课程设计――秒表计时器

天津机电职业技术学院《电子技术》课程设计论文电子秒表.完成时间：2009.12.30—2010.1.6班级：08电气自动化三班姓名：马赛男李丽美学号：200812065200812060前言21世纪是一个电子技术和电子元件有更大发展的世纪。回顾百年来电子技术和电子工业发展的成就，举世瞩目。可以看到，从国民经济到日常生活的各个方面，电子产品无所不在，体事例无庸枚举，其发展前景未可限量。作为一个学习电子专业的大学生，我们不但要有扎实的基础知识、课本知识，还应该有较强的动手能力。现实也要求我们既精通电子技术理论，更要掌握电子电路设计、实验研究和调试技术。课程设计就是一个理论联系实际的机会。本次设计主要完成具备基本功能的电子秒表的理论设计，电子秒表是重要的记时工具,广泛运用于各行各业中。作为一种测量工具，电子秒表相对其它一般的记时工具具有便捷、准确、可比性高等优点，不仅可以提高精确度，而且可以大大减轻操作人员的负担，降低错误率。在写本报告的过程中，摘编了生产厂家和各种电子类报刊、参考书的资料，特向提供资料的同学及作者表示感谢。由于水平有限，报告中定有不妥之处，请提出宝贵意见。目录一、题目-------------------------------------------------------1二、题目说明-------------------------------------------------1三、原理介绍-------------------------------------------------1四、单元电路设计-------------------------------------------21、时基信号发生器-------------------------------------22、计数器-------------------------------------------------73、译码器-------------------------------------------------114、显示器-------------------------------------------------135、防抖开关----------------------------------------------15五、总装图----------------------------------------------------17六、名细表----------------------------------------------------18七、分工情况-------------------------------------------------19八、后记-------------------------------------------------------20九、参考资料-------------------------------------------------21报告内容一．题目电子秒表二．题目说明秒表计时器常常用于体育竞赛及各种其他要求有较精确时间的各领域中。其中启/停开关的使用方法与传统的机械计时器相同，即按一下启/停开关，启动计时器开始计时，再按一下启/停开关计时终止。还可以利用普通计算器所具有的累加计数功能配合电子秒表，通过电路巧妙组合控制，实现流速仪计数计时的同步，装置操作简单，显示直观，能提高测速精度，且造价低廉，制作容易。任务要求1.手动开关，具有起停控制作用。2.计时精度0.01S。3.计时范围00.00—59.99S。三．原理介绍原理框图原理说明：按下启动按钮，时基信号发生器输出频率为100赫兹的方波脉冲，1时基信号发生器计数器译码显示器防抖开关传入计数器（小数点以前六十进制小数点后一百进制），计数器将方波脉冲转化成二进制信号输出，二进制信号传入译码器，译码器再将传入的二进制代码转化成与代码相对应的十进制数，译码器输出的相对应的信号能驱动显示器发光，将译码器中的十进制显示出来。四．单元电路设计（一）.时基信号发生器作用：产生计时脉冲方波信号，波形的频率稳定。此次设计中选用的是时钟脉冲t1=t2产生此脉冲元件，过程的相关介绍1.LC振荡器LC振荡器会产生正弦波信号，正弦波信号经过加整形把正弦波转化成方波。在经过采样把连续的正弦波转化成方波脉冲信号。但是这种波在传播过程中会逐渐衰减，所以还要加放大装置。2.非门反向器这种电路产生的是尖脉冲尖脉冲要经过整形才能转化成方波脉冲，方波脉冲才是我们需要的脉冲。3.方波发生器方波发生器可直接产生方波，但是这种电路的结构比较复杂，而且其电较大，与LC振荡器相结合可起到整形作用。4.石英晶体振荡器能够发出频率稳定的输出信号，跟外围的其它元件配合，产生正弦波信号震荡频率固定。2直接输出时钟脉冲频率为100千赫兹需要加数字分频，三级十分频器才能得到所需脉冲5.555多谐振荡器由555定时器组成的多谐振荡器，它是一个脉冲信号源，产生矩形波，可根据6，2角的输入情况来确定C1,C2电压比较器，由于t1=t2,计算出R1,R2的值，使555多谐振荡器产生所需要的脉冲信号。根据需要在此次设计中我们所选用的时基信号发生器是555多谐振荡器555多谐振荡器555定时器电路时一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件，就可以构成各种不同用途的脉冲电路，如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。CC7555集成定时电路外引线排列图管脚外引线排列12345678Uss_TROUT_RCOTHDUdd3555定时器引出端功能说明符号功能符号功能TH高处发端OUT输出_TR低处发端_R复位D放电端CO控制电压CC7555定时器是一种功能强、电路简单、使用十分灵活、便于调节的电路，具有功耗低、电源电压范围宽、输入阻抗极高、定时元件的选择范围大等特点，但输出电流比双极型小。CC7555定时器功能表高出发输入端TH低处发输入端TR复位端R输出OUT放电管VXX00导通1/3UDD1/3UDD10导通1/3UDD1/3UDD1原状态原状态X1/3UDD11关断比较器比较器C1和C2是两个结构的高精度压力比较器。C1的引脚6称为高触发输入端TH,C2的引脚2称为低触发输入端TR。当U62∕3UDD时，C1输入高电平，否则，C1输出低电平；当U21∕3UDD时，C2输出低电平，否则输出高电平555多谐振荡器由CC7555集成定时器构成的多谐振荡器。电路中奖高电平触发端和低电平触发端短接，并在放电回路中传入电阻R2.这里R1、R2和C为外接电阻和电容，它们均是定时元件。4工作原理由于接通电源后，电容器两端电压UC=0，故TH端与TR端均为低电平，RS触发器置1（Q=1,Q=O）,输出UO为高电平，放电管V截止。当电源刚接通时，电源经R1R2对电容C充电，使其电压UC按指数规律上升，当UC上升到2\3UDD时，则RS触发器置0(Q=0,Q=1),输出UO为低电平，放电管V导通，我们把UC从1\3UDD上升到2\3UDD这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间t1的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数ζ充=(R1+R2)C由于放电管V导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入第二暂稳态。放电时间常数ζ放=R2C.随着C的放电，当UC下降到1\3UDD时，RS触发器置1(Q=1,Q=0),输出U0高电平，放电管V截止，电容C放电结束，5847675553215R1R2ucC+VDDuo0.01µFtuo0t2t1tuc0DDV32T(a)(b)CC7555构成的多谐振荡器及工作波形UDD再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。如此反复，则输出可得巨型波形。由以上分析可知：电路靠电容C充电来维持第一暂稳态，其持续时间即为t1.电路靠电容C放电来维持第二暂稳态，其持续时间为t2。电路一旦起振后，UC电压总是在(1\3～2\3)UDD之间变化。主要参数计算电路振荡周期T按下公式计算：T=t1+t2t1由电容C充电过程来决定uc(0+)=1/3UDDuc（∞）=+UDDζ充=（R1+R2）C则t1=（R1+R2）Cln2≈0.7(R1+R2)Ct2由电容放电过程来决定uc(0+)=2/3UDDuc（∞）=0ζ放=R2Cln2≈0.7（R2）CT=t1+t2=0.7(R1+2R2)C其电路振荡频率ƒ=1/T=1/[0.7(R1+2R2)C]显然改变R1，R2，C的值，就可以改变振荡器的频率。多谐振荡器电路，由于电容充、放电途径不同，因而C的充电和放电时间常数不同，是输出脉冲的宽度t1和t2也不同。在实际应用中，常常需要调节t1和t2。在此，引进占空比的概念。输出脉冲的占空比为。D=t1/(t1+t2)=(R1+R2)/(R1+2R2)电路稍加改动，就可得到占空比可调的多谐振荡器，电路加了电位器RW，6并利用二极管V1和V2将电容C的充电回路分开，充电回路为R1、V1和C，放电回路为C、V2和R2。该电路的振荡周期为T=t1+t2=0.7（R1+R2）CD=t1∕(t1+t2)=R1∕(R1+R2)调节电位器RW，即可改变R1和R2的值，并使占空比D得到调节，当R1=R2时，D=1∕2（此时，t1=t2）,电路输出方波。已知t1=t2=0.005SC=10μFT=0.01SR1=R2T=t1+t2=0.7（R1+R2）C计算得：R1=R2=0.7K二极管的计算U62/3*5V二极管的击穿电压应当大于U6,二极管的最高反向工作电压约为反向击穿电压的2/3，U6的电压为最高反向工作电压，所以二极管的反向击穿电压为UBR=5V所选二极管的型号为LM78055V占空比可调的振荡器（二）计数器计数器是用来累计时钟脉冲个数的时序逻辑部件，它是数字系统中7用途最广泛的基本部件之一，几乎在各种数字系统中都有计数器。它不仅可以计数，还可以对时钟脉冲分频，以及构成时间分配器或时钟发生器，对数字系统进行定时、程序控制操作外，还能用它执行数字运算。目前TTL和CMOS电路构成的中规模计数器品种很多，应用也很广泛。通常集成计数器为BCD码十进制计数器、四位二进制加法计数器。另外，按预置功能和清零功能还可以分为同步预置、异步预置清零。相关计数器简介74LS290是用少量逻辑门，通过对74LS290外部不同方式的连接，可以组成任意进制的计数器。有置“0”功能、置“9”功能和计数功能，可构成二进制计数器、五进制计数器、十进制计数器。所以74LS290又称“二一五一十进制集成计数器”。74LS161是一种同步四位二进制加法集成计数器，可用直接清零法构成任意进制计数器，也可用同步预置法构成任意进制计数器。CC40192为可预置BCD可逆计数器，其内部主要由四位D触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数和减记数分别有两个输入端输入。它具有复位、置数控制、并行数据、加计数、减记数、进位输出和错位输出在本次设计中选用的是74LS161型号的芯片制作一个六十进制的计数器和一个一百进制的计数器1.集成计数器74LS16174ls161芯片管脚图874LS161的功能表输入输出CrLDCTTCTPCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30××××××××000010××d0d1d2d3d0d1d2d31111××××计数110××××××保持11×0×××××保持74LS161具有如下功能：①异步清零。当清零控制端￣Cr=0时，立即清零，与CP无关。②同步预置。当预置端￣LD=0，而￣Cr=1时，在预置输入端D0D1D2D3预置某个数据，同时在CP脉冲上升沿作用下将D0D1D2D3端的数据装入计数器。③保持。当￣Cr=￣LD=1时，只要控制端CTp和CTt中有一个为低电平就使每级触发器处于保持状态。④计数。￣Cr=￣LD=CTp=CTt=1时，电路为四位二进制加法计数器。在CP脉冲作用下，电路按自然二进制递加，即由0000-0001-···1111。当计到1