电子秒表的设计与制作Word文档下载推荐.docx
《电子秒表的设计与制作Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子秒表的设计与制作Word文档下载推荐.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
（8）参考资料
（9）附录：
器件表，芯片资料
时间安排：
6月28日~7月1日：
明确课题，收集资料，方案确定
7月2日~7月6日：
整体设计，硬件电路调试
7月6日~7月9日；
报告撰写，交设计报告，答辩
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月
摘要
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。
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。
人们对它的认识也逐步加深。
在秒表的设计上功能不断完善，在时间的设计上不断的精确。
关键词：
电子秒表，定时器，效率
内容摘要
本次我们设计的电子秒表，是以555定时器作为发生器，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、显示的特性，使整个设计达到了比较满意的效果。
所设计的电子秒表达到了设计要求的各项指标，具有随时启动、暂停以及清零功能，并且在这个基础上进行了功能扩展，将99.99秒改为了59.99秒，设计报告以59.99秒为基准。
1设计要求
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
2方案比较
方案一：
由555定时器组成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器，74LS90作为计数器，74LS48作为译码器，再与数码管连接来显示
方案二：
由555定时器组成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器，74LS160作为计数器，74LS48作为译码器，再与数码管连接来显示
比较：
两套方案均可以达到设计目的，但是使用74LS90的计数芯片将会使设计变得更为简洁容易，也便于系统的连线，再权衡其他的因素，我们最终选用74LS90来制作实物连线。
3.设计思路
3.1系统框图
本次设计使用的系统框图如下图
图1设计原理系统框图
上图为电子秒表的框架图，其中，显示器用共阴极数码管“LG5011AH”，译码器用“74LS48”4线7段译码器驱动器，计数器选用“74LS90”计数器，秒脉冲发生器选用555定时器完成。
3.2完整电路图
本次设计的完整电路图用proteus65进行仿真绘制，如下图
（注意：
仿真为简单而采取的是用的是4线数码管，实物连线的时候则由显示器和译码器构成）
图259.99秒设计完整电路图
3.3电路的工作原理
1）计数原理:
根据74LS90的功能表恰当的连线，可以实现74LS90的10进制计数，连接时钟脉冲电源后，可以从0~9之间循环计数。
4个74LS90之间通过前一位的高位信号向后一位的CP端输入信号来实现进制;
59.99秒计时下，最高位的6进制可通过恰当的方法实现，从而在0~5之间循环计数。
2）启动/清零原理：
根据74LS90的功能表，可在特定情形下实现数码管的清零和再启动。
3）暂停/连续原理：
有脉冲输入，计数器正常计数；
无脉冲输入，计数器暂停计数。
4设计过程
4.1脉冲源
本设计采用555定时器作为秒脉冲发生器，其引脚图如下图所示
图3555定时器引脚图图4多谐振荡器
图4所示是本设计要用到的由555定时器构成的多谐振荡器。
R2、R1和C是外接元件。
刚接通电源时，Uc=0，U0=1。
当Uc升至2/3Vcc后，比较器C1输出低电平（为0），基本RS触发器置0，定时器输出u0由1变为0。
同时，三极管T导通，电容通过R2放电，Uc下降。
在1/3Vcc<
Uc<
2/3Vcc期间，U0保持低电平状态。
在Uc下降至1/3Vcc以后，比较器C2输出低电平（为0），使触发器置1，输出U0由0变为1。
同时三极管截止，于是电容C再次被充电。
如此不断重复上述过程，多谐振荡器的输出端就可以得到矩形波，其工作波形如图5所示。
图5工作波形图
调整脉冲频率：
调节电位器，使在输3获得频率为100Hz的矩形波信号，当基本RS触发器Q=1时，门5开启，此时100Hz脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器的计数输入端上。
振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。
第一个暂稳态时间tw1为电容C的电压Uc从1/3Vcc充电2/3Vcc至2/3Vcc所需时间tw1≈0.7（R1+R2）C第二个暂稳态时间tw2为电容C的电压从2/3Ucc放电至1/3Ucc所需时间tw2≈0.7R2C，设计时使周期为0.01s。
4.2显示器
本设计采用共阴极数码显示，是由7个发光二极管构成特定的“8”字的形状，如下图所示
图6显示器原理图
如上图所示，a~g分别表示“8”的7条边，h表示小数点，3.8为共阴极接地（一端接地即可），本次设计用的是LG5011AH，对应的管脚和二极管简单列举如下:
管脚
7
6
4
2
1
9
10
二极管
a
b
c
d
e
f
g
表1管脚和发光二极管对应表
注：
1.小数位本次设计未涉及，未列出；
2.3.8为共阴极接地，即GND；
4.3译码器
本设计采用74LS48进行译码，译码的作用在于将7段输入的数码管改为4段输入的数码管，这样做才可与74LS90的4段输出在数码管上显现出来，达到“译码”的目的
74LS48的引脚图如下：
图774LS48引脚图
由于本次设计只需显示出0~9数字，根据74LS48的功能表（见附表），则连线方法如下表：
显示器
7a
6b
4c
2d
1e
9f
10g
译码器
13
12
11
15
14
表2对应管脚连线表
1.Vcc接+5V电源，GND接地；
2.本设计实验中LT,RBI,BI/RBO均接高电平（+5V）；
3.D,C,B,A按顺序为从高位到低位，为4输入端
4.4计数器
本设计使用74LS90进行计数，74LS90计数器是一种中规模二-五-十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可作五进制和十进制加法计数其引脚图如下：
图874LS90引脚图
通过不同的连接方式，74LS90可以实现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S0
（1）,S0
（2）将计数器置9，其具体功能详述如下（功能表见附表）：
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，QDQCQBQA作为输出端，则构成异步8421码10进制加法计数器
4）若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QDQCQBQA作为输出端，则构成异步5421码10进制加法计数器
5）清零功能：
当R0
（1）,R0
（2）均为“1”，S0
（1）,S0
（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000
6）置9功能：
当S0
（1）,S0
（2）均为“1”，R0
（1）,R0
（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA=1001
本次设计将用到上述功能的3）,5）功能，对应的连线方法如下表：
D6
C2
B1
A7
计数器
11QD
8QC
9QB
12QA
表3对应管脚连线表
1.Vcc接+5V电源，GND接地；
2.本设计中NC悬空；
：
3.按3）功能连线，构成10进制；
4.5控制电路
·
暂停/连续控制开关
最简单的方法是直接在脉冲信号接入端接上单刀开关，根据暂停/连续原理可知开关闭合时为连入脉冲，此时计数开始；
断开开关时为停止脉冲，此时暂停计数；
本设计采用一个与门和脉冲连接，目的是防止抖动。
清零/启动控制开关
由74LS90的上述功能可知，当R0
（1）,R0
（2）均为“1”，S0
（1）,S0
（2）中有“0”时，实现异步清零功能，因此，需要有开关控制R0
（1）,R0
（2）为1。
若在99.99的情形下，只需要一个单刀双掷开关，不需要门电路；
若在59.99的的情形下，最高位的6进制存在着一个强制清零的连线，需要对QCQB的输出进行下列变换：
数字
QC
QB
与门
或门
启动（右）
清零（左）
3
5
表46进制控制电路变换
1.本变换表对应59.99设计完整电路图，参照图示进行逻辑门变换；
2.与门指的是QCQB的与逻辑关系结果；
3.启动（右）指的是开关向右拨，即和或门连接的为低电平（0）；
4.清零（左）指的是开关向左拨，即和或门连接的为高电平
（1）；
5改进意见
通过一周的设计和制作，电路的设计仿真圆满的完成了设计目标中提到的几种要求并且有较低的误差，但仍然有一些缺憾，主要问题是显示不稳定，经过分析我认为主要原因有：
连线的松紧程度和电路板的灵敏度和这有很大的关系，各级芯片以及门电路有一定的延迟时间，有些部分还可能存在竞争冒险。
在实验的后期我们抓紧时间搭电路，尽管时间有限，我们对电路板又不够很熟悉，但是最终还是实现了预期的效果。
由于一周的课程设计时间短暂，设计方案不见得是最优的，但在以后的学习中，相信我们可以为这此的设计进行更多的仿真和实际性的连线，提出更多更优的方案，并且有效的连线出来。
6心得体会
这次的课设中我用到了数字电子技术基础等课程学到的知识，自己自学了proteus65仿真软件，从而可以更有效完成任务。
但是在实际中遇到的种种问题还是让我明白自身知识的不足，很多方面需要进一步加强。
在整个课程设计期间我开始注意到很多以前没注意到的地方，本次学习让我受益匪浅，同时也给我了很大的信心，认可自己的能力，相信自己是有实力的。
再通过同学的帮助，不断理解原理知识和提高实际经验，使得我们的课程设计顺利完成。
这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的差距，因此有些问题不但要深入理解，而且要不断地更正以前的错误思维。
一切问题必须要靠自己来慢慢的的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在迅速的提升。
这种感觉在理论上已经掌握，但运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，必须经过一番努力才可得以解决。
这激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响
。
这次课设让我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，这为自己今后的学习和工作做出了好榜样。
我觉得作为一名自动化专业的学生，这次课程设计是很有意义的，必须把自己平时所学的东西应用到实际中，理论和实际紧紧相连。
虽然自己过去对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很枯燥，但是靠着这一个多礼拜的学习强化，在同组同学的帮助下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，我自己开始主动学习并将逐步从基础慢慢开始弄懂它。
我认为这个收获应该说是最大的。
总体来说，这次的课设让我发现电子设计是有很大科学性和严谨性的。
不同芯片的使用，不同的接线方法，不同的变量，不同的实现思路，环环相扣的严谨性，稍有差错就可能出现重大失误。
这次课程设计使我对各种电路又有了全新的了解，我同时也学会了使用常用仿真软件，在平时的理论学习中遇到的问题都将被顺利解决，
8器件列表
1.LG5011AH显示器4个；
2.74LS48译码器4个；
3.74LS90计数器4个；
4.74LS08与门芯片2个；
5.74LS32或门芯片1个；
6.555定时器1个；
7.单刀单掷开关1个；
8.单刀双掷开关1个；
9.实验电路板1个；
10.电容10uf,0.1uf各1个；
11.电阻5K1个；
12.导线若干；
9参考文献
[1]吴友宇，伍时和《数字电子技术基础》清华大学出版社2007
[2]祁存荣《电子技术基础实验（数字部分）》武汉理工大学教材中心2008
[3]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社2006
附表
图1074LS48功能表图
由于本次实验数码管只显示0~9数字，因此只需看功能表中0~9要求达到的条件，其中RBI为任意输入（×
），为方便起见，令其恒为高电平
（1）。
图1174LS90功能表图
图1299.99设计完整电路图
图13基于显示器和译码器连成的数码管仿真
本仿真仅是实现了99.99的循环计数，着重在于显示器和译码器的连接，其余的功能上述已经完成，在此不再重复作图。
升级会员 