电子秒表说明书

目录第1章绪论…………………………………………………………11.1课题背景……………………………………………………11.2设计题目和设计指标…………………………………………11.3设计功能……………………………………………………1第2章电路的方框图………………………………………………22.1电路的方框图………………………………………………22.1电路的方框图的原理说明……………………………………3第3章单元电路设计与分析………………………………………43.1多谐振荡电路………………………………………………43.2控制电路……………………………………………………63.3分频电路……………………………………………………73.4译码显示电路………………………………………………8第4章整机电路的组成…………………………………………104.1整机电路原理图…………………………………………………104.2整机电路的工作原理………………………………………11第5章电路的组装调试…………………………………………125.1合理布局………………………………………………125.2分级调试………………………………………………13结论………………………………………………………………14收获和体会………………………………………………………15致谢………………………………………………………………17参考文献…………………………………………………………18附录………………………………………………………………19课程设计任务书课程设计题目电子秒表功能技术指标功能：直接显示“秒”和“毫秒”的电子秒表，计时时间（0-999S）。技术指标：1.计数范围000~999。2.具有启动、暂停、停止功能。工作量三周工作计划3月7日开题3月8日查资料，分析原理3月9日列元器件表，买元器件3月10日画出原理框图3月11日～3月20日安装调试电路3月21日作品验收3月22日～3月23日终检写说明书3月24日准备答辩3月25日答辩指导教师评语指导教师签字：年月日哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸1第１章绪论１.１课题背景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渐加深。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。１.２技术指标1.计数范围000~999。2.具有启动、暂停、停止功能。１.３设计功能电子秒表是重要的记时工具,广泛运用于各行各业中。它可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.测定短时间间隔的仪表。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。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸2第２章方框图的设计２.１电路的方框图电路的方框图主要由脉冲产生电路、控制及分频电路、计数电路、译码驱动电路及显示电路等单元电路的综合电路组成。如图2—1所示。２.２方框图的原理2.2.1脉冲产生电路由NE555构成的多谐振荡器，是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时电路在这两个稳态之间自动的交替变换，由此产生矩形脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。并且555定时器的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活且电路结构简单计算简单。因此在本电路中采用NE555定时器构成的多谐振荡器作为振荡源。脉冲产生电路控制及分频电路计数电路译码驱动电路显示电路图2-1电子秒表电路方框图哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸32.2.2控制及分频电路（1）清零的功能利用74LS90的使能端，74LS90的R01·R02=0，R91·R92=0计数进行。R01·R02=1时清零。将R01（2脚）接空相当于接高电平，R02（3脚）接单刀双制开关的中间端，然后两端分别接地与电源，则当开关合向地时计时，当开关合向电源时清零。（2）暂停的功能用一个开关控制振荡器的输出端与分频电路的输入端的开合。合则继续，开则暂停。2.2.3计数电路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.将12脚与1脚相连组成十进制计数器。并将6、7脚接地，2、3脚相与得零则计数器开始计数。14脚为脉冲输入端，将前一个芯片的11脚与后一个的14脚连接则构成74LS90十进制计数的级联。2.2.4译码显示电路74LS47，是一种常用的七段显示译码器，该电路的输出为低电平有效，该译码器能够驱动七段显示器显示0～9共10个数字的字形。将其与数码管相应脚相连则构成译码显示电路。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸4第3章单元电路的设计与分析3.1多谐振荡电路由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端Dc放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形。如图3-1。输出信号的时间参数是：T=tw1+tw2（式3—1）tw1=0.7（R1+R2）C（式3—2）tw2=0.7R2C（式3—3）其中，tw1为Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，tw2为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。（a）图3-1555电路图及波形图（b）哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸5图3-2555引脚图555定时器的逻辑功能THTRdROUTDIS××00导通＞ccV32＞ccV3110导通＜ccV32＞ccV311保持保持×＜ccV3111截止多谐振荡器如图3-1(a)所示。当电路刚接通电源时，由于C(C1//C2)来不及充电，555电路的2脚处于零电平，导致其输出3脚为高电平。当电源通过R1、Rp向C充电到Vc≥Vcc时，输出端3脚由高电路平变为低电平，电容C经R1和内部电路的放电开关管放电。当放电到Vc≤Vcc时，输出端又由低电平转变为高电平。此时电容再次充电，这种过程可周而复始地进行下去，形成自激振荡。图3-1(b)是输出端及电容器C上电压的波形。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸63．2控制电路（1）清零的功能利用74LS90的使能端，74LS90的R01·R02=0，R91·R92=0计数进行。R01·R02=1时清零。将R01（2脚）接空相当于接高电平，R02（3脚）接单刀双制开关的中间端，然后两端分别接地与电源，则当开关合向地时计时，当开关合向电源时清零。（2）暂停的功能用一个开关控制振荡器的输出端与分频电路的输入端的开合。合则继续，开则暂停3．3分频电路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.计数器种类很多.按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分,有同步计数器和异步计数器.根据计数制的不同,分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器.根据计数的增减趋势,又分为加法,减法和可逆计数器.还有可预置数和可编程序功能计数器等等。本次分频电路主要由74LS90完成，如图3-6所示为74LS90的引脚排列图，其中计数器接成十进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端QD取得周期为0.1S的矩形脉冲，作计数器的时钟输入。计数器③的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000～999秒；000～999秒计时。图3-574LS90级联图哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸7通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：(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，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。表3-774LS90功能表输入输出功能清0置9时钟QDQCQBQAR0(1)R0(2)S9(1)S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××1001置90××00××0↓1QA输出二进制计数1↓QDQCQB输出五进制计数↓QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD↓QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数11不变保持图3-674LS90的引脚排列图哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸8(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。3．4译码驱动电路译码器是一个多输入，多输出的组合逻辑电路.它的作用是把给定的代码进行翻译，成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换,终端的数字显示,还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。本次采用的是74LS47译码器。它是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸93.5显示电路现在的许多电器设备上都有显示十进制字符显示器，以直观的显示出电器设备的运行数据。目前广泛使用的字符显示器是七段字符显示器，或称七段数码管。共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸10第4章整机电路的组成４.１整机电路原理图整机电路由组成整机原理图见图4-1。图4-1整机电路原理图哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸114.2整机电路的工作原理把电路接通电源，合上k1电路接通电源开始工作，数码管变亮。k3合向1端则使得74ls90R02接地，和R01相与为0，则秒表开始计数，如果合向3端，相与为1则数码管清零。如果k2断开，振荡器与后面部分断开，则计时暂停，闭合则继续。计数部分的输出的二进制数信号通过译码器的译码后送数码管显示。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸12第５章电路的组装与调试５.1合理布局电路在安装前要将各级进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布局，在此过程中我们本着以下原则：1.了解元件管脚功能。2.布线尽可能少，合理进行步线。3.电源线用红线，地线用黑线。4.布线规