电子秒表电路的设计

数字电子技术课程设计报告设计课题:电子秒表电路的设计姓名:学院:专业:班级:学号:日期指导教师:目录1．设计的任务与要求…………………………………………………………………12.整机框图……………………………………………………………………13.各部件电路的设计和元器件的选择………………………………………………23.1秒脉冲电路的设计……………………………………………………………23.2减计数电路的设计………………………………………………………23.3译码和数码显示电路的设计…………………………………………………33.4时序控制电路电路的设计…………………………………………………43.5整机电路…………………………………………………………53.6主要元器件的选择……………………………………………………………54.调试要点…………………………………………………………………………55.经验体会……………………………………………………………………………66.系统电路总图………………………………………………………………………7参考文献……………………………………………………………………………8电子秒表电路的设计1.设计的任务与要求电子式秒表是一种常用的计时工具，以其价格低廉、走时准确、使用方便、功能多而广泛用于体育比赛中，目前国产的电子秒表都是利用石英振荡器的振荡频率作为时间基准，采用6位液晶数字显示时间。电子秒表的使用功能比机械秒表要多，它不仅能显示分、秒，还能显示时、日、月及星期，并且有1／l00s的功能。一般的电子秒表连续累计时间为59min59.99s，可读到1／l00s，平均日差±0.5s。电子式秒表从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。下文介绍了如何利用中小规模集成电路和半导体器件进行数字式秒表的设计。本设计中电子秒表的35秒定时器是进行35秒减计时，两位数字显示，计时间隔为一秒，最后计数结果用数码管显示，需要实现清零、启动计时、暂停计时、继续计时等功能。当计时停止的时候，由开关给出一个清零信号，使得所有显示管全部清零1.1设计指标1、35秒计时功能，两位数字显示，计时间隔为一秒；2、进行35秒减计时，每次减计时结束后，发光二极管点亮，显示器显示00；3、设置外部开关，可使电子秒表直接清零，启动计时、暂停/连续计时。1.2设计要求1.画出电路原理图（或仿真电路图）；2.元器件及参数选择；3.编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。2.整机框图电子秒表的35秒定时电路的原理框图如下图{电子秒表35秒定时器主要由秒脉冲发生器、控制电路、计数器、译码显示电路四部分组成。计数器完成35秒减计时功能，而控制电路是直接控制计数器的清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示等功能。操作直接清零开关时能够使计数器清零并且使数码显示器显示00；当启动开关闭合时，控制电路应封锁时钟信号CP（脉冲信号），同时计数器完成置数功能，译码显示器显示35秒；当启动开关断开时，计数器开始计数；当暂停/连续开关闭合时，控制电路封锁时钟信号CP，计数器处于封锁状态，计数器停止计数；当暂停/连续开关断开时，计数器连续累计计数。3、各部件电路设计3.1秒脉冲电路在数字电路中分别以高电平和低电平表示1状态和0状态。此时电信号的波形是非正弦波。通常，就把一切既非直流又非正弦交流的电压或电流统称为脉冲。这里用的是对32768Hz的石英晶体进行十五级二分频获得秒脉冲。4060最大可实现十四级二分频，输出的秒脉冲生成电路电子秒表35秒定时器原理框图脉冲再经过双D触发器进行二分频就可得到1Hz的脉冲信号。电路如上图所示。其中4060是十四级二进制计数器，CP1和CP0分别为时钟的输入和反时钟输出端，CR端接地，当CR端接高电平时计数器清零且振荡器使用无效。所有的触发器均为主从触发器。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器，对时钟上升和下降时间无限制。Q13引脚输出的是十四级二分频后的脉冲。输出的脉冲输入到双D触发器74HC74的时钟端，74HC74是带有预置、清零输入，上跳沿触发的边沿触发器。D和Q_引脚连接可实现二分频，Q引脚输出1Hz的脉冲。3.2减计数电路减计数电路如下图所示，计数器74HC192是具有异步清零、异步预置功能的双时钟十进制同步加/减计数器，当S3接+5V时，CR为高电平，计数器清零；当S3接地时，CR为低电平、—LD为低电平时，D0～D3输入的数据do～d3被置入计数器，Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0.当CR为低电平、—LD为高电平时，如果CPD为高电平，由CPU端输入计数脉冲，进行加计数；如果CPU为高电平，由CPD端输入计数脉冲，则进行减计数；如果CPU和CPD端都为高电平，计数器保持状态不变。用两片74HC192实现35秒定时器的计算，如下图所示。当S3接地（即CR=0），同时启动开关S1合上时，两片74HC192的—LD=0，计数器置35秒。当S1断开时，—LD=1，计数器工作，CPD端输入秒脉冲时，进行减计数。当计数器减计数到0时，BO1和BO2同时输入低电平0.30进制减计数电路3.3译码和数码显示电路译码器能将输入的每组代码分别译成特定的输出信号。下图中是将各级十进制计数器的计算结果进行二-十进制译码，并驱动数码管用十进制符号显示出来。×Ω×Ω译码和数码显示电路在上图中，4511为BCD七段锁存数码驱动器，其输入端A、B、C、D分别接计数器的输出端Q0、Q1、Q2、Q3；输出端a～g分别接数码显示器的七段a～g。数码显示器选用七段共阴极半导体显示器。译码器和显示器之间分别串入七个限流电阻（选用集成双列排阻），以防止电流过大而烧坏数码管。数码显示器可有发光二极管构成。七段数码显示器就是将七个发光二极管按一定的方式排列，每个发光二极管呈现一个发光段，利用不同的发光段的组合，显示不同的阿拉伯数字。3.4时序控制电路时序控制电路如下图所示，BO1、BO2是个位和十位计数器的借位输出端，S2是暂停/连续开关。开关S2打向2时，G3输出高电平，控制们G4打开，秒脉冲信号可以通过控制门G4使计数器进行减计数；开关S2打向1时，G3输出低电平，G4门关闭，秒脉冲信号被封锁，计数器处于锁存状态。计数器进行35秒倒计时后，十位计数器和个位计数器同时借位，BO1和BO2均为低电平，控制门G1输出低电平，二极管发光，同时G5门关闭，计数器不再进行计数，并显示00.&&&&&时序控制电路3.5整机电路整机电路图见系统电路总图。当开关S3打到2处，计数器74HC192（1）和74HC192（2）清零；当开关S3打到1处，计数器处于工作状态。当开关S1按下时，计数器置35秒。这时如将开关S2打到2处，G3输出高电平，计数器进行减计数。如将S2打到1处，G3输出低电平，减计数器停止计数，显示的数字不变。如再将S2打到2处，则计数器继续进行减计数。当计数器减计数到00时，BO1和BO2同时输出低电平，G1输出低电平，发光二极管发光，同时G5被封锁，停止减计数。3.6主要元器件的选择1、4060集成块一块2、双D触发器74HC74一块3、4511集成块两块4、74HC192集成块两块5、共阴极数码管两个秒脉冲4、调试要点1）用示波器观察晶体振荡器经分频后得到的一个秒脉冲2）时序控制电路调试：将开关S2打向2侧，秒脉冲信号加入到控制门G4输入端，用示波器观察G5输出端是否有秒脉冲输出3）30秒减计数器调试将开关S2和S3打到1侧。按一下启动开关S1时，计时器置35，显示器应显示35秒。BO2输出端输出高电平，G1输出高电平，发光二极管不发光。秒脉冲信号加到计数器的CPD端，看计数器能否正确进行减计数。开关S3打向2侧，检测计数器是否清零。4）整机调试连接好整机电路，进行整个电路调试，直到定时器能够实现35秒正计时和倒计时。5、经验体会连续两周的课程设计已经结束，这是我们第一次做课程设计，所以不免会感到一些吃力，动手实践和创新能力对于我们工学院校的学生而言显得相当重要，通过这次的课程设计我发现了自己还存在诸多方面的不足。现在印象最深的是：要设计一个成功的电路，必须要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决，同时还需要有耐心和毅力。课程设计过程中，我们深刻的体会到在设计过程中，要考虑到各个元器件的功能和特性，要翻阅大量资料，参考别人的经验。只有这样才能把自己的电路设计的完美。通过这次对电子秒表的设计，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了关于电子秒表的原理与设计理念。在此次的电子秒表设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。总体来说，通过这次课程设计学习，我们对许多电路都有了大概的了解，也熟练了常用绘图软件的使用，加深了我们对专业的了解，培养了我们学习的兴趣；我们还认识到，虽然“万事开头难”，但只要我们沉着冷静，团结一致，耐心、细心地找到突破口，最终问题是一定能解决的！理论知识终究不是实践能力，在实践面前一系列的问题会突发出现，但是没有扎实的理论知识，实践能力又无从存在，二者可谓缺一不可，所以在以后的学习工作中，学习和动手要两手抓，而且两手都要硬，不能留下软肋，让问题钻了空子。6.系统电路总图×Ω×Ω&&&&&电子秒表35秒定时器整机逻辑图参考文献：1李良光.电子技术.合肥工业大学出版社.20082康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社，20053彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社.20104蔡忠法.电子技术试验与课程设计.浙江：浙江大学出版社，20055赵淑范,王宪伟.电子技术试验与课程设计.北京:清华大学出版社,2006