数字秒表课程设计报告

数字电路课程设计报告——数字秒表1数字电路课程设计报告一、设计任务与技术指标：设计数字秒表，以实现暂停、清零、存储等功能。设计精度为0.01秒。二、设计使用器件：74LS00多片741634片45114片NE5551片二极管1枚LED共阴极七段译码器4个导线、电阻若干三、数字秒表的构成：利用555设计一个多谐振荡器，其产生的毫秒脉冲触发74LS163计数，计时部分的计数器由0.01s位、0.1s位、s个位、和s十位共四个计数器组成，最后通过CD4511译码在数码管上显示输出。由“启动和停止电路”控制启动和停止秒表。由“接地”控制四个计数器的清零。图1电子秒表的组成框图四、实现功能及功能特点：（1）、在接通电源后秒表显示00：00，当接通计时开关时秒表开始计时。数字电路课程设计报告——数字秒表2（2）、清零可在计时条件下也可在暂停条件下进行。（3）、解决了在使用163清零端和保持端时由于163默认的清零端优先级高于保持端造成的0.01秒位上无法保持到0.09的技术问题。（4）、增加了数据溢出功能，由于是4位秒表，最多计到一分钟，当秒表到达一分钟时，秒表自动暂停显示在60：00秒处，此时二极管发亮，起警示灯作用。清零后则可继续计时。（5）、由于条件有限，我们自己用导线制作了电源、清零、暂停等开关以减少导线的拔插造成的面板的不美观。下图为完整课程设计的实物图：五、课程设计原理：本课程设计由模6000计数器和其控制电路组成，模6000计数器功能由同步加法计数器74163和与非门74LS00组成。74163的功能及用法：74163同步加法计数器具有以下功能：数字电路课程设计报告——数字秒表3（1）、同步清零功能。当清零端输入低电平，还必须有时钟脉冲CP的上升沿作用才能使各触发器清零，此过程为同步清零。（2）、同步并行置数功能。（3）、同步二进制加计数功能。（4）、保持功能。综上所述，74163是具有同步清零、同步置数功能的4位二进制同步计数器。74163的应用：（1）、构成任意模的计数器将74163与少量门电路结合可构成任意模计数器。常见的方法有：清零法和置数法。本课程设计就是使用74163和74LS00采用清零法制成模6000计数器。（2）、计数器的扩展设集成计数器的模为n。若干片这样的计数器可以扩展成模为N(Nn)的计数器。扩展的方式分为异步和同步两种。本课程设计采用的是同步扩展法。（3）、可编程分频器。（4）、序列信号发生器。表174LS163功能表输入输出CPCRLDCPTCTTD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00×××××××000010××D3D2D1D0D3D2D1D0×110×××××保持×11×0××××保持1111××××计数进位输出:CO=Q3Q2Q1Q0CTT数字电路课程设计报告——数字秒表4脉冲源电路：用一片NE555实现多谐振荡，需要外接电阻RT和电容CT。合理选择电阻和电容的大小可以有效的控制NE555产生需要的信号频率，在本实验中，我们是要它产生的周期为0.01s。六、连接实际电路：我们的实际电路是连接在面包板上的，通过我们的规划，在连线过程中注意做到布线的美观、整齐。我们首先在面包板上连接并实现了模6000计数器功能的电路，并在其基础上设计了控制电路。增加了清零和保持线路及开关，此时，我们又创造性地增设了计时开关，即接通电路电源使计数器停留在00：00处，接通计时开关秒表正常运行。在连接过程中，我们也多次连接错误，造成计数器运行不正常，但我们都通过认真的逐级排查找到了错误并改正了电路。最终经过三天的艰苦奋斗我们完成了课设目标，在实现了电路全部功能的同时为我们的作品加入了自己的创新成分。七、课程设计过程中遇到的问题：（1）最小位无法停留在9上的问题：在测试过程中我们发现最小位在暂停时无法停留在9上，在查阅相关资料后我们了解到是因为163的清零端的优先级高于保持端造成的，当最小位对应二进制代码为1001是随着CP脉冲的到来需要清零，此时人为施加的保持信号也随脉冲打入163，但由于保持的优先级低于清零，163就会先清零最终最小位会暂停在0上而不是9。发现这个问题后，我们经过研究决定改变它们的优先级，使用两个与非门实现了停留在9的功能，但问题随之数字电路课程设计报告——数字秒表5出现，当我们使用清零开关的时候，由于优先级的改变使最小位再也无法清零了，最终我们把自然清零和人为清零信号分开，用保持信号限制自然清零信号并最终达到了预想的效果。（2）、信号的单向传输问题：在实现清零功能时我们有两种选择：一是用置数端清零；二是使用清零端清零。考虑到我们使用的是同步脉冲的技术方法，已经使用到了清零端为了布线的简洁我们决点采用难度稍高的清零端清零。开始我们只是设想简单的把所有清零端连接起来并人为打入低电平就可实现清零，但我们没有考虑到信号的传导方向问题。当线路中有自然清零信号时，由于各清零端时短接的就会造成清零信号的冲突时其他位无法正常计数。为了达到信号的单向传输，我们在每两个清零端之间加上了两个与非门通过与非门实现了信号的单向性。（3）、数据溢出功能的实现：由于秒表显示的最高位是十位，所以它最多计时到一分钟，我们就设想添加数据溢出功能，当秒表到达一分钟时，计数器停留在60：00秒处，添加的发光二极管被点亮起到警示作用。我们为实现这个功能，考虑使用最高位的清零信号经过与非门的处理作为自然保持信号，打入最低位的保持端中。二极管则使用最高位的清零信号点亮。但此时遇到的问题就是由于保持端同时和二极管以及保持开关相连，当人为打入保持信号时，二极管也会点亮。经过我们考虑这也是一个信号的单向性问题，只要保证二极管上清零信号的可出不可进就能实现设想功能。最后经过我们改造过线路后，实现了以上功能。八、课程设计心得体会：此次实验，我们对所用器件有了更深的认识，对各种电路有了更多的了解，能够很好的发挥自己所学，学有所用。并且我们深刻体会到团队合作的重数字电路课程设计报告——数字秒表6要性，当一个人无法发现线路问题时，另一个人往往会有所发现；当面对问题一个人一筹莫展时，两个人的团队就可以发挥重要作用。课程设计完整电路图：