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数字电路电子秒表.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.94M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1.课程设计目的
    2.课程设计题目的描述和要求
    3.课程设计报告内容
    4.总结
    《电子秒表》 电子课程设计报告 专 业： 电子科学与技术 班 级： 2009 级 2 班 姓 名： 指导教师： 张笑冬 李明媚 2011 年 8 月 30 日
    目 录 1 课程设计目的 ........................................... 1 2 课程设计题目的描述和要求 ............................... 1 3 课程设计报告内容 ....................................... 1 4 总结 ................................................... 6
    1.课程设计目的 熟悉 555 集成定时器、触发器、集成计数器等电路的组成和使用。了解电子 秒表的内部结构和调试方法。 2.课程设计题目的描述和要求 设计一个采用中小规模集成电路构成的电子秒表，具体指标如下： （1）准确计时，计数分辨率为 0.01S。 （2）秒表由 4 位数码管显示，计时周期为 60S，显示满刻度为 59.99S。 （3）具有清零、启动计时和停止计时的控制功能。 3.课程设计报告内容 3.1 总体方框图 数码管 数码管 数码管 数码管 计数器 计数器 计数器 计数器 清零 闸门 图 1 电子秒表总体方框图 闸门控制器 多谐振荡器 3.2 设计原理 3.2.1 脉冲信号发生器 脉冲信号发生器是秒表的核心部分，它的精度和稳定度决定其质量。要求计 时分辨率为 0.01S，那么我们需要相应频率的信号发生器。选择信号发生器时， 有两种方案：一种是用晶体振荡器；另一种是采用集成电路 555 定时器与电阻电 容（100nF 和 10nF 各一个）组成的多谐振荡器。 1
    3.2.2 闸门控制电路 闸门电路通过控制脉冲的通过来启动和停止计时，该部分可参考两种方案： 一种是用集成与非门构成基本 RS 触发器，实现启动和停止秒表工作的功能，后 连接一个由集成与非门构成的微分型单稳态触发器，来实现计时清零功能；另一 种方案是利用 SN74LS112 芯片中的两个 JK 触发器来实现，可参考《数字逻辑电 路实验》指导书实验四。 3.2.3 计数器 具有计数功能的芯片很多，如 CD4518、74LS90、74LS160、74LS161 等，都 能连接至数码管，实现计数功能。 3.3 逻辑电路图 3.3.1 555 集成定时器 图 2 555 多谐振荡器 输出信号的时间参数是：T=0.7*(R1+R2+R3)*C1+0.7*R2*R1 R1=5.1KΩ R2=68KΩ R3=0KΩ 通过计算得出 T=0.01s 即 f=100Hz 滑动变阻器可调节占空比 2
    3.3.2 闸门电路 图 3 闸门控制脉冲通过电路 如图 3 所示，用 74LS112D 与 74LS08N 两个芯片做成闸门电路。闸门电路通 过控制脉冲的通过来启动和停止计时。 ON 端提供开始和结束的脉冲，RESET 端 提供复位的脉冲，来达到计数器的开始、停止与复位。 3.3.3 计数器电路 图 4 计数器电路 3
    A，B，C，D 四端为输入端。QA,QB,QC,QD 四端为输出端。LOAD 同步置数控 制端。CLR 为异步置 0 控制端，CLK 信号输入端。本次设计采用同步复位法。需 要 4 个 74LS161 片子，其中只有秒的十位采用 6 进制，其余均采用 10 进制。 3.4 元件明细表 表 1 元件明细表 序号 芯片型号 功能说明 数量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 LM555CM 定时器（用于构成多谐振荡器） 74LS112 双 J－K 负沿触发器 74LS08 四-2 输入与门 74LS161 计数器 74LS00 数码管 电阻 电容 四-2 输入与非门 数字显示 5.1K,68K 100nF ,10nF 滑动变阻器 100K 1 1 2 4 1 4 各 1 个 各 1 个 1 3.5 总体电路图 U4 U1 U6 U8 DCD_HEX DCD_HEX DCD_HEX DCD_HEX VCC 5V 4 3 2 1 1 5 1 1 1 2 1 3 1 4 R C O Q D Q C Q B Q A C L K ~ C L R ~ L O A D E N T E N P D C B A 2 1 9 1 0 7 6 5 4 3 U5 74LS161D U3A 1 2 74LS00D U12A 3 74LS08D 3 1 2 4 3 2 1 1 5 1 1 1 2 1 3 1 4 R C O Q D Q C Q B Q A C L K ~ C L R ~ L O A D E N T E N P D C B A 2 1 9 1 0 7 6 5 4 3 U2 74LS161D U3B 4 5 74LS00D U12B 6 74LS08D 6 4 5 4 3 2 1 1 5 1 1 1 2 1 3 1 4 R C O Q D Q C Q B Q A C L K ~ C L R ~ L O A D E N T E N P D C B A 2 1 9 1 0 7 6 5 4 3 U7 74LS161D U3C 9 10 74LS00D U12C 8 74LS08D 8 9 10 4 3 2 1 1 5 1 1 1 2 1 3 1 4 R C O Q D Q C Q B Q A C L K ~ C L R ~ L O A D E N T E N P D C B A 2 1 9 1 0 7 6 5 4 3 U9 74LS161D U3D 12 13 74LS00D U12D 11 74LS08D 11 12 13 R1 5.1kohm R3 Key = c 100K_LIN 0% R2 68kohm C1 100nF 8 U10 VCC 3 OUT GND LM555CM 1 4 7 6 2 5 RST DIS THR TRI CON C2 10nF J1 Key = A J2 Key = B U13A 3 1 2 74LS08D 4 3 1 2 15 10 11 13 12 14 U11A ~1PR 1J 1K 1Q ~1Q ~1CLR 74LS112N U11B ~2PR 2J 2K 2Q ~2Q ~2CLR 74LS112N 5 6 9 7 U13B 6 4 5 74LS08D 图 5 电子秒表总体电路仿真图 4
    3.6 调试步骤和方法 用 Multisim2001 电子仿真软件进行搭建电路，确认连接无误后，运行软件， 用示波器观察 555 定时器多谐振荡器的输出波形,确定为 10ms,先按下复位键再 按开始，秒表开始计数，当有四位数显示时，再次按下开始，秒表停止计数，按 复位键，秒表清零。然后验证秒表满刻度是否为 59.99s。最后用实际元件进行 安装测试，安装实际元件时，应先将实际芯片的电源和地线接好，然后按电路图 一步一步安装好实际电路，由于连线较多须谨慎安装，安装好后打开电源，验证 是否成功。 3.7 实验结果 实际的示波器显示振荡器频率： 图 6 多谐振荡电路产生的仿真脉冲信号 实测波形： 经过最终测试与实际电路验证，设计成功完全符合设计要求。实际的示波器 显示振荡器频率一样。 滑动变阻器电阻大小实际测得为 R1=5.12K R2=72.24K R3=1.02K 5
    图 7 多谐振荡电路产生的实际脉冲信号 3.8 调试过程中出现的问题及解决方法 （1）使用同步复位法时，计数器 CR 端接高电平时，运行时按复位键时数码 管上的数不复位。当 CR 端接复位开关时，就不会出现这个问题。 （2）运行时，按停止开关时，有时数码管上的数字变黑。有可能是数码管上 的数字改变的同时按下了开关。频率高时发生的概率较低。 4.总结 通过本次课程设计实验，加深了数字逻辑电路这门课的基本理论知识，加 强了自身从理论到实际转化的能力。通过设计电子秒表，熟练掌握了其内部的基 本结构和相关器件的基本原理。在搭接电路的过程中，不仅提高了自身的动手能 力还意识到排列器件与导线的重要性。为以后的理论知识学习和实验增加了很多 经验。在此感谢本次实验老师给予我们的帮助及督促！并感谢学校提供的物质条 件！ 参考书目： ［1］ 刘常澍，数字逻辑电路，高等教育出版社，北京，2008 ［2］ 数字逻辑电路实验，天津大学仁爱学院 2001 年 3 月 6
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