数电课程设计：电子秒表

学号：2013-2014学年第1学期《数字电子技术基础》课程设计报告题目：电子秒表专业：电气工程及其自动化班级：2班姓名：指导教师：成绩：电气工程系2013年11月8日-1-课程设计任务书学生班级：11电气工程及其自动化2班学生姓名：学号：设计名称：电子秒表起止日期：2013.11.18——2013.11.24指导教师：设计要求：1.秒表由5位七段LED显示器显示，其中一位显示“min”,四位显示“s”，其中显示分辩率为0.01s，计时范围是0—9分59秒99毫秒；2.具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能；3.控制开关为两个：启动（继续）/暂停记时开关和复位开关-2-摘要秒表应用于我们生活、工作、运动等需要精确计时的方面。它由刚开始的机械式秒表发展到今天所常用的数字式秒表。秒表的计时精度越来越高，功能越来越多，构造也日益复杂。本次数字电路课程设计的数字式秒表的要求为：显示分辨率为1s/100，外接系统时钟频率为100KHz；计时最长时间为10min，6位显示器，显示时间最长为9m59.99s；系统设置启／停键和复位键。复位键用来消零，做好计时准备、启／停键是控制秒表起停的功能键。针对上述设计要求，我们先前往校图书馆借阅了大量的数字电路设计方面的书籍，以及一本电子元件方面的工具书，以待查阅各种设计中所需要的元件。其次安装并学习了数字电路设计中所常用的Multisim仿真软件，在课程设计过程的电路图设计与电路的仿真方面帮助我们发现了设计电路方面的不足与错误之处。关键字：555定时器十进制计数器六进制计数器多谐振荡器-3-目录第一章方案设计与论证..................................................-5-第二章单元电路设计与参数计算..........................................-5-2.1时钟脉冲发生和控制信号..........................................-5-2.2设计十进制加法计数器............................................-6-2.3设计六进制加法计数器............................................-7-2.4启动与停止电路..................................................-8-2.5清零电路设计....................................................-9-第三章总电路工作原理及元器件清单......................................-9-3.1电路完整工作过程描述（总体工作原理）............................-9-3.2总原理图：（见下图3-1）.........................................-9-第四章主要芯片介绍...................................................-11-4.174LS00.........................................................-11-4.274LS160........................................................-11-第五章仿真...........................................................-11-自我评价..............................................................-14-参考文献..............................................................-15-附录................................................................-16--4-插图清单图1-1方案设计图......................................................5图2-1555定时器构成的多谐振荡器.......................................6图2-2异步8421码十进制加法计数器.....................................7图2-3六进制加法计数器................................................8图2-4启动与停止电路..................................................8图2-5清零电路.......................................................9图3-1总原理图.......................................................10图5-1电子秒表仿真结果图1............................................12图5-2电子秒表仿真结果图2............................................13-5-第一章方案设计与论证总体分析：图1-1方案设计图如图1-1所示，该电路需要1个六进制和4个十进制的加计数器，一个555定时器组成的多谐振荡器，RS触发器启动停止电路。由555多谐振荡器产生100Hz的时钟脉冲作为脉冲源（即0.01s为周期），通过与启动停止电路的输出与非后作为信号源输入至第一个十进制计数器即0.01s位的计数器。然后进位至0.1s位的十进制加计数器，以此类推逐个进位。以此实现显示分辨率为1s／100，计时最长时间为10min，六位显示器，显示时间最长为9m59.99s，最后通过5个译码显示LED数码管输出。第二章单元电路设计与参数计算2.1时钟脉冲发生和控制信号由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器产生矩形脉冲：暂稳状态的脉冲宽度tp1，即uc从(1/3)Ucc充电上升到(2/3)Ucc所需的时间：tp1≈（R1＋R2）Cln2＝0.7（R1＋R2）C译码显示十进制计数器六进制计数器十进制计数器十进制计数器十进制计数器脉冲源分个位秒十位秒个位0.1s0.01s启动停止电路与非清零-6-脉冲宽度tp2，即uc从(2/3)Ucc放电下降到(1/3)Ucc所需的时间：tp2≈R2Cln2＝0.7R2C振荡周期：T=tp1+tp2＝0.7(R1＋2R2)C因此，令R1=4KΩ,R2=5KΩ,输出频率为100Hz即T=0.01s，则可求出C=1.02μF。得下图2-1中100Hz的555定时器构成的多谐振荡器：图2-1555定时器构成的多谐振荡器从3脚(OUT)输出100Hz的脉冲信号。2.2设计十进制加法计数器使用74LS160芯片实现十进制加法计数器：当CR=LD=ENP=ENT=1时，74161处于计数状态,电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000状态，RCO端从高电平跳变至低电平。可以利用RCO端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。如下图2-2：-7-图2-2异步8421码十进制加法计数器2.3设计六进制加法计数器使用74LS160芯片实现六进制加法计数器：74160从0000状态开始计数，当输入第6个CP脉冲（上升沿）时，输出Q3Q2Q1Q0＝0110，此时=0，反03QQCR馈给端CR一个清零信号，立即使Q3Q2Q1Q0返回0000状态，接着,CR端的清零信号也随之消失，74160重新从0000状态开始新的计数周期。反馈归零逻辑为代码中为1的Q相与非。nnQQCR12电路如图2所示，-8-图2-3六进制加法计数器2.4启动与停止电路如图：图2-4启动与停止电路-9-当开关接低电平即断开时，使计时器处于暂停状态；当开关接高电平即闭合时，使计时器处于启动状态。因此这个开关为“启动/暂停”按键。2.5清零电路设计如图:图2-5清零电路当开关接低电平即断开时，所有计数器清零；当开关接高电平即闭合时，所有计数器正常工作。第三章总电路工作原理及元器件清单3.1电路完整工作过程描述（总体工作原理）电路通过555多谐振荡器产生的100Hz时钟脉冲经过启动与暂停开关输入到第一个计数器即0.01s位的74LS160十进制计数器使其进行频率为100Hz的十进制加法运算。并进位至下一位0.1s位的十进制加法计数器，频率缩减为10Hz。以此类推依次进位至最高位，并以5个LED数码管将计数器输出的信号显示出来。当“启动/停止”开关处于低电平时计数器处于保持状态，即暂停；当开关处于高电平时，计数器继续正常工作。而清零开关为低电平时，所有计数器清零；处于高电平时所有计数器可正常工作。3.2总原理图：（见下图3-1）-10-图3-1总原理图-11-第四章主要芯片介绍4.174LS0074LS00功能为四2输入与非门其真值表及管脚图为：4.274LS16074LS160十进制同步计数器(异步清零)其真值表如下(H:高电平，L:低电平，↑:上升沿，X:任意，D0~D3:A~D稳态输入电平)Inputs输入Ouput输出ABYLLHLHHHLHHHL输入输出CrLDS1S2CPABCDQAQBQCQDLXXXXXXXXLLLLHLXX↑D0D1D2D3D0D1D2D3HHHH↑XXXX计数数HHLXXXXXX保持持HHXLXXXXX保持持-12-第五章仿真按照上面的总电路图建立仿真电路，观察计数器上面的输出，下面的图就是仿真的输出结果图5-1电子秒表仿真结果图1-13-图5-2电子秒表仿真结果图2-14-自我评价经过这次的数字电子秒表课程设计后，我从中学到了好多东西。在我上了一个学期的数字电子技术基础课后，我已经对数字电子技术有一定的了解，加上之前学过的电路课和模拟电子技术基础课，我可以独立完成数字电子技术基础课程设计了，不过当中还是遇到许多不懂的问题。通过这次自己动手的课程设计，我学会了设计数字电子电路的一般方法，还进一步熟悉数字电子器件的使用。这个课程设计课我还不是很熟悉，第一次做难免会感到陌生，而且对很多基本的东西都不是很清楚，在一定程度上影响了我的课程设计的质量，希望能在以后的时间里认真学习好这些基础的东西。我对这个课程设计课有着深刻的体会：要想做好这个课程设计，就必须认认真真地去做，不要怕麻烦，遇到不懂的问题就要主动去问同学或者老师。最后我希望课程设计课能够再多一点给我们提供动手的机会，并让我们多点发挥主观能动性和创造能力，这样可以在学到东西的同时又能发散大家的思维。总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。-15-参考文献[1]杨欣.王玉凤.电子设计从零开始.清华大学出版社,2005[2]黄仁欣.电子技术实践与训练.清华大学出版社,2004[3]彭铭泉.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，2004[4]高志清.数字电路逻辑设计.大连理工出版社,2002[5]张庆权.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社,2002[6]沈明山.常用电子元件手册.机械工业出版社,2001[7]郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社,2004[8]杨素行.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2005[9]刘维恒.实用电子电路基础.电子工业出版社,2004[10]王武江.陈树凯.常用集成电路速查手册.冶金工业出版社,2004[11]成立.电子技术.北京理工大学出版社,2000-16-附录元件序号型号主要参数数量备注1555定时器T，RC1274LS160