电子秒表的设计与制作

电子秒表的设计与制作论文摘要：本毕业论文通过电子秒表的设计，给出了以555定时器为核心，以分频、计数与译码显示模块为主要构成部分的电子秒表的设计方案。系统具有随时启动、停止以及清零功能。关键词：555定时器分频计数译码艾力达引言随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛。人们对它的认识也逐步加深。在秒表的设计上功能不断完善，在时间的设计上不断的精确，人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。秒表的设计是由555芯片提供的，秒表时间由相关的电阻与电容的大小决定。除了时间的设计精确外，秒表还在功能上有所改变，如实现倒计时。电子秒表广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验，还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合，如测定短时间间隔的仪表。秒表有机械秒表和电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒，广泛应用于科学研究、体育运动及国防等方面。在当今非常注重工作效率的社会环境中，定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便。充分利用定时器，能有效的加强我们的工作效率。目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高、功能强，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电路课题设计的进行使我们有了这个非常好的机会，通过这种综合性训练，我们的动手能力、实际操作能力、综合知识应用能力得到了更好的提升。本设计是基于数字电路和模拟电路的电子秒表的设计思路及实现方法。本设计中，充分利用数字电路的计数、译码、显示的优良特性，使整个设计达到了比较满意的效果。本设计主要有时基产生电路、电源电路、分频电路、计数与译码电路（包括显示电路）、开关按钮电路组成。所设计的电子秒表达到了设计要求的各项指标，并且在这个基础上进行了功能扩展。这次设计中不但对以前的知识进行巩固，而且学会了更多的新知识，提高思维、强化动手能力，能够更好地适应和走上工作岗位，为以后的就业打下一定的基础。1系统功能要求本次设计的电子秒表是以中规模TTL集成电路、CMOS集成电路和LED数码显示器为主要部件的电子秒表。硬件设计主要有时基产生电路、电源电路、分频电路、计数与译码电路（包括显示电路）、开关按钮电路。本设计主要是以模拟电子技术和数字电子技术控制为主。所设计的电子秒表将达到以下指标：具有随时停止、启动功能秒表最大读数为9.9秒要求用中规模集成电路实现设计电路2设计方案系统共需要时基产生555定时器1个，分频部分SN74LS90芯片1块，计数部分CD4518二—十进制加计数器1块，译码部分CD4511BCD-七段锁存2块译码驱动器，显示（LED）2个。根据要求实现秒表具有随时停止和启动功能，秒表最大读数为9.9秒。如图1所示，本设计的总思路是利用一个振荡器，产生一个时钟脉冲，信号经过分频之后分两步计数，一路低位计数0.0—0.9秒，另一路是高位计数0—9秒，然后，将产生的信号通过译码电路，将位计数0.0—0.9秒和高位计数0—9秒利用显示器来显示。4.1PCB的设计在任何设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节,此过程非常重要，关系到整个设计的外观是否好看。如果设计方法不当，PCB可能会造成电子秒表参数的精确性，比如数码管显示有缺损段码、读数不正确等。以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析：从原理图到PCB的设计流程：建立元件参数－导入原理网络表-设计参数设置-手工布局-手工布线-验证设计－复查-CAM输出。参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压,在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易翘皮，而且走线与焊盘不易断开。元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如,如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。布局时要符合的原则：首先要考虑PCB尺寸大小，本设计的电路板形状为矩形,长宽比为3：2，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局，易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件尽量远离。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接，稳定芯片性能的电容尽量靠近芯片。在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号可能保持尽一致的方向。布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时，注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起。尽可能地减小环路面积。进行全局布线的时候,还须遵循以下原则：（1）布线方向：从焊接面看,元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致,布线方向最好与电路图走线方向相一致。（2）设计布线图时走线尽量少拐弯,印刷弧上的线宽不要突变,导线拐角不能90度,力求线条简单明了。（3）印刷电路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。（4）跳线应为红色，焊盘大小横坐标、纵坐标都为100mil，否则钻的孔不够大，跳线接不上，跳线尽可能短而且为直线。4.2电路调试本次设计中，调试是一个重大的过程，调试的好坏就直接关系了作品的成功与否。在设计电子秒表的过程中，我不断地调试，不断地改进，从一个发现问题到解决问题的过程。从调试来看，要做到分模块调试。分模块调试中，先从电源开始调试。电源是整个设计首先要解决的问题，主要是看电源电路的输入输出是否正常，是否是+5V，当电压的波动较大时，要看整流电路是否正确，否则电压过大电路元件可能会烧坏。时基产生电路的调试。555定时器是否起振关系到整个电路的功能，用示波器探头，正极接555定时器的3脚，负极接地，起振则在3脚有方波输出。分频电路的调试。SN74LS90本设计是按五分频来接的，由于555定时器产生0.02S的时钟信号，通过SN74LS90的分频产生0.1S的脉冲信号。SN74LS90的输出信号关系到电子秒表的精确度，所以此部分的设计很关键。计数部分与译码电路的调试。CD4518计数通过CD4511译码转化为共阴数码管段码，然后显示。开关按钮电路的调试。这部分的调试工作有两方面，第一是要调试启动、停止按钮是否能实现，第二要调试CD4518能否正常受开关控制，要达到清零功能则要先按停止键再按清零键。4.3结论分析结论：根据测试结果分析此电子秒表达到以下技术指标。测试结果：电子秒表具有随时停止、启动以及清零功能秒表最大读数为9.9秒5扩展部分本电子秒表的设计具有随时停止、启动功能，为了提高电子秒表的功能扩展、性能优化、智能化设计，还添加了清零功能。结论与谢辞通过近一个学期的努力，在指导老师的辛勤指导下，终于将电子秒表的设计与毕业论文作完成了。让我感觉到在大学三年里，掌握了一定的专业知识和动手能力，在制作计的过程中学到了很多东西。这次设计中我用到了模拟电路、数字电路、Prtel99等课程学到的知识，让我明白自身知识的不足，很多方面需要进一步加强。在整个毕业设计期间我进一步了解了PCB板的制作，很多以前没注意到的地方，通过本次学习了收获不少；进一步提高了硬件软件结合的产品设计与开发能力，当然在这方面还有很多地方需要努力。通过同事的帮助，不断深化技术深度，使得我们的毕业设计圆满完成。使得我懂得了合作的意义，团队的作用，这些经验在以后的工作中一定会有很大的帮助的。在这次设计中，我学到了很多东西，首先是掌握了设计的一般原则，在时间安排上，各阶段的安排一定要做好，这样可以有条不紊的进行各种工作，而不至于手忙脚乱。在设计过程中，要掌握各部分电路的功能，当找不到所需的元器件时要找好功能一样的替代品，并且要找出此元器件的引脚功能，不然设计是不能成功的。设计好电路图之后，购买元器件时一定要注意不要买错了元器件，否则，电路图设计的再好也是没有用的。元件引脚、导线及印刷电路板，由于没有经过去氧化物处理，结果钻孔的时候电路板钻得乱七八糟。焊接时，先用电烙铁使锡丝熔化，然后把元件引脚与电路板均匀加热，使焊锡固化在连接点上。连接可靠，防止虚焊、假焊。在调试时我没有一次性成功，但是我相信自己只要努力就能成功，我主动向老师请教，在老师的指导下，我认真地按照设计的电路图检查了整个电路，发现是CD4518的芯片少了一个电容，当我电容接好后，电子秒表正常工作，设计顺利完成了，当时真的有一种成就感。本次毕业论文的圆满完成要特别感谢陈桂兰老师给了我的指导和帮助感谢她提出的宝贵意见。在这里，我衷心的感谢老师，并祝她身体健康，工作顺利！参考文献：[1]．朱强主编．数字逻辑电路．北京：机械工业出版社，1994。[2]．胡宴如主编．模拟电子技术．北京：高等教育出版社，2000。[3]．艾力达：电子秒表毕业设计论文作者：朔轩文章来源：本站原创点击数：4582更新时间：2008-1-31摘要随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的应用也越来越广泛。人们对他的认识也逐步加深，人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。如：秒表的设计与制作。秒表是比赛中一种常用的必备装置,它是一种典型的数字电路。数字秒表由计数显示电路、复位电路、控制电路与电源电路组成。通过计数电路、译码电路在显示器上输出,以上部分组成计数显示电路；通过电源清零电路和反馈清零电路实现复位功能，构成复位电路；利用启动开关和停止开关控制触发器产生启动/停止信号，实现秒表的启动和停止动能，构成控制电路；在整个秒表中，电源电路是采用外接电源来实现的。经过布线、焊接、调试等工作,数字秒表成形。在秒表电路中利用一个译码器译出计数器所计时间并经LED显示器显示出来，利用控制电路对秒表进行启动/停止控制。当计时结束后，利用复位电路对其进行复位。本人在此次设计过程中主要是先分析设计要求，根据提出的设计要求选取合适的器件，再用Protel99SE绘制原理图和PCB图，并把PCB图转印到印制板上完成焊接和调试等工作。使其达到预计的设计要求。设计此次电子秒表不但让我更好的了解了数字电路的内容，更让我学有所用，同时对电路的工作原理有深的理解，主要是对芯片有了全新的认识，使用Protel99会使我对绘制电路图有很大的提高，而制作实物可以使我从新认识电路设计的细节问题，对电路设计是一种补充和加强，也是对动手能力和解决问题能力上的锻炼。关键词：启动、计时、停止、复位、PCB、Protel99SE。目录前言...................................................................................1第一章绪论..............................................................................21.1概述........................................................