数字秒表课程设计报告.docx
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数字秒表课程设计报告
课程设计报告
设计题目：
数字秒表
学院：
电子工程学院
专业班级：
13光电信息科学与工程
（1）班
学号：
20133030****20133030****
20133030****
姓名：
董**李**吴**
电子邮件：
*********@
时间：
2015年11月
成绩：
指导教师：
刘**
华南农业大学
电子工程学院应用物理系
课程设计（报告）任务书
学生姓名董**李**吴**指导教师刘**职称讲师
题目数字秒表
任务与要求
任务：
自选一个课题，利用上学期所学数字逻辑电路与系统设计知识，组队完成课题设计，并完成课题论文；进一步熟悉数字逻辑电路与系统设计知识，增强电子设计综合实践能力，小组自己完成一个完整的课题设计，学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。
要求：
（1）确定一个合适的选题，建立和分析选题电路，并且完成Multisim调试；
（2）购买实验材料，完成实验电路和测试。
开始日期2015年9月13日完成日期2015年9月23日
数字秒表
学生：
董**李**吴**指导老师：
刘**
摘要：
本次课题选择的数字秒表是一个将“秒”显示给我们的视觉器官的计时装置。
一个基本的数字秒表电路主要由基本RS触发器、单稳态触发器、555定时器、计数器/分频器、译码器及显示器组成，实现对分、秒，数字显示。
关键词：
74LS00、74LS90、计数器
1引言
数字秒表是采用数字电路实现对分、秒，数字显示的计时装置，广泛用于体育竞赛中。
由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字秒表的精度，远远超过老式秒表，秒表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便。
2总体结构
2.1总体设计流程图
图1工作流程图
图1中1单元为用集成与非门74LS00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。
图1中2单元为集成与非门74LS00构成的单稳态触发器，它的职能是为计数器提供清零信号。
图1中555定时器构成了多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。
图1中4单元用74LS90构成的计数器/分频器
图1中5单元译码显示单元
2.2数字秒表原理图
图2数字秒表原理图
电路中使用两个基本RS触发器提供置位、复位、和清零信号，555定时器提供时钟脉冲信号，三块74LS90作为分频单元，用74LS47做译码器，有效、简洁地完成了秒表所具备的所有功能（清零、启动计时、暂停计时及继续计时）。
3单元电路设计
3.1基本RS触发器
基本RS触发器功能表:
表1基本RS触发器功能表
R
S
Q
1
0
1
0
1
0
1
1
不变
0
0
不定
原理图中单元1为用集成与非门74LS00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，消抖的功能。
它的一路输出Q作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号。
按动开关S1A，则门1输出Q非为1；门2输出Q为0；S1A复位后Q、Q非状态保持不变。
再按动S1B，则Q由0变为1，门5开启，为计数器启动作好准备。
Q非由1变为0，送出负脉冲，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。
3.2时钟发生器
时钟发生器可以采用555定时器构成的多谐振荡器，555定时器是一种性能较好的时钟源，切构造简单，采用555定时器构成的多谐振荡器做为电子秒表的输入脉冲源。
图3时钟发生器图4555定时器管脚
调节电位器RW1，使在555输出端3获得频率为10Hz的矩形波信号，当基本RS触发器Q为1时，门5开启，此时脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器的计数输入端CP。
图4为555定时器管脚分布图。
3.3单稳态触发器
本次课题中，将用集成与非门74LS00构成的微分型单稳态触发器。
单稳态触发器的输入触发负脉冲信号U1由基本RS触发器Q非端提供，输出脉冲U0则加到计数器的清除端。
门4在静态是应处于截止状态，R4、C4控制输出脉冲宽度。
它的功能是提供清零信号。
图574LS00引脚及内部结构表
图6单稳态触发波形
3.4二/五分频十进制计数器74LS90
图7实验中的74LS90部分电路
图874LS90引脚图974LS90功能表
74LS90功能：
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）（2管脚）、R0
（2）（6管脚）对计数器清零，借助S9
（1）（6管脚）、S9
（2）（7管脚）将计数器置9。
其具体功详述如下：
（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，QD、QC、QA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。
本设计采用的是74LS90的五分频和十进制计数功能。
其中，74LS90
（1）是对50Hz的脉冲信号进行五分频，实现输入为10Hz（0.1s），74LS90
（2）、74LS90（3）实现十进制计数。
3.5七段译码器
74LS47为BCD七段译码器/驱动器，真值表如下：
十进制
LT
RB
D
C
B
A
BI/RBO
a
b
c
d
e
f
g
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
X
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
2
1
X
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
3
1
X
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
4
1
X
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
5
1
X
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
6
1
X
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
7
1
X
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
8
1
X
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
9
1
X
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
7447为四线-七段译码器，可以用来驱动七段共阳极数码管，当LT，RBI，BI，端接高电平时，从DCBA端输入BCD码时，从abcdefg端输出相应的数码管显示码。
结合四线-七段译码器7447可以现实0到9个数字。
4调试
4.1基本RS触发器的调试
按动开关S1A，检查门1输出Q非是否为1，门2输出Q是否为0，S1A复位后这两个状态能否保持，再按动开关S1B，Q是否由0变1，Q非是否由1变0，否则检查卡观和与非门U1。
4.2单稳态触发器的测试
（1）静态测试
用直流数字电压表测量U1、U0和C2前后的电位值。
（2）动态测量
输入端接1KHz连续脉冲源，用示波器观察U0波形。
4.3时钟发生器的测试
用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节RW1，使输出波形频率为10Hz，若无波形输出，检查555定时器。
4.4计数、译码、显示单元的测试
测量计数器功能和分频器功能，看输出频率是否为10倍关系，各段测量显示管的功能是否正常。
4.5整体测试
先按按钮S1A，此时电子秒表不工作，再按一下S1B，则计数器清零后变开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常。
如不需要计时或暂停时，按一下开关S1A，立即会出现暂停状态。
4.6电子秒表准确度的测试
利用电子钟或手表的计时对电子秒表进行校准，若时间不准，调节RW1。
5电路测试及测试结果（测试方法、测试结果、性能分析）
5.1电子秒表的整体测试
各单元电路测试正常后，把各个单元按顺序连接起来，进行电子秒表的总体测试。
先按一下按钮开关S1A，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关S1B，则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常，如不需要计时或暂停计时，按一下S1A，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。
在显示译码时刚开始由于频率没有调准确而导致所显示的数字不稳定，经过调试后使得555定时器输出端为稳定频率值10HZ，最终能正常显示结果。
5.2电子秒表准确度的测试
利用电子钟或手表的秒计时对电子秒表进行校准，使误差在1s之内。
6设计总结与感悟
作为新世纪的当代大学生，在竞争如此激烈的社会环境里，动手实践和创新能力显得相当重要，通过这次的实践我发现了自己还存在诸多方面的不足。
当初选课题的时候，上网找了几个别人的方案，以为实验很容易完成，就把实验搁置了一周多，后来却发现别人的电路用Multisim软件模拟不出来，大概花了一周的时间才把各种参数重新写过；去买材料的时候发现很多方案都会缺少关键而没有代替品的芯片，又要重新想过方案；去到实验室准备焊接时，又发现Multisim模拟软件的芯片图其实是经过简化的，还需要自己准备引脚和功能图；匆匆忙忙把课程实验设计焊接出来还要排查问题和调试。
理论知识终究不是实践能力，在实践面前一系列的问题会突发出现，但是没有扎实的理论知识，实践能力又无从存在，二者可谓缺一不可，所以在以后的学习工作中要同时培养自己的学习和动手能力。
我相信自己在以后的工作和学习当中一定会养成严谨的工作习惯。
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