数字秒表课程设计

数字秒表的课程设计目录一、设计要求...................................................................................................................................2二、题目分析...................................................................................................................................2三、总体方案...................................................................................................................................2四、具体实现...................................................................................................................................31、总体方框图.........................................................................................................................32、原理图.................................................................................................................................3如下图所示：...........................................................................................................................3五、各部分定性说明及定量计算...................................................................................................41、脉冲发生器（由555构成的多谐振荡器）.....................................................................42、计数器（74LS90）............................................................................................................63、七段发光二极管（LED）数码管.....................................................................................74、BCD码七段译码驱动器——CC4511..............................................................................8六、实验仿真.................................................................................................................................10七、元器件清单.............................................................................................................................10八、设计心得体会.........................................................................................................................11九、参考文献.................................................................................................................................112数字秒表的设计与仿真一、设计要求设计并仿真一个数显电子秒表，要求：（1）能直接显示“分”、“秒”的电子秒表；（2）要求最大能显示9ˊ59〞；（3）能通过按键启动计时，并能通过按键停止计时，并保留显示计时时间；（4）能通过按键复位。主要器件：74LS00、555、74LS90、CC4511二、题目分析数字秒表是是一种常用的秒计时装置，它能实现手控记秒、停摆、清零功能，它的设计原理就是利用数字逻辑中的知识。通过对该数字秒表的设计要求的分析，设计的此数字秒表主要由分频器、译码器、十进制计数器、六十进制计数器、控制电路组成。在整体秒表中最关键的如何获得一个精确的100HZ计时脉冲。除此之外，数字秒表还需要有清零控制端以及启动控制端，保持，以便数字时钟能随意、停止及启动。分频器用来产生100HZ计时脉冲；十进制计数器：对分进行计数；六十进制计数器是用来对秒进行计时，显示译码器是完成对7段数码管显示的控制。按计数要求，须用数码管来做显示器，题目要求最大能显示9ˊ59〞，需要三个数码管，超过最大显示的数字要重新从0开始计数。复位开关用来使计时器清零，并做好清零准备，复位开关可以在任意情况下使用，即使在计数过程中，只要按一下复位开关，计时进程终止，并对计时器清零。三、总体方案数字秒表，必须有一个数字显示。按设计要求，须用数码管来做显示器，题目要求最大能显示9ˊ59〞，则需要三个数码管。计数分辨率为1s，需要相应的信号发生器，选择信号发生器有两种方案：Ⅰ用晶体振荡器；Ⅱ用集成电路555计时器与电阻电容组成的多谐振荡器。3两者都可以产生振荡频率，我们选用方案Ⅱ，因为其核心部分是使用三个74LS90计数器采用串联方式构成，并且这种连接方式简单，使用元器件数量少。CP脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生50HZ脉冲。秒计数60进制，分计数10进制，输出为3片7448芯片匹配的3片共阴极数码管，最大计时时长为9ˊ59〞，超过最大显示的数字要重新从0开始计数。暂停功能采用阻断CP脉冲输入设置，具有较高的优先级。清零功能用与非门并联计数器同步清零（清零时控制脉冲为高，计数器内部清零脉冲为无效高状态，计数器被强迫清零），由点触式开关控制。四、具体实现1、总体方框图：2、原理图如下图所示：该电路由四部分组成：（1）消抖电路（2）555定时器数码显示器译码电路秒计数器控制电路秒信号发生器4（3）计数器（4）显示译码器VCCOUTU1555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIC110nF1C2100nFR1100kΩKey=A50%R2100kΩ3U274LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U374LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U474LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023J1Key=AJ2Key=AU5A74LS00DU5B74LS00DU5C74LS00DR33kΩR43kΩ45U5D74LS00DU6A74LS00DU6B74LS00DVCC5VVCC682C4510pFVCC5VVCC7R51.5kΩR61kΩR7470Ω10C34.7nF111213VCC5VVCCVSS0VVSS0VVSS0VVSSVSSVSS0VVSSVSS0VVSS9U10ABCDEFGCAU11ABCDEFGCAU12ABCDEFGCAU94511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U134511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U144511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3242619VSS0VVSSVDD5VVDD151718202122272829303132333435363738394041VSS0V2316VSS0VVSS44VSS0VVSSVDD5VVDD4325VDD5VVDDVSS0VVSS14454647VSS42五、各部分定性说明及定量计算1、脉冲发生器（由555构成的多谐振荡器）555定时器是一种将模拟功能和逻辑功能巧妙地结合在一起的中规模集成电路，内部含有一个基本RS出发器，两个电压比较器A1、A2，一个放电晶体管V，以及一个由3个5ΚΩ电阻组成的分压器。比较器A1的参考电压是2/3Ucc,加在同相输入端；A2的参考电压为1/3Ucc.加在反相输入端，两者均由分压器取得。5定时器结构和引脚排列图555定时器各引脚的功能如下：1端GND为接地端。2端为低电平出发端，也称触发输入端，由此输入触发脉冲。当2端的输入电压高于1/3Ucc，A2的输出为1；当输入电压低于1/3Ucc时。A2的输出为0.使基本的RS触发器置1，Q=1,=0.这时定时器输出u0=1.3端u0为输出端，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等。输出高电压约低于电源电压1~3V。4端是复位端，当0=时，基本RS触发器直接置0，使Q=0，=1.5端CO为电压控制端，如果在CO端另加控制电压，则可改变A1、A2的参考电压。6端TH为高电平触发端，又叫做阀值输入端，由此输入触发脉冲。当输入电压低于2/3Ucc时，A1的输出为1；当输入电压高于2/3Ucc时，A1输出为0，使基本RS触发器置0,即Q=0.=1.这时定时器输出u0=0。7端D为放电端。当RS触发器=1时，放电晶体管V导通，外界电容元件通过V放电。8端Ucc电源端，可以在4.5V~16V，若为CMOS电路，则Udd=3V~18V.62、计数器（74LS90）U174LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U274LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R0231VSS0V3VSSU3A74LS00D5648六十进制计数器引脚图和功能表：输入输出功能清零置9时钟、、、、110××0××0000清零0××011××1001置90××00××0↓1输出二进制计数1↓输出五进制计数↓输出8421BCD码十进制计数71输出5421BCD码十进制计数11不变保持74LS90功能：通过不同的连接方式，74LS90可以实现4种不同的逻辑功能，还可借助对计数器清零，借助将计数器置9.其具体功能如下：（1）计数脉冲从输入，输出端，为二进制计数器（2）计数脉冲从输入，CB为输出端，为异步五进制加法计数器（3）若将与相连，计数脉冲由输入，输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器（4）若将和相连，计数脉冲输入，输出端，则构成5421码十进制加法计数器。（5）清零，置9功能a)异步清零当、均为“1”时，中有“0”时，实现异步清零功能，即=0000b)置9功能当均为“1”时，有“0”时，实现置9功能，即=1001本设计采用③3、七段