器................................................9
图2-4启动与停止电路..................................................9
图2-5清零电路.......................................................10
图3-1总原理图.......................................................12
图4-1电子秒表仿真结果图1............................................13
图4-2电子秒表仿真结果图2............................................14
第1章方案设计与论证
总体分析：
图1-1方案设计图
如图1-1所示，该电路需要2个六进制和4个十进制的加计数器，一个555定时器组成的多谐振荡器，RS触发器启动停止电路。
由555多谐振荡器产生100Hz的时钟脉冲作为脉冲源（即0.01s为周期），通过与启动停止电路的输出与非后作为信号源输入至第一个十进制计数器即0.01s位的计数器。
然后进位至0.1s位的十进制加计数器，以此类推逐个进位。
以此实现显示分辨率为1s／100，计时最长时间为1h，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s，最后通过6个译码显示LED数码管输出。
第2章单元电路设计与参数计算
2.1时钟脉冲发生和控制信号
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器产生矩形脉冲：
暂稳状态的脉冲宽度tp1，即uc从（1/3）Ucc充电上升到（2/3）Ucc所需的时间：
tp1≈（R1＋R2）Cln2＝0.7（R1＋R2）C
脉冲宽度tp2，即uc从（2/3）Ucc放电下降到（1/3）Ucc所需的时间：
tp2≈R2Cln2＝0.7R2C
振荡周期：
T=tp1+tp2＝0.7（R1＋2R2）C
因此，令R1=2KΩ,R2=5KΩ,输出频率为100Hz即T=0.01s，则可求出C=1.19μF。
得下图2-1中100Hz的555定时器构成的多谐振荡器：
图2-1555定时器构成的多谐振荡器
从3脚（OUT）输出100Hz的脉冲信号。
2.2设计十进制加法计数器
使用74LS90芯片实现十进制加法计数器：
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；而且还可借助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CP2输入，QDQCQB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。
在这里我们用到的是将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，构成的异步8421码十进制加法计数器。
如下图2-2：
图2-2异步8421码十进制加法计数器
2.3设计六进制加法计数器
使用74LS92芯片实现六进制加法计数器：
74LS92是一个十二进制的加法计数器，通过将其输出QB，QC与非再与非后输入到芯片的清零端R01，则每当计数器到6即二进制0110时，时计数器清零实现六进制加法计数器。
为使其六进制清零输出的高电平不影响其他计数器清零，在计数器公共清零端前加上二极管（具体见总电路图）。
如下图2-3：
图2-3六进制加法计数器
2.4启动与停止电路
如图：
接0.01s计数器
接时钟脉冲
图2-4启动与停止电路
当开关接低电平即接地时，通过与时钟脉冲与非，使计时器处于暂停状态；当开关接高电平即VCC时，通过与时钟脉冲与非，使计时器处于启动状态。
因此这个开关为“启动/暂停”按键。
2.5清零电路设计
如图:
接所有计数器的R01端
图2-5清零电路
当开关接高电平时，所有计数器清零；当开关接低电平时，所有计数器正常工作。
第三章总电路工作原理及元器件清单
3.1电路完整工作过程描述（总体工作原理）
电路通过555多谐振荡器产生的100Hz时钟脉冲与启动与暂停电路与非后输入到第一个计数器即0.01s位的74LS90十进制计数器使其进行频率为100Hz的十进制加法运算。
并进位至下一位0.1s位的十进制加法计数器，频率缩减为10Hz。
以此类推依次进位至最高位，并以6个LED数码管将计数器输出的信号显示出来。
当“启动/停止”开关处于低电平时计数器处于保持状态，即暂停；当开关处于高电平时，计数器继续正常工作。
而清零开关为高电平时，所有计数器清零；处于低电平时所有计数器可正常工作。
3.2总原理图：
（见下图3-1）
图3-1总原理图
第4章仿真
按照上面的总电路图建立仿真电路，观察计数器上面的输出，下面的图就是仿真的输出结果
图4-1电子秒表仿真结果图1
图4-2电子秒表仿真结果图2
第5章结论
本次课程设计的题目是电子秒表，技术指标为：
计时最长时间为1h，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s，可以清零、暂停。
至今各项指标都已实现。
整个过程历经3个星期，从资料的查询，方案的确定，以及电路板的制作。
本电路由555振荡器、控制、分频、计数、译码显示几个部分组成，各电路的功能都已实现且运行良好。
在本次设计的过程中，本组所设计和制作的电路还存在许多的不足之处。
如：
布线稍微凌乱，原件摆放松散，工艺有所欠缺。
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。
参考文献
[1]杨欣.王玉凤.电子设计从零开始.清华大学出版社,2005
[2]黄仁欣.电子技术实践与训练.清华大学出版社,2004
[3]彭铭泉.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，2004
[4]高志清.数字电路逻辑设计.大连理工出版社,2002
[5]张庆权.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社,2002
[6]沈明山.常用电子元件手册.机械工业出版社,2001
[7]郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社,2004
[8]杨素行.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2005
[9]刘维恒.实用电子电路基础.电子工业出版社,2004
[10]王武江.陈树凯.常用集成电路速查手册.冶金工业出版社,2004
[11]成立.电子技术.北京理工大学出版社,2000
附录
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
555定时器
T，RC
1
2
74LS90
4
3
与非门CD4011
2
4
74LS92
2
5
LED共阴极数码管
6
6
阻抗元件
R,C
若干
7
单刀双掷开关
2
8
二极管
2
答辩记录及评分表
课题名称
答辩教师（职称）
答辩时间
学年第学期第周
答
辩
记
录
评分表
学生姓名
学号
评分
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