数字跑表设计

学号：课程设计题目数字跑表设计学院自动化学院专业班级姓名指导教师年月日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:数字跑表设计初始条件：1．运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2．用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。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．设计一个具有、‘分’、‘秒’、‘1/100秒’的十进制数字显示的计时器。2．要有外部开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时功能；3．严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排：第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；第2～4天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；第5天提交电路图，经审查后领取元器件；第6～8天组装电路并调试，检查错误并提出问题；第9～11天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第12～14天补充完成课程设计报告和答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书目录引言.............................................................11设计意义及要求.................................................21.1设计意义.................................................21.2设计要求.................................................22方案设计.......................................................32.1设计思路.................................................32.2方案设计.................................................42.2.1设计方案一（个人方案）电路图........................42.2.2设计方案二（小组方案）电路图简单说明................52.3方案比较.................................................63部分电路设计...................................................73.1计数单元.................................................73.2开始和暂停单元..........................................113.3清零功能单元.............................................123.4脉冲输出电路.............................................143.5译码及显示电路..........................................154调试与检测....................................................184.1调试中故障及解决办法....................................184.2调试与运行结果..........................................185仿真操作步骤及使用说明........................................19结束语..........................................................20参考文献........................................................21附录1..........................................................22附录2..........................................................23本科生课程设计成绩评定表.........................错误!未定义书签。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书第1页引言过去的三个世纪,我们经历了第一次工业革命,人类开始进入蒸气时代,第二次工业革命,人类开始进入电气时代并在信息革命资讯革命中达到顶峰。现在正处于第三次工业革命。如今，电子技术获得了飞速的发展，各个领域都可以看见它的身影，汽车、数码摄影机、电子计算机、空调等都是电子科技的典型应用，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。数字跑表作为一个简易的数字集成电路的应用，在很多地方起到非常重要的作用。例如，我们上体育用的停表，实验用的电子停表以及我们自己用电子表就是它的应用的典型例子。数字跑表使用简单，携带方便，广泛应用与各个领域中。数字跑表具有计时功能，本设计的数字跑表有启动、停止、复位的功能，可以精确到0.01秒，在一定条件下能做到符合要求的准时计时。关键词：计数器，门电路，数字跑表武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书第2页1设计意义及要求1.1设计意义通过对本次数字跑表课程设计，我们自己设计，自己分析，自己动手，可以更加深入学习各种电子元件的原理与使用方法，加深对已经学的模拟电子技术和数字电子技术方面的理解和初步应用，并将之运用到实践中去，加深自己的理解，为以后的学习和工作打下一个坚实的基础。掌握用各种进制计数器设计所需进制计数器的转换、译码器和数码管的使用、门电路的控制作用以及用555定时器产生时序脉冲等。各种电路的组合需要经过精密的计算和思考，整合各个功能电路，使之能达到数字跑表的基本要求。在课程设计中，我们用到了很多的芯片，这对我们熟悉各种芯片的功能用途很有帮助，可以阔宽我们的视野，发散我们的设计，分析与理解思维。同时可以让我们明白同一个问题可以有多种解决的方法，通过对不同方法的比较，学会选择最优解。数字跑表是采用数字电路实现对分,秒数字显示的计时装置,是人们日常生活中不可少的必需品,数字化给人们生产生活带来了极大的方便，我们所做的数字跑表设计只是其中最基础的电路设计。总之，此次设计对我们的作用非常大，可以提高自己的个项及综合能力，并将理论与实践相结合，认识到理论与实际的差距，并能分析其中的误差，使自己能更好的运用自己所学和没有学的，完成其他功能更多、更加复杂、完善的电子产品设与制作。现在的设计是简单的、基础的，将来我们会遇到更多复杂的问题。不管如何，我相信，这次的设计对我们的将来很有用处，会是一笔无价的财富。1.2设计要求设计一个数字跑表：1).量程在00分00.00秒~~59分59.99秒即时间以1小时为一个周期；2).具有‘分’、‘秒’、‘1/100秒’的十进制数字显示；3).要有外部开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时功能；4).用7位数码管显示分、秒；5).画出部分和整体的电路图，以及元器件及参数选择；6).给出仿真分析结果。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书第3页2方案设计2.1设计思路1).利用555计时器构成能产生特定脉冲的多谢振荡器，产生100Hz的脉冲信号，满足数字跑表的脉冲需求；2).用多功能计数器产生一百进制和六十进制，实现数字跑表的计数功能；3).利用各种门电路的组合，实现数字跑表的启动、暂停和清零；4).利用译码器和数码管实现译码及显示功能；系统框图如图2-1图2-1系统框图设计方框图如下2-2图2-2数字跑表设计原理图555多谐振荡器产生时序脉冲计数器译码器数码管显示电路逻辑门电路逻辑门电路开始\暂停启动\清零显示显示显示显示显示显示译码器译码器译码器译码器译码器译码器六十进制计数器六十进制计数器一百进制计数器555多谐振荡器开始\暂停控制启动\清零控制武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书第4页2.2方案设计2.2.1设计方案一（个人方案）电路图图2-3方案一电路图如图2-3所示，该电路由时序脉冲源、计数器、译码器、数码管及逻辑控制电路组成。数字跑表的核心部件是计数器，给出合理的时钟脉冲从而实现最低位的计数以及对高位的进位。时序脉冲源由555定时器构成的多谐振荡器，设置特定的参数可以产生频率为100Hz的时序脉冲，为计数器提供时序脉冲，使之进行计数。计数器由3对74LS390双十计数器芯片组成，通过芯片间的连接实现百分秒、秒、分计时电路，量程在00分00.00秒~~59分59.99秒，把小数点后面的两位设计成一百进制的计数器，秒数和分钟数分别设计成60进制的计数器数，计数器输出连接译码器，译码器再连接7位数码管显示的数码管，从左到右分别为分十位，分个位，秒十位，秒个位，百分秒十位，百分秒个位。逻辑门控制构成RS触发器，通过实现电路的通断控制计数器的启动/暂停及清零。接通电源后，直接显示计时器启动，SW1处于低点平，SW2处于高电平。开关SW2接高电平（上端），电路即开始计时，将开关SW2接低电平（下端），电路就暂停计时，清零开关SW1接高电平（下端），计时清零且停止，显示器显示“0”。这样就实现了数字跑表的各项基本功能。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书第5页2.2.2设计方案二（小组方案）电路图简单说明图2-4方案二电路图武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书第6页如图2-4所示，电路的计数原理与方案一有些许区别，使用74LS90作为计数器，时钟脉冲从而实现最低位的计数以及对高位的进位，把小数点后面的两位设计成一百进制的计数器，秒数和分钟数分别设计成六十进制的计数器数，用555构成多协振荡器，逻辑门电路构成控制器，译码器、数码管构成显示部分。开始\暂停部分开关断开，显示计数器启动，计数未开始。闭合则计时器开始计时。控制清零部分由点触开关接高电平，使得所有计数器清零端接高电平，可实现清零功能。2.3方案比较通过对比方案一和方案二可以看出：方案一的脉冲输出电路是直接由555定时器产生频率为100Hz的时序脉冲，为计数器提供时序脉冲，使之进行计数；而方案二则比方案一更为精确，由555定时器产生频率为10000Hz的时序脉冲，再经过2片74LS90进行100分频，产生频率为100Hz的时序脉冲。同时可以看到，方案二中开关中的清零部分使用的点触式开关，更接近于真实的秒表。方案一的优点在于最终结果显示一目了然，各控制部分排布合理，但精确度较差；方案二优点是精确度强，但较为繁琐，实际器材略微不够。考虑到实际情形，我认为方案二更精确，也更科学，比较具有实际意义，因此选择方案二作为小组方案，更加合理。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书第7页3部分电路设计3.1计数单元电路采用3对74LS390芯片构成数字跑表的主体计时部分，74LS390为双四位十进制计数器。74LS390引脚图如图3-1图3-174LS390集成计数器引脚图74L390功能表如表3-1所示表3-174LS390功能表计数输出QDQCQBQA0LLLL1LLLH2LLHL3LLHH4LHLL5LHLH6LHHL7LHHH8HLLL9HLLHH=高电平L=低电平说明：电路有八个主从触发器和附加门，以构成两个独立的4位计数器，可以实现等于2分频、5分频乃至100分频的任何累加倍数的周期长度。当连成二—五进制计数器时，可以用独立的2分频电路在最后输出级形成对称波形（矩形波）。每个计数器又有一个清除输入和一个时钟输入。由于每个计数级都有并行输出，所以系统定时信号可以获得输入计数频率的任何因子。Vcc2CKA2CLR2QA2CKB2QB2QC2QD1CKA1