数字电子技术课程设计秒表的制作任务书

1数字电子技术课程设计秒表的制作任务书摘要：随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛，渗透到人们日常生活的方方面面，,掌握必要的电工电子知识已经成为当代大学生特别是理工类大学生必备的素质之一。而我们这次设计的是秒表，现代秒表的设计上功能不断完善，在时间的设计上不断的精确，人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。秒表的设计是由555芯片提供的，秒表时间由相关的电阻与电容的大小决定。除了时间的设计精确外，秒表还在功能上有所改变，如实现倒计时。电子秒表广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验，还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合，如测定短时间间隔的仪表。秒表有机械秒表和电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒，广泛应用于科学研究、体育运动及国防等方面。在当今非常注重工作效率的社会环境中，定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便。充分利用定时器，能有效的加强我们的工作效率。本次我门设计的秒表，是以555定时器为核心，以分频、计数与译码显示模块为主要构成部分的电子秒表的设计方案，充分利用数字电路的计数、译码、显示的优良特性，使整个设计达到了比较满意的效果。基本电路主要有时基产生电路、电源电路、分频电路、计数与译码电路（包括显示电路）、开关按钮电路。所设计的电子秒表达到2了设计要求的各项指标，并且在这个基础上进行了功能扩展，系统具有随时启动、停止以及清零功能。这次设计中不但对以前的知识进行巩固，而且学会了更多的新知识，提高思维、强化动手能力，能够更好地适应和走上工作岗位，为以后的就业打下一定的基础。关键词：电子秒表，555定时器，分频，计数，译码目录绪论………………………………………………………………………5第一章：设计要求……………………………………………………..61.1设计说明…………………………………………………….61.2设计要求…………………………………………………...6第二章：方案设计………………………………………………………72.1方案一……………………………………………………….72.2方案二……………………………………………………….7第三章：原理设计………………………………………………………83.1基本RS触发器的设计……………………………………83.2单稳态触发器设计………………………………………...93.3时钟发生器设计…………………………………………...93.4计数及译码显示设计…………………………………….10第四章：硬件设计……………………………………………………..124.1PCB设计…………………………………………………124.2打印与压制……………………………………………….134.3腐蚀铜板及钻孔………………………………………….144.4焊接与装配……………………………………………….144.5电路调试………………………………………………….144.6测试……………………………………………………….15第五章：秒表组成及使用说明………………………………………175.1秒表框图，各部分组成…………………………………..175.2使用说明………………………………………………….173设计总结……………………………………………………………….18参考文献……………………………………………………………….19附录……………………………………………………………………..19Ⅰ原理图…………………………………………………….20ⅡPCB图……………………………………………………....21Ⅲ元件清单……………………………………………………22绪论目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高、功能强，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电路课题设计的进行使我们有了这个非常好的机会，通过这种综合性训练，我们的动手能力、实际操作能力、综合知识应用能力得到了更好的提升。我们作为电子信息工程技术的专业的学生，更需要去越来越多的去接触、认识和掌握高速发展的精端数字电子技术，进而去培养自己把理论知识运用于实际操作的素养，真正的把自己打造成为电子信息人才。而本次课程设计对于我们来说十分的珍贵，我们小组设计的是电子秒表。这次秒表设计是以555定时器为核心，以分频、计数与译码显示模块为主要构成部分的电子秒表的设计方案。充分利用数字电路的计数、译码、显示的优良特性，使整个设计达到了比较满意的效果。系统具有随时启动、停止以及清零功能，达到了设计要求。做完这次设计中不但对以前的数电知识进行巩固，而且学会了更多的新知识，提高了思维活跃性、强化了动手能力，并且为我们掌握数字逻辑控制技术、单片机中的数字逻辑的应用技术、可编程逻辑器件的应用奠定了操作基础，这种动手能力的强化更为以后工作奠定了基础。4第一章设计的要求1.1设计说明本次设计的电子秒表是以中规模TTL集成电路、CMOS集成电路和LED数码显示器为主要部件的电子秒表。主要有时基产生电路、电源电路、分频电路、计数与译码电路（包括显示电路）、开关按钮电路。本设计主要是以模拟电子技术和数字电子技术控制为主。1.2设计要求1．制作一个频率为50Hz时钟发生装置。2．通过分频电路，输出周期为0.1秒的计数脉冲。3．利用计数器接受分频电路输出的计数脉冲，并通过数码显示器显示出来，完成0.1秒~9.9秒的秒表计时。4．使用触发器及其它外围电路制作电子秒表的控制开关，实现“开始计数”，“停止并保持计数”和“清零并准备重新开始计数”的功能，在秒表计数期间应使“开始计数”和“清零并准备重新开始计数”无效。5第二章设计方案2.1方案一：用数字电路实现秒表（分四个模块）（1）555时钟发生模块利用555定时器实现的多谐振荡电路能够完成时钟信号发生器的功能，通过调节电路中的可变电阻使多谐振荡器的输出信号频率为50HZ。（2）分频电路模块利用74LS290将输入为50Hz频率的时钟脉冲进行分频变为10Hz的信号输出，即周期为0.1秒。（3）输出及显示模块两个74LS290分别连接成十进制计数器，一个输出十分之一秒，一个输出整秒，并通过两个数码显示器显示0.1—9.9秒的秒表数值。（4）控制电路利用基本RS触发器生成控制电路：S有效，则Q端输出高电平，控制时钟信号输出到分频电路，实现“开始计数”；同时Q非端输出的低电平使“清零并准备重新开始计数”无效；R有效，则时钟信号被屏蔽，电子秒表保持当前数值不变，同时允许“清零并准备重新开始计数”信号输入。注意，设计时要避免基本RS触发器出现不定态。2.2方案二：用单片机设计秒表利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行加、减（倒）计时，数码管能够正确地显示6时间。方案选用：单片机以其强大灵活的指令处理功能，可设计出功能多、易修改的秒表。在增加功能时，不必变动硬件电路，但是由于我们现在还没有正式接触和学习单片机知识，所以这次采用第一种方案来完成课程设计。第三章原理设计3.1基本RS触发器设计（如图一）本设计为用集成与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。它的一路输出Q作为单稳太触发器的输入，另一跟路输出Q作为与非门5的输入控制信号。按动按钮开关K2（接地），则门1输出=1；门2输出Q=0，K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K1；则Q由0变为1，门5开启，为计数器启动作为准备。由1变0，启动单稳态触发器工作。基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。7图1电子秒表部分的电路图3.2单稳态触发器设计图1中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图2为各点波形图。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Vi由基本RS触发器Q非端提供，输出负脉冲Vo通过非门加到计数器的清除端R。静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻Roff。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的Rp和Cp。单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。3.3时钟发生器设计图1中单元Ⅲ为用555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较8好的时钟源。调节电位器RW，使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号，当基本RS触发器Q＝1时，门5开启，此时50HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器①的计数输入端CP2。图2单稳态触发器波形图图374LS90引脚排列3.4计数及译码显示设计二—五—十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，如图1中单元Ⅳ所示。其中计数器①接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端QD取得周期为0.1S的矩形脉冲，作为计数器②的时钟输入。计数器②及计数器③接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.1～0.9秒；1～9.9秒计时。注：集成异步计数器74LS9074LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。图3为74LS90引脚排列，表4为功能表。通过不同的连接方式，74LS90可以实现9四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。(4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。(5)清零、置9功能。a）异步清零当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。b）置9功能当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001。输入输出功能清0置9时钟QDQCQBQAR0(1)R0(2)S9(1)S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××1001置90××00××0↓1QA输出二进制计数1↓QDQCQB输出五进制计数↓QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数10QD↓QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数11不变保持图4第四章硬件的设计4.1PCB的设计绘制电路PCB一波三折，花去了我们好多时间。让我感触最深的就是在用PROTEL绘制电路原理图时，你一定要搞清楚元件放在哪个元件库，要知道它的封装，不然做起来很麻烦。在我们绘制原理图的过程中，发现了好多要用的元件和PROTEL上元件库上的元件根本不一样，这过程中最复杂的就是画PCB了，因为封装的问题，我们画时都有错误，无法导入网络表。在和同组的同学经过努力细心的找课本，上网查资料，最后终于把错误一一解决，最终画出的原理图和PCB图如附录1、附录图2。下面是通过通过尝试和查资料总结华PCB的一些方法规则：11在任何设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节,此过程非常重要，关系到整个设计的外观是否好看。如果设计方法不当，PCB可能会造成电子秒表参数的精确性，比如数码管显示有缺损段码、读数不正确