数字秒表课程设计.doc-资料库

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陕西理工学院目录前言............................................................................................................................... 2 任务书........................................................................................................................... 3 一、方案论证......................................................................................................... 4 1.1 方案一..........................................................................................................4 1.2 方案二............................................................................................................ 4 1.3 方案选择........................................................................................................ 5 二、单元电路设计原理......................................................................................... 6 2.1 5V 电压源电路设计....................................................................................... 6 0.1s 信号源设计.........................................................................................7 2.2 2.3 计数电路设计............................................................................................11 2.4 译码锁存电路设计....................................................................................12 2.5 显示电路设计............................................................................................14 2.6 控制电路....................................................................................................15 三、仿真调试....................................................................................................... 15 3.1 软件介绍...................................................................................................... 15 3.2 调试步骤及方法......................................................................................... 16 四、实验调试、故障分析及解决方法..................................................................... 17 五、小结..................................................................................................................... 18 附录：......................................................................................................................... 19 1、总体电路图................................................................................................19 2、元器件清单................................................................................................20 3、元器件功能与管脚....................................................................................21 1

陕西理工学院前言电子技术综合课程设计是集电路分析、模拟电子技术、数字电子技术以及电路实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验等课程之后的一门理论与实践相结合的综合设计性课程，目的在于提高和增强学生对电子技术知识的综合分析与应用能力。它包括选择课程、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法，即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养学生勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣。本课程设计介绍的是数字逻辑电路中以计数器集成电路为基础的数字式秒表，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计装调及性能参数的调试方法。本课程设计应达到如下基本要求：（1）综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个数字式秒表的设计。（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养分析和解决实际问题的能力。（3）熟悉常用电子元器件的型号和特性，并掌握合理选用的原则。（4）能熟练掌握一种当前流行的 EDA 软件（电子电路设计分析自动化软件），例如： mulitisim （5）掌握电子电路的安装和调试技能。（6）熟悉各类数字电子仪器的使用方法。（7）学会撰写课程设计论文。（8）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度，培养团结合作的精神。在数字式秒表电路的课程设计中，不仅得到了指导老师的关心和鼓励，而且得到了许多同学的无私帮助，在此表示衷心的感谢。同时，因设计者水平有限，设计论文中错误在所难免，恳请不吝指教。 2

陕西理工学院任务书数字式秒表一、任务和要求：设计并制作一个数字式秒表，要求如下： 1、用三位数码管及一个 LED 发光二极管显示秒表计时，格式如下：开机时数码管显示 000，LED 灯灭；当计时超过 59 秒时，LED 灯亮；计到 1 分 59 秒时，过一秒，LED 灯灭，同时数码管重新计时显示。计时最小单位为 0.1 秒。 2、具有如下功能键：开始/清零键：按第一下时计时开始，同时显示；按第二下，停止计时，恢复到初始状态；固定显示键：按第一下时，显示固定，但计时仍继续；再按下时，显示从新时间开始。 3、要求自制 0.1 秒信号源。 4、设计并制作本电路所用直流电源。二、提示和参考文献直流稳压电源见参考资料 P23 《数字电子技术实验任务书》实验六 3

陕西理工学院一、方案论证 1.1 方案一此次设计中，我们做的是数字式秒表，按照任务书的要求我们需要做一个直流 5V 电压源和 0.1s 的信号源，计数电路部分由 3 个 74LS160 级联而成，其中秒十分位和秒个位是由 2 个 74LS160 级联而成，秒十位是用做成六进制的 74LS160 实现的，并且采用的是预置数锁方式。锁存译码电路采用的是 3 个 74LS373 芯片级联，并通过 3 个 74LS48 译码由七段数码显示管显示计数。计数控制电路是由 74LS160 和秒十位的 74LS160 相连及 1 个锁存器组成来控制 LED 的亮与灭。其原理框图如下：直流电源时钟脉冲电路计数电路计数控制电路数码显示电路锁存译码电路 1.2 方案二 1.2.1 原理框图电子秒表要求能够对时间进行精确计时并显示出来，因此要时钟发生器，计数及译码显示，控制模块、电源模块、。框图如下： 4

陕西理工学院直流电源时钟脉冲电路计数电路计数控制电路数码显示电路锁存译码电路备注：（1）：图中直流电源的变压器将 220V 交流电压变为 9V。（2）时钟脉冲电路由输出脉冲占空比为 2/3 的 NE555 定时器做成。（3）计数电路由 3 个 74LS160 做成。（4）锁存译码电路有 3 个 CD4511 做成。（5）数码显示电路由共阴极 BCD 码-七段码译码器和若干电阻组成。（6）计数控制电路是由 1 个 JK 触发器改装成的 1 个 D 触发器做成，来控制 LED 的亮与灭。 1.3 方案选择综上比较，我们选择方案二。首先，从锁存译码电路来看方案二采用的是 CD4511，它即具有锁存功能又有译码功能，它采用的芯片数量比方案一少。其次，从控制电路来看，方案二采用的是 JK 触发器改装成的 D 触发器来控制 LED 的亮灭，而方案一采用的是 74LS160 和一个锁存器来控制，芯片总量和种类较方案二来说更复杂。并且在连接电路和检查故障时增加难度。因此，选择方案二。 5

陕西理工学院二、单元电路设计原理 2.1 5V 电压源电路设计图 1：直流稳压电源的方框图电源变压器：直流电压源的输入端接 220V 的交流电压，所需直流电压的数值和交流电压有效值相差较大，因而需要电源变压器进行降压。在对交流电压进行降压处理时，电路采用变压器直接变压的方法，输出 9V 交流电压。整流电路一般分为半波整流和全波整流。桥式整流最为常用，单相桥式整流电路可将变压器副边电压从交流转变为直流电压。鉴于以上优点，本设计采用了桥式整流的方法。电容滤波电路是最常见并且最简单的滤波电路。一般在整流后，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。其工作原理是在整流滤波电路的输出端（即负载电阻两端）并联一个电容即得到电容滤波电路。滤波电容容量较大，利用其充放电作用，使输出电压趋于平滑。滤波电路需要 100uF、1000uF、0.33uF 电容各一个。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。稳压电路有稳压二极管型稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压器电路等多种类型。为使电路简单化、高效化、稳定化，我们采用了集成 7805 稳压器型稳压电路进行稳压，为后面的一切电路提供了稳定的 5V 直流电压。 6

陕西理工学院综上所述，整体电源设计思路为：220V/50HZ 交流电源 9V 电源变压器整流电路滤波电路稳压电路输出+5V 直流电压。 2.2 0.1s 信号源设计通过利用 555 集成定时器，构成 2/3 占空比的多谐振荡器，来产生周期为 0.1s 的矩形方波。 2.2.1 555 定时器引脚及功能表图 2：555 引脚图图 3：555 定时器电路框图 ◆ 1 脚（GND）为接地端； ◆ 2 脚（TR）为低电平时有效，且<1/3UDD 输出端为 1； ◆ 3 脚（OUT）为输出端； ◆ 4 脚（R）为复位端； ◆ 5 脚（CO）为控制电压输入端； ◆ 6 脚（TH）为阈值端，是高电平触发端； ◆ 7 脚（D）为放电端； ◆ 8 脚（UCC）为电源端 7

陕西理工学院表 1：555 定时器功能表当 TH 高触发端 6 脚加入的电平大于 2/3UDD ，TL 低触发端 2 脚的电平大于 1/3UDD 时，比较器 A1 输出高电平，比较器 A2 输出低电平，触发器置“0”，放电管饱和，7 脚为低电平。当 TH 高触发端加入的电平小于 2/3UDD ，TL 低触发端的电平大 1/3UDD 时，比较器 A1 输出低电平，比较器 A2 输出低电平，触发器状态不变，仍维持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7 脚为低电平。当 TH 高触发端 6 脚加入的电平小于 2/3UDD，TL 低触发端的电平小 1/3UDD 时，比较器 A1 输出低电平，比较器 A2 输出高电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7 脚为高电平。因 7 脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故 7 脚为高电平。当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7 脚高电平。只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7 脚为低电平。由电路框图和功能表可以得出如下结论： 1．555 定时器有两个阈值，分别是 1/3UDD 和 2/3UDD。 8

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