电子秒表课程设计.docx

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电子秒表课程设计

电子秒表设

课题名称

电子秒表

姓名

***

学号

*******

院、系、部

物理与电子科学系

专业

电子信息科学与技术

指导教师

***

2011年11月20日

一、设计任务及要求：

设计任务：

用中小规模集成电路设计一个电子秒表。

要求：

1.能显示两位数10制数，其计数范围0——99。

2.具有清零、预置数、停止等功能。

指导教师签名：

2011年11月20日

二、指导教师评语：

指导教师签名：

2011年11月27日

三、成绩

指导教师签名：

2011年12月25日

电子秒表设计

1设计目的

（1）学习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。

（2）学习电子秒表的调试方法。

2设计思路

（1）设计基本RS触发器电路。

（2）设计单稳态触发器电路。

（3）设计时钟发生器电路。

（4）设计计数及译码显示电路。

3设计过程

3.1方案论证

电子秒表总体方框图如图1所示：

3.2电路设计

电子秒表电路如图2所示：

图2电子秒表电路图

（1）基本RS触发器

图2中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S2让其接地，则U7A输出

=1，U8A输出Q=0，S2复位后其状态保持不变。

再按动按钮开关S1，则Q由0→1，U8A开启，作好准备启动计

数器。

由1→0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。

RS触发器原理图

RS触发器仿真截图

*注：

由于基本的RS触发器的S1=S2=0是应该避免的不稳定状态，所以在调试过程中应当避免将S1和S2同时接地。

（2）单稳态触发器

图2中用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。

当电路处于静态时，电阻R须小于门的关门电阻RoofRC取值不同所以输出脉冲宽度不同。

当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时,可将省去输入微分电路的Rp和Cp。

基本RS触发器提供负脉冲信号Vi，，输出负脉冲Vo由非门加到计数器的清除端R。

单稳态触发器原理图

单稳态触发器仿真截图

（3）时钟发生器

图7中单元Ⅲ由集成运放ua741构成的方波发生电路。

此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。

RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压+Uz,,此时滞回电压比较器的门限电压为UTH2。

输出信号通过R2对电容C１正向充电，充电波形如图3箭头所示。

当该电压上升到ＵTH2时，电路的输出电压变为－UZ,门限电压也随之变为UTH1，电容C1经电阻R2放电。

当该电压下降到ＵTH１时输出电压又回到+Uz，电容又开始正相充电。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

输出方波如图八所示，调节滑动变阻器RW2可改变方波的周期。

可调方波发生电路仿真截图

（4）计数及译码显示

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.

计数器种类繁多。

如果按计数其中的触发器同时翻转分类，可以将计数器分为同步式和异步式两种。

在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时发生的。

而在异步计数器中，触发器的翻转有先有后，不是同时发生的。

如果按计数过程中计数器中的增减分类，又可以分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。

如果按计数器中的数字编码方式分类，还可以以分成二进制计数器、二-十进制计数器、格雷码计数器等。

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。

其中计数器U1接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端取得周期为0.1s的矩形脉冲，作为计数器U2的时钟输入。

计数器U2及计数器U3接成8421码十进制形式．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0．1～0．9秒：

l～9．9秒计时。

。

74LS90是二－五－十进制异步计数器，从000计到111为例。

先接成加法计数状态，在输出为1000时（既Q4为高电平时）把Q4输出接到R01和R02脚上（即异步置0），此时当计数到1000时则立刻置0，从新从0开始计数。

1000的状态为瞬态。

状态转化图中是0000到0111是有效状态，1000是瞬态，跳转从这个状态跳回到0000状态。

（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，QDQLQH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.

74LS90引脚图

4系统调试与结果

由于电路中使用器件较多，设计前必须合理安排各器件在实验装置上的位置，使电路逻辑清楚．接线较短。

应按照设计任务的次序．将各单元电路逐个进行接线和调试．即分别测试基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器的逻辑功能．待备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……，直到测试电子秒表整个电路的功能。

这样的测试方法有利于检查和排除故障，保证实验顺利进行。

（1）组装调试电子秒表

（2）对多谐振荡器进行调试

（3）调试单稳态触发器

（4）调试清零、停止功能的基本RS触发器电路仿真开始测试

（5）观察计数和数码管的显示

最后进行电子秒表的整体测试：

各单元电路测试正常后．按图2把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体测试。

先按一下按钮开关S2．此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关S1．，则计数器清零后使开始计时，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．按一下开关S1，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。

5主要仪器与设备

数字电路试验箱1台

示波器

数字万用表

数字频率计

译码显示器

74LS00×274LS90D×3

电位器、电阻、电容若干

6设计总结

电子技术课程设计是电子技术基础这门课程的一个实践环节，是对所学电子技术理论知识的一次综合运用。

在本次设计过程中，我独自查阅一些资料并且虚心向同学请教，在老师的指导下,设计电路，完成课程设计说明书，这样培养了我的动脑、动手能力，提高了我的综合能力。

通过这次对电子秒表的设计，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于秒表的基本原理与设计理念。

我们需要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对实验中出现的问题进行分析解决，要有耐心和毅力。

一个复杂的电路原理图，涉及到很多的接线与元器件，任何一根线连接错误，都有可能导致输出不正确,所以可以同学间进行互相检查,改正错误。

连线的时候，要特别注意结点。

参数的选择要准确，板块的布局要紧凑美观等等。

所有的这些，都是我在课堂上学不到的。

通过对细节的修正，使自己设计的电路图更加符合实际的功能要求。

最后，这次设计培养了自己严谨认真，实事求是的好习惯,也使自己提高了与同学互相探讨的能力。

参考文献

[1]华成英、童诗白，《模拟电子技术基础》，北京：

高等教育出版社，2008年

[2]阎石，《数字电子技术基础》，北京：

高等教育出版社，2008年

[3]闫有运.《电子技术实践》，中国矿业大学出版社，2007