电子秒表课程设计

电子技术课程设计总结报告题目：电子秒表姓名：院系：机械工程学院专业班级：测控技术与仪器081学号：指导教师：2011.01.14南华大学电气工程学院《电子技术课程设计》任务书设计题目：电子秒表专业：测控技术与仪器081学生姓名:闫海燕学号:20084600104起迄日期:2011年01月03日~2011年01月14日指导教师:张美琴教研室主任：《电子技术课程设计》任务书1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：电子秒表在日常生活中随处可见，通过对电子秒表的设计与仿真/调试，学习相关数字电路知识的综合应用。电子秒表控制电路主要由触发器、时钟发生器、计数器、译码器及显示器组成，同时还须有一个启动信号和一个归零信号，以便对秒表进行计时控制。设计内容及要求：设计一个电子秒表，主要指标如下：1.最小计数单位：0.1s；2.计数范围：0.1s—9.9s；3.具有启动和停止秒表功能；4.计数器的输出为BCD码，采用七段数码管（LED）作为显示器。2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：设计电路，实现软件仿真或焊接调试。分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),图纸布局合理，符合工程要求，器件的选择要有计算依据。3．主要参考文献：［1］杨素行．模拟电子技术基础［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2002：15-565.［2］毕满清．电子技术试验与课程设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，2001：105-169.网络文献4．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容1.3-1.5查阅文献，收集资料1.6-1.7画出电路方框图，选择集成块及其它元件1.8-1.9用Protel软件绘制电路原理图和印制电路板1.10-1.11实现仿真或制作调试1.12整理总结设计成果1.13-1.14写出完整的设计报告主指导教师张美琴日期：2010年12月03日摘要：采用现代数字电路设计方法和EDA技术，即自顶向下的设计方法，应用Multisim10开发平台进行设计并仿真验证和硬件测试。从总体设计框图开始，将设计任务逐步分解，直到可以用标准的集成电路部件实现，然后将各部件联结成系统，通过Multisim10集成开发平台进行设计的分析综合和时序仿真验证。最后，在分析时序仿真结果的基础上，对设计进行进一步的修改和完善，已达到对设计电路正确运行且学会运用Multisim10电路设计与仿真的目的。目录1、系统方案设计与论证……………………………………11.1设计要求………………………………………………11.2基本方案……………………………………………………11.2.1各模块选择及其验证………………………………………1（1）基本RS触发器………………………………………1（2）单稳态触发器…………………………………2（3）555构成的多谐振荡器………………………………3(4)计数器（74LS90）………………………………………5（5）译码器（74LS48）……………………………………62、系统的测试及优化……………………………………72.1基本RS触发器的调试………………………………………72.2单稳态触发器的调试………………………………………82.3时钟发生器的调试……………………………………102.4计数及译码显示……………………………………103、电路测试及测试结果……………………………………113.1电子秒表的整体测试……………………………………114、结论………………………………………124.1评价………………………………………124.2心得……………………………………125、参考文献…………………………………126附录………………………………………1311、系统方案设计与论证1.1设计要求设计一个电子秒表，主要指标如下：1.最小计数单位：0.1s；2.计数范围：0.1s—9.9s；3.具有启动和停止秒表功能；4.计数器的输出为BCD码，采用七段数码管（LED）作为显示器1.2基本方案根据题目要求，一个电子秒表由基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示组成。图1.2电子秒表基本方框图1.2.1各模块选择及其验证（1）基本RS触发器图1.2.1.1中单元I为用集成与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。图1.2.1.1RS基本触发器555实现时钟电路单稳态触发清零译码器译码结果显示计数器计数基本RS触发器控制开关2它的一路输出非Q作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号表1RS触发器真值表输入输出SRQ非Q0110100111Q非Q00不确定不确定按动按钮开关R（接地），则门1输出＝1；门2输出Q＝0，R复位后Q、非Q状态保持不变。再按动按钮开关S1,则Q由0变为1，门5开启,为计数器启动作好准备。由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。（2）单稳态触发器555构成的单稳态触发器如1.2.1.2所示：图1.2.1.2用555定时器组成的单稳态触发器3图1.2.1.3单稳态触发器波形图单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Vi由基本RS触发器非Q端提供，输出负脉冲Vo通过非门加到计数器的清除端R。（3）555构成的多谐振荡器表2555构成的多谐振荡器真值表：RSTTHRTRIOUTTD0XX0导通12\3VCC1\3VCC0导通12\3VCC1\3VCC不变不变12\3VCC1\3VCC1截止12\3VCC1\3VCC1截止注明：6脚为THR，触发器输入端，低电平有效。2脚为TRI，阀值输入端，高电平有效。4脚为RST，总复位端，低电平有效。7脚为DIS，放电端。5脚为CON，控制端。1脚接地，8脚接电源。3脚为输出端。TD为内部三极管。图1.2.1.4由555定时器组成的多谐振荡器4图1.2.1.5时钟发生器的输出波形根据要求，555的振荡频率应为50HZ，即周期为20ms。由公式f=1.43/(R1+2R2)C令C=100nf,R1=100k则R2≈90K;555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号，当基本RS触发器Q=1时，门5开启，此时50HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器（1）的计数输入端CP2。5(4)计数器（74LS90）U274LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5U174LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5U374LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5VCC5VVCC5VU4NOTU11DCD_HEXU12DCD_HEX1817161514131211VCCVCC05QD图1.2.1.6注：集成异步计数器74LS90功能简介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计数器。图1.2.1.7为74LS90引脚排列，表4为功能表。通过不同的连接方式，74LS90CP1NCQAQDGNDQBQCCP2R0(1)R0(2)NCVccS9(1)S9(2)74LS901312111098147354621图1.2.1.774LS90引脚排列图示6可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可以借助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，QD，QC，QB作为输出端，为异步五进制加法计数器。（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和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)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。表3计数器真值表输入输出功能清零置9时钟QDQCQBQAR0（1）、R0（2）S9（1）、S9（2）CP1CP2110xx0xx0000清零0xx011xx1001置90xx00xx0↓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U3输入脉冲周期为0.02S。将U3按五进制连线，U3输出接到U2输入。即U2输入周期为0.1S。（5）译码器（74LS48）74LS47为BCD七段译码器/驱动器，真值表如下：表4译码器真值表7十进制LTRBDCBABI/RBOabcdefg01100001000000111X00011100111121X00101001001031X00111000011041X01001100110051X01011010010061X01101110000071X01111001111181X10001000000091X1001100011007447为四线-七段译码器，可以用来驱动七段共阳极数码管，当LT，RBI，BI，端接高电平时，从DCBA端输入BCD码时，从abcdefg端输出相应的数码管显示码。结合四线-七段译码器7447可以现实0到9个数字。2、系统的测试及优化由于在实验中使用器件较多，实验前需要合理安排器件在实验装置上的位置，使电路逻辑清楚，接线较短。实验时按照各单元电路逐个接线并逐个调试，即分别测试基本RS触发器、单稳态电路、时钟发生器、计数器、译码显示电路的逻辑功能，待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来进行测试，直到测试秒表整个电路的逻辑功能。2.1基本RS触发器的调试8图2.1.1R=0,S=1图2.1.2Q=0,非Q=1图2.1.3R=1,S=0图2.1.4Q=1,非Q=02.2单稳态触发器的调试9图2.2.1单稳态连接图注：2为输入连接RS基本触发器非Q端图2.2.2单稳态输入10图2.2.3单稳态输出2.3时钟发生器的调试用示波器观察输出电压波形并测量其频率输出矩形频率为50HZ。11图2.3.1脉冲波形图2.4计数及译码显示图2.4.1五进制计数测试注：其中6、7、10接地；5、3接VCC;1接555多谐振荡器（振荡频率为50HZ即0.02S记一次数）以下为其输出引脚逻辑电平测试：12由图可知模块连接正确，其余两个十进制以同样方式检验亦正确。3、电路测试及测试结果3.1电子秒表的整体测试各单元电路测试正常后，把各个单元按顺序连接起来，进行电子秒表的总体测试。先按一下按钮开关R，此时电子秒表不工作，在按一下按钮开关S，则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常，如不需要计时或暂停13计时，按一下R，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。在显示译码时刚开始由于频率没有调准确而导致所显示的数字不稳定，经过调试后使得555定时器输出端为稳定频率值50HZ，最终能正常显示结果。仿真图如下：U274LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5U174LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5U374LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5VCC5VVCC5VVCC5