电子秒表课程设计.docx
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电子秒表课程设计
目录
1.引言
1.1设计目的--------------------------------------------------------------------
1.2设计任务内容--------------------------------------------------------------1.3设计要求--------------------------------------------------------------------
2..总体方案设计
2．1．方案设计一----------------------------------------------------------------
2.2.方案设计二------------------------------------------------------------------
2.3.方案选择与论证------------------------------------------------------------
2.3.1.方案选择------------------------------------------------------------------
2.3.2.方案论证------------------------------------------------------------------
3.各单元电路的设计方案及原理
3.1.晶体振荡器工作原理及使用说明-------------------------------------
3.2.计数器工作原理及使用说明--------------------------------------------
3.3.编码器工作原理及使用说明--------------------------------------------
3.4.显示器工作原理及使用说明-------------------------------------------
4.系统的整体分析-----------------------------------------------------------------
4.1方案一分析及相关解释……………………………………
4.2方案二分析及相关解释---------------------------
5.心得体会与教师评价
5.1心得体会--------------------------------------------------------------------
6.参考文献--------------------------------------------------------------------
1.引言
1.1设计目的：
1.1.1为了培养学生运用有关课程的基础理论和技能解决实际问题，并进一步提高学生专业基本技能、创新能力的重要实践教学环节。
1.1.2通过课程设计，学生受到设计写作方法的初步训练，能用文字、图形和现代设计写作方法系统地、正确地表达课程设计和研究成果。
1.1.3为了培养学生正确的设计思想与方法、严谨的科学态度和良好的工作作风，树立自信心。
1.1.4为了培养学生获取信息和综合处理信息的能力,提高文字和语言表达能力。
1.1.5巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。
1.1.6熟悉计数器的级联及计数、译码、显示电路的整体配合。
1.1.7建立分频的基本概念。
1.2设计主要内容：
1.2.1阅读相关文献
1.2.2学习protel软件的使用
1.2.3学习整理和总结设计文档报告
1.2.4学习如何查找器件手册及相关参数
1.3技术要求
1.3.1现提供一个频率为1.024kHZ的方波源，要求设计一个秒表。
1.3.2秒表时间范围是0~59分59秒
1.3.3要求时间用数码管显示出来
摘要
在如今这个信息产业高度发展的时代里，数字技术作为信息的基础无可厚非的成为了目前发展最快的技术领域之一，在数字集成电路集成度越来越高的情况下，开发数字系统的使用方法和用来实现这些方法的工具已经发生了变化，但大规模集成电路中的基本模块结构仍然需要基本单元电源电路的有关概念，因此用基本逻辑电路来组成大规模或中规模地方法仍然需要我们掌握。
二进制数及二进制代码是数字系统中信息的主要表示形式，“与”，“或”，“非”三种基本逻辑运算是逻辑代数的基础，相应的逻辑门成为数字电路中最基本的元件。
数字电路的输入，输出信号为离散数字信号，电路中电子元器件工作在开关状态。
除此之外，由“与”，“或”，“非”门构成的组合逻辑功能器件编码器，译码器，数字分配器，数字选择器，加法器，比较器以及触发器是常用的器件。
与模拟技术相比，数字技术具有很多优点，这也正是数字技术取代模拟技术被广泛使用的原因。
此次课设更是加深了我们对数字技术的理解和认识。
2.总体方案设计
2.1.方案设计一：
图2-1方案一原理框图
控制信号
时钟信号
方案原理框图：
总体电路图，布线图以及说明：
说明：
上图是软件仿真的简易秒表设计的总体电路图，主要部分采用4片74LS160芯片构成进位计数器，据其引脚功能连线并设置相应使能和触发端；其中两个与非门是通过反馈输出进行6进制的控制，两个与门实现高位两片74LS160的使能控制，达到秒表计数的功能。
单击开关停止计数，在软件上通过启动开关可实现清零。
元器件选择及说明：
74LS160的逻辑功能：
74160为可预置的十进制计数器，异步清零端为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。
74160的预置是同步的。
当置入控制器为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端与数据输入端一致。
74160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现。
当ENP、ENT均为高电平时，在CP上升沿作用下输出端同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
2.2.方案设计二：
因为提供1.024KHZ的方波源来制作0—59分59秒的数字秒表，有数电知识我们需要用到多谐振荡电路、启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电路等组成。
方案设计原理框图：
本数字电子秒表设计由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电路等组成，如图所示：
2.3.方案选择与论证：
2.3.1.方案选择：
经查阅资料，在设计之初有两个可行的方案，都能实现59分59秒的结果，不过经过进一步的讨论分析，认为第二种方案相对更好一些，同时该方案还能在protel99se环境里进行仿真模拟，来验证电路设计的合理性，不过就制作上方案一也是一个不错的方案。
2.3.2.方案论证：
我们主要采用74LS90芯片和晶体振荡器，74LS90是二--五十进制计数器，根据进制转换，很好的实现了六进制的功能，参考了各相关书籍及网上的一些资料，我们做好了现在的电路图，经过仿真，达到了预期的结果。
3.各单元电路的设计方案及原理
元器清单
组成电路的元件包括：
4片74LS74、4片74LS48、4片74LS90.3片74LS161,、石英晶振荡器。
3.1.晶体振荡器：
由于此实验已给出具体频率，所以可直接使用晶体振荡器进行分频
3.2.计数器工作原理及使用说明
根据设计要求，需要精确到1s，故f＝1Hz，将脉冲直接送到计数器74LS90的脉冲输入端CP，作为计时脉冲。
时间计数单元
图3-474LS90搭建的六进制计数器
时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。
要实现1秒计数，须设计一个10进制计数器；要实现秒计数，须设计一个60进制计数器；要实现分计数，须设计一个10进制计数器，这里选用74LS90实现。
表5-274LS90功能表
输入
输出
功能
清0
置9
时钟
QDQCQBQA
R0
（1）、R0
（2）
S9
（1）、S9
（2）
CP1CP2
1
1
0
×
×
0
××
0
0
0
0
清0
0
×
×
0
1
1
××
1
0
0
1
置9
0×
×0
0 ×
×0
↓1
QA输出
二进制计数
1↓
QDQCQB输出
五进制计数
↓QA
QDQCQBQA输出8421BCD码
十进制计数
QD↓
QAQDQCQB输出5421BCD码
十进制计数
11
不变
保持
通过不同的连接方式，74LS90可以实现4种不同的逻辑功能；而且还可以借助R0
（1）、R0
（2）对计数器清零，借助R9
（1）、R9
（2）将计数器置9。
其具体功能如下：
（1）当计数器脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。
（2）当计数器脉冲从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，QＤQＣQＢ和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和Q3相连，计数脉冲由CP2输入，QDQCQB和QA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”，且R9
（1）、R9
（2）
中有“0”时，可以实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000。
b置9功能：
当S9
（1）、S9
（2）均为“1”，且R0
（1）、R0
（2）
中有“0”时，可以实现置9功能，即QDQCQBQA=1001。
74LS90计数器除了有以上功能外还有分频作用。
因74LS90计数器可以构成二、五、十三种计数器，即可实现二分频、五分频和十分频。
十分之一秒计数器和分计数器是十进制，所以只需要将74LS90接成十进制即可。
电路如下：
图3-574LS90构成十进制计数器
74LS90是二--五十进制计数器，所以设计一个60进制秒计数器要用两个74LS90，当计数状态一到01100000立即清零。
但是用90实现六进制时须将QC,QA分别接R0
（1）、R0
（2），这样由启动停止电路输出的启动停止秒表工作的信号就无法接到R0
（1）、R0
（2）处控制。
所以本设计中改用74LS92实现60进制计数。
3.3.译码器工作原理及使用说明
74LS47为BCD七段译码器（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。
3．4.显示器工作原理及使用说明
现在的许多电器设备上都有显示十进制字符的字符显示器，以直观的显示出电器设备的运行数据。
目前广泛使用的字符显示器是七段字符显示器，或称七段数码管。
常见的七段数码管有液晶显示数码管和半导体数码管两种。
半导体数码管是由七段发光二极管（LightEmittingDiode）组成，简称LED。
图1.6是LED的引脚及其等效电路
图1.6（a）LED的引脚及其等效电路。
LED产品的种类繁多，有图1.6（b）、（c）所示的共阴极电路，还有共阳极电路，常用的数码显示器有BS201，BS202等。
图1.7七段数字显示器发光段组
要驱动LED正常的显示十进制数的十个字符，LED前面必须接一个显示译码器。
显示译码器可实现的逻辑功能是：
将输入的8421BCD码转化成驱动LED发光的高、低电平信号，驱动LED显示出不同的十进制数字符，下面来讨论显示译码器的组成。
因显示译码器可以驱动LED显示出0～9这十个数字字符，十个数字字符对应十种高低电平的组合状态，要描述这十种高、低电平的组合状态必须用4位二进制数，根据LED发光的特点可得描述显示译码器逻辑功能的真值表如表1.4所示。
表1.4显示译码器逻辑功能真值表:
4.系统的整体分析
4.1.方案一分析及相关解释：
a．由于74160的清零端低电平有效，那么当从右的第1片和第3片实现十进制就只用将清零端接高电平，让其不起作用。
b.电路中置数是通过清零端实现的，置数端没有用，接高电平让其无效即可。
c.此种方案接线仿真简单，清晰明了；但电路存在不稳定的可能，不好将其用于实际的实现。
4.2.方案二分析及相关解释：
整个设计过程中，为了完成了秒信号发生器的设计，实现了精确到1秒，要使用2个4*2进制分频器和2个2*2进制分频器。
在此基础上我们完成了74LS90的六进制电路搭建及实现有效进位。
5.心得体会
第一次听到课程设计任务是数字秒表的时候，心里不免惊了一下下，原本就对电子课程中的数电部分不是很了解，现在突然知道自己要做数字部分的设计，所以心里就难免有些觉得很难办，之后在图书馆借了些关于数字电路的书籍，在网上又了解了一些关于数字秒表的设计方法，经过两天的不断摸索终于有了些头绪，感觉数电也还蛮好玩的，可是在看过设计要求之后瞬间就有种想要窒息的感觉，电路各个部分的原理虽是理解了，可临到自己去重新整理的时候还是有些难度的，跟老师探讨了些问题，明白了些最基本的数电原理，了解了些自己所设计电路最基本最关键的部分，心情顿时感到轻松，但在作图过程中，由于自己对protel软件的不了解，这一部分当然也就成了难题，后虽在同学的帮助下了解了一些，但由于很多元器件在自己所安装的软件内无法显示所以只能自己动手制作，在一点点的前进中终于弄清了一些软件的使用方法，这一切都要感谢帮助我的同学们还有不怕困难的自己。
这次课程设计带给我的不仅是对protel软件应用的熟悉，对数电部分的了解，还有在得到老师和同学关爱的同时带来的温馨感受，一周的时间，它给了我很多。
参考文献
【1】汤山俊夫，数字短路设计与制作，科学出版社，2003年
【2】何书森，实用电子线路设计速成，福建科学技术出版社，2004年8月
【3】何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
【4】姚福安，电子电路设计与实践，山东科技出版社，2001年10月
【5】王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
【6】李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
【7】康光华，电子技术基础，高教出版社，2003年.
附录
布线说明：
多谐振荡电路由石英晶体振荡器组成来产生频率稳定度较高的方波信号，通过两个四位二进制计数器和一个两位二进制计数器组合来组成了一个大的分频计数器使1.024KHZ的信号转化为1KHZ的脉冲。
秒表的启动清零是由三个开关来实现的
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