秒表大全典.docx
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秒表大全典
目录
一任务书…………………………………………………………4
二前言………………………………………………………...4
三方案论证与对比选择………………………………….......6
3.1总体模块图…………………………………………….6
3.2方案一…………………………………………………7
3.3方案二………………………………………………....8
四单元电路与总体电路设计………………………………...9
4.1+5v电源设计………………………………………….9
4.20.1秒信号源设计……………………………………..9
4.3加法计数器电路设计………………………………..11
4.4译码锁存电路设计…………………………………..14
4.5显示电路设计………………………………………..17
4.6手动复位开关设计…………………………………..18
五软件仿真……………………………………………….19
5.1Multisim软件的介绍………………………………..19
5.2电源仿真……………………………………………..20
5.30.1秒的信号源的仿真…………………………20
5.4手动复位开关电路图仿真……………………21
5.5记数显示电路图仿真…………………………..22
5.6总装电路图仿真……………………………………..23
六实验的装调和数据分析………………………………….25
6.1电源的装调…………………………………………...25
6.2整体电路的装调…………………...............................25
6.3数据分析…………………...........................................25
七总结与体会…………………………………………………26
八附录：
………………………………………………………27
8.1整体电路图…………………………………………….27
8.2集成电路芯片管脚图及其功能……………...………27
8.3元器件清单…………………………………………….28
8.4参考文献……………………………………………….28
8.5实物图………………………………………………….29
一任务书
（一）、任务和要求：
•任务和要求：
•设计并制作一个数字式秒表，要求如下：
•1、用三位数码管及一个LED发光二极管显示秒表计时，格式如下：
•
•开机时数码管显示000，LED灯灭；当计时超过59秒时，LED灯亮；计到1分59秒时，过一秒，LED灯灭，同时数码管重新计时显示。
计时最小单位为0.1秒。
•2、具有如下功能键：
•开始/清零键：
按第一下时计时开始，同时显示；按第二下，停止计时，恢复到初始状态；
•固定显示键：
按第一下时，显示固定，但计时仍继续；再按下时，显示从新时间开始。
•3、要求自制0.1秒信号源。
•4、设计并制作本电路所用直流电源。
（二）、提示和参考文献
直流稳压电源见参考资料P23
《数字电子技术实验任务书》实验六
二前言
课程设计是将理论知识应用到实践中，是理论和实践的结合，此外的电子技术综合课程设计是将我们所学的《模拟电子技术基础》和《数字电子技术》的综合应用.课程设计的重点在于对学员这一段时间内掌握的重点知识进行整合，使学员学以致用，并积累项目经验。
课程设计的题目通常根据社会实际要求而设定，简单说来就是给学员布置一个实际的项目，要求学员动用目前已经掌握的知识技能、并充分发挥个人的聪明才智亲自去完成，通过对所学知识全方位的调动和运用，达到巩固基础掌握技巧的目的；有些项目由于工作量庞大、涉及知识面广，在规定时间内单凭个人的力量很难完成，在这种情况下我们只能以小组为单位进行集体开发，通过团队思维和集体动手，培养学员的协作和团队意识，为以后进入社会进行团队协作打好基础。
我们本次课程设计的数字式秒表的电路是利用不同功能的芯片和逻辑电路构成的数字电路，其中所需的芯片如计数器、译码器、锁存器等都是我们在数电课本上所学到的元器件。
数字、模拟电子技术是电子、通信专业的重要基础课程，其特点之一是实践性强，需要在理论的指导下亲自动手进行实验。
电子技术专业设计，是依据教学、科研、生产的要求，熟悉与掌握电子电路的设计、安装、调试的过程，是通过理论指导实践，并转化为实用电路及电子产品的过程，要想较好的掌握电子技术，就要求在熟悉电子电路基本器件的原理上、基本电路的组成及分析方法的基础上，更要掌握电子器件和基本电路的应用，实践是科学发展的重要手段，也是电子电路学习过程中不可或缺的环节。
通过本次实践，我们熟悉了相关电子器件的性能、参数，掌握了一些经典电子电路，学会了电路系统结构的基本分析方法，培养了我们从实践中发现问题进而设法解决问题的思路，我学会了查找我们所需要的信息和运用方法，对项目制作方法和流程都有初步的了解和磨合，对以后的项目制作打下了基础。
三方案论证与对比选择
这次我们组设计的数字秒表实际上是一个计数及其一些简单的控制电路，对10HZ频率的信号进行计数、锁存、清零及其显示。
其工作原理：
有555定时器产生稳定的脉冲信号，输出标准为10HZ的脉冲信号。
1/10秒位计数满10后，产生进位脉冲，秒位计满60后，产生进位脉冲，该脉冲经过JK触发器，使发光二极管亮。
该电路设置两个控制键，一个键控制电路的清零与启动功能，另一个键控制电路的锁存与继续功能。
该系统是否能满足最终要求，其中最重要的是信号源产生的信号是否稳定（10HZ），其次在于控制电路设计的是否合理，而且以所用芯片以最少为设计思路。
所以方案有以下两种：
图1数字式秒表组成框图
方案一使用具有译码、锁存功能的CD4511，计数器74LS160来设计显示控制部分。
如图：
方案二使用只具有单独功能的芯片，译码驱动器74LS48，锁存器
74LS373，计数器74LS160来设计显示控制部分，如图：
方案一与方案二的区别在于方案一的进位输出信号先通过74LS48进行译码，译码输出信号再经过74LS373锁存后送达数码管，而方案二则是将进位信号先通过74LS373锁存器，再进行译码最后送到数码管显示。
从设计角度来看，两者并无多大区别，由于方案二使用了译码器和锁存器独立的设计，虽然最终线路连接复杂，但所用芯片与数电书上叫接近，可以我们加深对数电、模电的理解，因而我们决定选用方案二。
四单元电路与总体电路设计
4.1电源
电源是最基本的也是比较重要的一部分电路，它的好坏直接影响整个电路的正常工作与否。
根据实验要求，必须接入220V的交流电，而实验所用的电源为直流的5V电源，所以需要一个变压器，进而还需要使用整流、滤波、稳压电路。
它一般设计步骤如下：
1．用变压器得到可用的交流电。
2．经过整流二极管对其进行整流。
3．再用电容对其滤波。
4．最后用7805稳压芯片对其进行稳压。
电源电路模块如图
注：
电源电路参考于电工电子实习。
4.2信号源
利用555集成定时器，构成占空比为2/3的多谐振荡器，用于产生周期为0.1s的矩形方波。
555定时器的几种功能：
1）只要RD=0,无论两个触发端为何状态，输出端Vo=0。
2）当RD=1,高电平触发端TH>2/3Vcc，低触发端TR>1/3Vcc时，D放电管导通，输出端Vo=0。
3）当RD=1，低触发端TR<1/3Vcc，D放电管截止，输出端Vo=1.。
4）当RD=1，而低触发端TR和高电平触发端TH的电平在1/3Vcc到2/3Vcc之间时，输出保持不变。
555定时器制成多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后不需外加触发便能产生矩形脉冲。
NE555多谐振荡器电路模块其接法和电路图如图所示：
NE555多谐振荡器引脚连接图
NE555为8管脚集成电路，1地GND，2触发，3输入，4复位，5控制电压，6阈值，7放电，8电源电压Vcc。
相关参数计算：
采用以上电路图，则根据输出脉冲的占空比公式可知
q=（R1+R2）/（R1+2R2）=2/3
又由电路的振荡周期公式可知
T=（R1+2R2）Cln2
例若取C=100uF,则代入上式得到
3R1Cln2=1即R1=1/Cln2=4.8kΩ
故R1=R2=4.8kΩ
4.3加法计数器电路设计：
计数器是数字系统中使用最多的时序电路。
它是由触发器和控制门组成。
它不仅可以用来计数，还可以用于数字系统的定时、分频执行数字运算等。
计数器的种类繁多，分类方法也有多种。
按计数器中的触发器翻转次序可分为异步和同步计数器；按计数器的编码方法分为二进制、十进制和其它进制计数器；按计数过程中的数字增减分为加法与减法计数器。
十进制电路图
六进制电路图
4.4译码锁存电路设计
在数字系统中常常需要将测量或处理的结果直接显示成十进制数.为此，首先将BCD码表示的结果送到译码器进行译码，用它的输出去驱动显示器件，由于显示器的工作方式不同，对译码器的要求也就不同，译码器的电路也不同。
74ls48译码器：
74ls48管脚图
74LS373锁存器：
74LS373的管脚图。
4.5显示电路设计：
共阴七段显示器的结构
14
七段显示器的显示形状
限压电阻的计算
因为74LS48得额定电流为6mA额定电压为5.5V额定功率为125m七段数码显示器的参数应该是正向压降为2.2V～2.6V，工作电流为5～10mA；74LS48译码器与七段数码显示器的电压差约为3V，工作电流为6mA，则限压电阻为500Ω.
4.6手动复位开关
通过接入脉冲式开关及其上拉电阻来产生脉冲，再将JK触发器接成T触发器，这样保证了有单脉冲，之后电路状态必翻。
如图所示，J和K都必须接高电平保证触发器成为一个T触发器使之成为必翻电路。
当脉冲开关没按下时时钟信号是一个低电平;当脉冲开关按下时时钟信号由低电平变成高电平，导致Q也有相应的变化。
这样就可以手动控制电路状态。
电路图如下图所示：
五软件仿真
5.1Multisim软件的介绍
Multisim是加拿大图像交互技术公司（InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司）推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
5.2电源仿真图
5.30.1秒信号源的仿真图
5.4手动复位开关电路仿真图
5.5记数显示电路仿真图
5.6电路总装仿真图
启动后暂停时电路仿真图
六实验的装调和数据分析
6.1电源的装调
在进行电源仿真时，我们用的二极管是两个3300uF和两个47nF，但在领器件时由于实验室没有3300uF的二极管，因此我们实际只领到了2个2200nF的二极管，尽管我们对电路进行了适当调整，但在接线完成后，接通电源，实际所测得的电压为5.002V，比要求中的5V稍大，进而产生了不可避免的误差。
6.2整体电路图的装调
在经过单元电路的测试后，我们把各自的单元电路连接到一起进行调试，在此过程中出现了不少问题。
起初虽然数码管显示正常，但却与实际秒表相差太大，因此我们不得不寻找原因，在经过反复的测试后最终我们才发现实际电路中信号源的周期过大，因此我们对电位器进行了调节，当调到70K到75K之间的时候，数码管的显示才与秒表的误差不到0.5秒；在面对接通电源数码管显示不是三个0的问题上，通过大家的仔细考虑，最终决定在JK触发器上加上RC振荡回路，同时我们对布线情况也进行了调整，在大家的不断努力下，我们最终还是取得了成功。
6.3数据分析
数据调试过程终，我们所面对的问题是电路运行时间与实际时间误差较大，而我们的误差允许范围是不超过6秒，最后我们通过调节电位器，使最终误差不到0.5秒；此外，我们信号源的实际周期小于0.1秒，这是由于器件间的连线的不合理及元器件在实际电路中的性能所导致的误差。
七总结与体会
这一次课程设计，由于我们是第一次同学之间进行实践，没有太多的经验，加之理论知识掌握不牢固和课外知识的不足，因此在设计制作过程中出现了许多问题，例如：
我所负责的信号发生器，我按照查找的资料和数电书上的电路图进行仿真，并成功的产生信号，但是与我们需要的周期为0.1s的方波的周期不同，我们通过公式计算也没有达到目标，最后我们对着秒表进行调节电容才达到要求，但现实中我们一般是通过电阻来调节。
在我接实际电路时发现我们仿真的结果与实际电路结果不一样，原来仿真只是检测电路故障的一种方法和测试，虚拟的数据毕竟太理想化，所以我们在接实际电路图时不得不重新调整信号的频率。
还有我负责的控制电路，由于我是按照仿真图来连接电路所以容易忽略电源的接法，后来发现74ls76工作不正常，才发现电源和接地的问题，由于每个人的分工不同，我们在组合整体电路中遇到各种问题，例如：
导线接触不良，旧损的芯片，各部分连接后线路变化与影响等等。
通过大家的细心排查，我们以发光二极管为指示灯通过仿真图所显示的各芯片管脚电平判断，最后通过芯片对比发现坏了两个74ls373芯片，这才完成电路
八附录
8.1整体电路图
8.2集成电路芯片管脚图及其功能
8.2.17805
其中1脚是输入，2脚是接地，3脚是输出。
8.2.274LS48
8.2.374LS373
8.2.474LS00
74LS00是四二输入与非门。
8.2.5555定时器
8.2.674LS160
8.2.774LS76
8.2.8七段数码管
8.3元器件清单
元器件清单
器件名称
所需数量
备注
74LS160
4
74LS48
3
74LS373
3
74LS00
1
74LS76
2
555定时器
1
7805
1
数码显示管
3
七段共阴数码管3个
变压器
1
所需为220V到9V
电阻
4
1K四个，
电位器
2
100K
电容
7
其中1000
1个，2200
2个，0.047
2个，0.01
1个，1
2个
二极管
3
导通二极管1个，发光二极管2个
开关
2
应为脉冲开关
整流桥
1
导线
若干
电源线
1
8.4参考文献
1.李中发主编数字电子计时第一版中国水利水电出版社200
2.章忠全主编电子技术基础实验与课程设计第一版
北京：
中国电力出版社1997
3.华中理工大学电子教研室编康华光主编;电子技术基础（数字部分）
北京：
高等教育出版社，2000
4.清华大学电子学教研室编，余孟尝主编，数字电子技术基础简明教程第二版
5.西安交通大学电子学教研室编何金茂主编电子技术基础实验。
第二版
6.长安大学信息工程学院电工及电子技术试验中心编。
电子及电子技术试验2003，第一版
8.5实物图
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