电子秒表的设计与制作

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告学号：课程设计题目学院专业班级姓名指导教师2012年7月3日武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目：电子秒表的设计与制作初始条件：（1）计数精度可达1/100秒（2）可显示时间99.99秒（3）具有开关可启动，暂停，清零功能选作：设计可改变计时时间（最大59.99秒）的电路要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）设计任务及要求（2）方案比较及认证（3）系统框图，原理说明（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5）调试记录及结果分析（6）对成果的评价及改进方法（7）总结（收获及体会）（8）参考资料（9）附录：器件表，芯片资料时间安排：6月25日~6月28日：明确课题，收集资料，方案确定7月28日~7月2日：整体设计，硬件电路调试7月2日~7月6日；报告撰写，交设计报告，答辩指导教师签名：2012年7月日武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告目录摘要................................................................................................................................11总体设计框图与方案选择........................................................................................21.1设计思路.............................................................................................................21.2方案的选择与论证.............................................................................................21.2．1方案一总体设计框图................................................................................22单元电路的分析与设计............................................................................................42.1基准脉冲电路设计.............................................................................................42.2控制电路的设计.................................................................................................62.2.1启动暂停以及清零开关...............................................................................62.3显示电路设计.....................................................................................................72.3.1计数器的设计...............................................................................................72.3.2显示单元电路...............................................................................................83总体电路设计..........................................................................................................103.1整体手绘电路图如图（复印版，原图已上交）............................................104系统调试与仿真......................................................................................................114.1仿真软件简介...................................................................................................114.2仿真调试...........................................................................................................115实物制作与调试......................................................................................................125.1实物的制作.......................................................................................................12结束语..........................................................................................................................13参考文献......................................................................................................................14武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告1摘要随着电子技术的发展，在电子秒表的设计上功能不断完善。本次的设计任务便是设计一个可以精确到百分之一位的电子秒表。因此，本文首先对电子秒表的初步设计思路进行分析并列出整体框架，在此基础上，再进一步详细介绍了其中的基准脉冲，控制，和显示电路，并用multisim进行了初步仿真。然后，通过在面包板上连接实物对此实验的原理有了更深刻的理解，最后，本文就本次课程设计进行了归纳与总结。关键词：秒表基准脉冲计数仿真武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告2电子秒表的设计与制作1总体设计框图与方案选择1.1设计思路首先，本次电子秒表的设计任务要求计数精度可达百分之一秒，因此基准脉冲应该获得频率为100HZ的脉冲信号。要求可显示时间99.99秒，因此每一位都为十进制位。控制部分可用三个控制键分别进行启动、暂停、清零功能。分别实现以上模块功能，即可设计出符合要求的电子秒表。1.2方案的选择与论证方案一基于十进制计数芯片74LS160的设计题目要求达到可计数99.99秒，则需要四个数码管；要求计数分辨率为0.01秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。可采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。秒表核心部分使用四个74LS160计数器级联而成，这种连接方式简单，使用元器件数量少。1.2．1方案一总体设计框图武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告3图1.1方案一原理方框图本电路由启动、暂停、清零电路、多谐振荡电路、计数电路、译码显示电路等组成，整体上是按照基准脉冲产生部分，控制部分和计数、译码、显示部分这三大部分来设计的。方案二基于单片机的电子秒表设计此方案采用单片机作为总体控制部分，利用8051单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精确计时。利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。P0口输出段码数据，P2.0-P2.4口作列扫描输出，P1.1、P3.2、P3.3、P2.5分别接四个按钮开关，分别实现开始、暂停、清零和查看上次时间的功能。显示电路由五位共阴极数码管组成控制开关位驱动六位数码管8051单片机控制器显示部分译码器计数电路启动暂停清零电路多谐振荡电路武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告4图1.2方案二硬件设计框图比较两种方案，方案一使用555定时器构成的多谐振荡器可通过对其电阻电容的计算产生0.01秒脉冲，然后连接计数器电路以及译码显示电路，简单实用，成本低廉。而方案二用单片机组成控制部分在其中输入程序来控制按键，输入脉冲等部分，较为精确和方便，减少了芯片的使用，但是它原理较为复杂且成本较高，因此我们选择方案一。2单元电路的分析与设计2.1基准脉冲电路设计（1）555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，它的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，输出驱动电流大约为200mA，因而它的输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列R如图2.1所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告5图2.1555定时器电路结构图由图2.1知，555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0使输出为0电平。⑵由555定时器构成的多谐振荡器如图2.2（a）所示，图2.2(b)为其工作波形图2.2555构成的多谐振荡器其工作原理如下：接通电源后，VCC经R1、R2给电容C充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时υCVCC／3，所以555内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，即RD=1，SD=0，基本RS触发器置1，输出端Q为高电平。此时Q=O，使内部放电管截止。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计报告6当υC上升到大于Vcc／3时，RD=1，SD=1，基本RS触发器状态不变，即输出端Q仍为高电平，当VC上升到略大于2VCC／3时，RD=0，SD=1，基本RS触发器置0，输出端Q为低电平。这时Q=1，使内部放电管饱合导通。于是电容C经R2和内部放电管放电，υc按指数规律减小。当υC下降略小于Vcc／3时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，基本RS触发器置1，输出高电平。这时，Q=0，内部放电管截止。于是C结束放电并重新开始充电。如此循环不止，输出端就得到一系列矩形脉冲，如图2.2（b）所示。由图2.2（b）可见，υC将在Vcc／3和2VCC／3之间变化，因而可求得电容C上的充电时间1T和放电时间2T充电时间11212()ln20.7()TRRCRRC放电时间222ln20.7TRCRC