电子秒表实验设计报文档格式.docx
《电子秒表实验设计报文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子秒表实验设计报文档格式.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
（也可自已设计直流稳压电源供电）。
6）完成设计总结报告。
1.3发挥部分
1）增加倒计时功能。
2）增加0.1秒至9.9秒的计时功能。
2、方案论证与对比
2.1方案一及原理
电子秒表完全的电路图，按功能可以分成四个单元电路进行分析，由时钟脉冲发生器、计算器、译码器和数码管组成。
其原理方框图如图1所示。
图1
充分运用芯片74LS90的逻辑功能，用四片74LS90芯片实现秒表示00—99秒。
利用集成与非门构成的基本RS触发器（低电平直接触发）实现电路的直接置位、复位功能。
利用集成与非门构成的微分型单稳态触发器为计数器清零提供输出负脉冲。
利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。
原理图如图2。
图2
2.2方案二及原理
其原理方框图如图3所示。
图3
计数功能主要利用74LS192来实现。
因要求电子秒表显示时间为00—99秒，因此需四片74LS192芯片，其与译码显示单元的相应输入端连接，可显示00—99秒。
通过不同的连接方式，74LS192可以实现四种不同的逻辑功能；
而且还可借助开关对计数器清零、倒计时。
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。
原理图如图4。
图4
芯片74LS192作用说明：
Cdn---减计数脉冲输入，当作减计数操作时Cup接高电平。
Cup---增计数脉冲输入，当作加计数操作时Cdn接高电平
BO---借位输出信号，在减计数时出现，低电平有效。
CO---进位输出信号，加计数时出现，低点平有效。
LD---加载，即对计数器作置数操作时的控制信号。
当LD位某个电平时，计数器可以预置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。
2.3方案择优：
74LS90可以直接驱动共阴极七段数码管，是使能端，起辅助作用。
但是74LS90只能十进制计数，不能实现同步加减计数，所以倒计时功能无法实现。
74LS192具有加减同步计数功能，电路设计清晰可行，我们采用方案二。
2.4电路分析
2.4.1时钟脉冲发生器
555定时器是模拟—数字混合式集成电路，利用它可以方便地构成脉冲产生、整形电路和定时、延时电路。
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。
调节电位器Rp，使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号。
（一）555定时器的电路结构及其功能
图5是555定时器的内部逻辑电路和外引脚图，从结构上看，555电路由2个比较器、1个基本RS触发器、1个反相缓冲器、1个集电极开路的放电晶体管和3个5kΩ电阻组成分压器组成。
图5
（二）555定时器的逻辑功能
表一555逻辑功能表
TH
OUT
DIS
×
导通
＞
1
＜
保持
截止
多谐振荡器如图6。
当电路刚接通电源时，由于C（C1//C2）来不及充电，555电路的2脚处于零电平，导致其输出3脚为高电平。
当电源通过R1、Rp向C充电到Vc≥Vcc时，输出端3脚由高电路平变为低电平，电容C经R1和内部电路的放电开关管放电。
当放电到Vc≤Vcc时，输出端又由低电平转变为高电平。
此时电容再次充电，这种过程可周而复始地进行下去，形成自激振荡。
是输出端及电容器C上电压的波形。
图6图7
振荡频率的估算：
（1）电容充电时间T1。
电容充电时，时间常数τ1=（R1+R2）C，起始值vC（0+）=
，终了值vC（∞）=VCC，转换值vC（T1）=
，带入RC过渡过程计算公式进行计算：
公式1
公式2
公式2
（2）电容放电时间T2
电容放电时，时间常数τ2=R2C，起始值vC（0+）=
，终了值vC（∞）=0，转换值vC（T2）=
（3）电路振荡周期T
T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C
（4）电路振荡频率f
（5）输出波形占空比q
定义：
q=T1/T，即脉冲宽度与脉冲周期之比，称为占空比。
2.4.2计数器
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。
图8
表二计数器功能表
输入
输出
MR
PL
CPU
CPD
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
d
c
b
a
↑
加计数
减计数
2.4.3译码器
译码器是一个多输入，多输出的组合逻辑电路.它的作用是把给定的代码进行"
翻译"
，成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出。
译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换,终端的数字显示,还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。
不同的功能可选用不同种类的译码器。
译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。
前者又分为变量译码器和代码变换译码器。
计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，译码器电路采用CD4511集成块，CD4511是一个用于驱动共阴极LED显示器的BCD码——七段码译码器
特点如下：
具有BCD转换、消隐喝锁存控制、七段译码以及驱动功能的CMOS电路能供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。
其功能介绍如下：
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其他输入状态如何，七段数码管均属于熄灭状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=0，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何让，气短均发亮，显示“8”，它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出，LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出保持在LE=0时的数据，D1，D2，D3，D4为8421BCD码输入端。
Qa—Qg：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的内部上拉电阻，在输入端与数码管笔端接上限流电阻就可以工作。
表三译码器功能表
输入
输出
LE
BI
LI
D4
D3
D2
D1
Qa
Qb
Qc
Qd
Qe
Qf
Qg
显示
8
消隐
2
3
4
5
6
7
9
锁存
锁存
2.4.4数码管
一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点.小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降,随显示光（通常为红,绿,黄,橙色）的颜色不同略有差别,通常约为2～2.5V,每个发光二极管的点亮电流在5～10mA.LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器,该译码器不但要完成译码功能,还要有相当的驱动能力。
这个设计的数码管采用共阳型数码管。
一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。
本电路中的两个数码管显示为1—9。
图9
3PCB版制作与调试
1、PCB设计
PCB板的制作是运用ProtelDXP软件来绘制，利用DXP制板的基本流程：
准备原理图，设置PCB设计环境，载入网络表，并纠正网络表的宏错误，布线规则设置，布线，PCB的优化，DTC检查，保存文件与输出。
准备原理图：
根椐所画的电路图，在元件库中查找到所要求的元件符号，在DXP中绘制出原理图，在选择元件的时候特别要注意元件的封装是否符合所需的封装要求。
布线设置主要设置线宽为40mil、孔大小为0.8mil，采用低层布线，其他为默认设置。
布线采用单面板布线。
布线原则：
逻辑清晰、接线牢固、测试方便、美观大方。
PCB的优化主要设置焊盘的大小与某些线的宽度及布线的路径。
焊盘一般采用方框为78.74mil×
39.37mil。
保存文件与输出是保存设计中的各种文件，并打印输出，包括PCB文档、元件清单等。
设计工作结束。
打印时可以把孔打印成实心，可以自己控制孔的大小方便打孔。
2、热转印
通过打印机PCB图打印到热转印上，然后选择大小合适的铜板，将铜板表面打磨干净之后，用带有PCB图的那一面同铜板贴紧，经过热转印机，温度约120度，转印三次，即把热转印纸上的PCB图转印到铜板上。
3、腐蚀
腐蚀这一过程是电路板成功的关键，将腐蚀液倒入腐蚀机加热至75度后，将已经热转印的铜板放入腐蚀机进行腐蚀，腐蚀时间约一分钟即可。
拿出洗净后如果没有发现断线、短路等情况即可。
4、焊接元件
根据原理图，在PCB板上焊接元件。
焊接时要特别注意不要出现在虚焊、短路等，元件的正负极反接、错接。
4元件清单
表四元件清单
元器件
型号
数量
计数芯片
74LS192
译码芯片
CD4511
芯片
74LS00
电解电容
10uf
瓷片电容
50P
101P
电阻
0.1K
16
3K
插槽
14引脚
16引脚
8引脚
开关
单刀双掷
单刀单掷
数码管
共阴极一位
5、课程设计结论
经过近两个星期的课程设计，我们组的成员都充分认识到理论知识和实践结合的重要性。
经过近两年的理论基础的学习，我们成功的将理论运用如实践，并成功的制作出PCB板，在设计中，组员之间的相互配合和分工是尤其重要的，同时整个团队的合作意识是本次设计成功的关键因素。
此次设计的成功涉及的因素主要有：
（1）各成员对其相关部分的知识掌握程度；
（2）对实验流程的掌握及实验中可能会出现的不协调的因素的推测；
（3）与老师的协商及对实验元件的了解；
（4）通过仿真软件对设计电路进行仿真。
此次课程设计持续的时间长，对组员的耐心是一种极大的考验，同时学校的支持力度也应该加强，而不应该对学生的提问表示不解，对有些元器件的可能的缺少要及时的给予指导，当然学生也要积极的配合老师的工作，根据学校所能提供的元件对方案进行适当的修改，努力将自己所学的知识尽可能的运用到对方案的设计中去。
致谢
本次电子设计主要由谭绍辉、张怀刚、袁首完成，其间老师也付出了大量的时间和精力来帮助我们。
要是没有老师的帮助，我们根本就不能这么快完成任务，我们衷心的感谢我们所有的老师，尤其是我们的指导老师田汉平老师、杨玲老师，以及帮助过我们的同学们，如果没有你们，我们是不会这么快、这么好、这么顺利完成这次的设计任务的。
在此，我们表示衷心的感谢。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，2006.1.
[2]黄智伟.全国大学生电子设计大赛技能训练.北京航空航天大学出版社，2007.1.
[3]彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社，2007.10.
[4]朱国兴.电子技能与训练（第二版）.高等教育出版社，2001,3.
[5]凌阳科技大学计划编著.凌阳全国大学生电子竞技文集2003年获奖作品选编.高等教育出版社,2003.4
升级会员 