數(shù)字秒表電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求：（1）5v電源供電。（2）數(shù)碼管顯示時(shí)間范圍為：059秒。 （3）可自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)整時(shí)間。二、設(shè)計(jì)方案：1、方案分析論證：?jiǎn)?dòng)清零復(fù)位電路主要由u6a、u6b、u7b、u7d組成，其本質(zhì)是一個(gè)rs觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。s1控制數(shù)字秒表的啟動(dòng)和停止，s2控制數(shù)字秒表的清零復(fù)位。開(kāi)始時(shí)把s1合上，s2打開(kāi)，運(yùn)行本電路，數(shù)字秒表正在計(jì)數(shù)。當(dāng)打開(kāi)s1，合上s2鍵，s2與地相接得到低電平加到u6b的輸入端，u6b輸出高電平又加到u6a的輸入端，而u6a的另一端通過(guò)電阻r15與電源相接得到高電平，（此時(shí)u6b與u6a組成rs觸發(fā)器），u6a輸出低電加到u7a的輸入端，u7a被封鎖輸出高電平加到u5的時(shí)鐘端，因u5不具備時(shí)鐘脈沖條件，u5不能輸出脈沖信號(hào)，因此u3、u4時(shí)鐘端無(wú)脈沖而停止計(jì)數(shù)。當(dāng)s1合上時(shí)，打開(kāi)s2鍵，s1與地相接得到低電平加到u6a的輸入端，u6a輸出高電平加到u6b的輸入端，u6b輸出低電平加至u7b，使u7b輸出高電平，因電容兩端電壓不能躍變，因此在r7上得到高電平加到u7d輸入端，u7d輸出低電平（進(jìn)入暫態(tài)）同時(shí)加到u3、u4、u5的清零端，使得u3、u4的qd-qa輸出0000，經(jīng)u1、u2譯碼輸出驅(qū)動(dòng)u9、u10顯示“00”。因?yàn)閡7b與u7d組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路，經(jīng)過(guò)較短的時(shí)間，u7d的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，允許u3、u4、u5計(jì)數(shù)。同時(shí)u6a輸出高電平加到u7a的輸入端，將u7a打開(kāi)，讓3腳輸出100khz的振蕩信號(hào)經(jīng)u7a加到u5的時(shí)鐘脈沖端，使得u5具備時(shí)鐘脈沖條件，u5的9、10、7腳接高電平，u5構(gòu)成十分頻器，對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。當(dāng)u5接收一個(gè)脈沖時(shí)，u5內(nèi)部計(jì)數(shù)加1，如果u5接收到第十個(gè)脈沖時(shí)，u5的15腳（rco端）輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖阶鳛閡4的時(shí)鐘脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)振蕩信號(hào)的十分頻，產(chǎn)生周期為0.1s的脈沖加至u4的時(shí)鐘端。u4的9、10、7腳接高電平，當(dāng)u4接收到來(lái)自u(píng)5的脈沖時(shí)，u4的qd-qa輸出0001加到u2的dcba端，經(jīng)u2譯碼輸出1001111經(jīng)電阻r8r14驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管u10顯示，此時(shí)數(shù)碼管顯示“1”，當(dāng)u4計(jì)數(shù)到1001時(shí)，u4的15腳輸出高電平接到u7c，經(jīng)反相后得到低電平，加到u3的時(shí)鐘脈沖端，u3a不具備時(shí)鐘脈沖條件，當(dāng)u4再接收一個(gè)脈沖時(shí)，u4的輸出由1001翻轉(zhuǎn)為0000，此時(shí)u4的15腳輸出低電平通過(guò)u7c反相輸出高電平，從而得到一上升沿脈沖加至u3的時(shí)鐘端，使得u3的qd-qa輸出0001加到u1的dcba輸入端，經(jīng)u1譯碼輸出100111，經(jīng)電阻r1r7驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管u9，數(shù)碼管顯示“1”。如此循環(huán)的計(jì)數(shù)，最后數(shù)碼管u9、u10顯示最大值99即9.9秒。 由集成塊、電阻r19、r18、電容c1、c2組成多諧振蕩器，當(dāng)接通電源，電源通過(guò)電阻r19與r18對(duì)電容c2進(jìn)充電，當(dāng)uc2上升到2/3vcc時(shí)，集成塊的3腳輸出低電平，內(nèi)部三極管導(dǎo)通，c2通電阻r19進(jìn)行放電，當(dāng)uc2下降到1/3vcc時(shí)，內(nèi)部三極管截止，集成塊的3腳輸出高電平，接著電源又通過(guò)電阻r19與r18對(duì)電容c2進(jìn)充電，當(dāng)uc2上升到2/3vcc時(shí)，集成塊的3腳輸出低電平，如此循環(huán)的充、放電，3腳輸出100hz的矩形方波信號(hào)加到u7a的輸入端。2、方框圖：3、功能說(shuō)明：此電路是由8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，譯碼電路，數(shù)碼顯示電路，自動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路與門電路，手動(dòng)復(fù)位電路，手動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路和電源電路八部分組成。數(shù)字秒表電路是利用8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)功能，同時(shí)利用譯碼驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示電路發(fā)光顯示數(shù)字。其中，自動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路同與門電路組合可以實(shí)現(xiàn)059的循環(huán)計(jì)數(shù)，手動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路同與門電路組合可以選擇059的任意數(shù)值，手動(dòng)復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)手動(dòng)清零。三、電路設(shè)計(jì)：1、 8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和與門電路，自動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路，手動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路，自動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路及手動(dòng)復(fù)位電路。a、8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路采用集成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90。74ls90是二一五一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將輸入時(shí)鐘脈沖clk接于clk0端，并將clk1端與q0端相連，便構(gòu)成8421碼集成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74ls90的邏輯圖如下：二一五一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90邏輯圖集成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90的電路圖如下：74ls90的功能表如下：2、 （1）列出邏輯方程組 列出時(shí)鐘信號(hào)的邏輯表達(dá)式 clk1=q0 ； clk2=q2 ； clk0=clk 激勵(lì)方程組 l0=k0=1 ； j1=+ ；k1=1 ; j2=j1=1 ; j3= ; k3=1 （1） 列出狀態(tài)表：b、秒表的個(gè)位是通過(guò)將該位計(jì)數(shù)器的q3與十位計(jì)數(shù)器的clk0相連實(shí)現(xiàn)逢9向十位進(jìn)1的邏輯功能。c、秒表的十位通過(guò)將計(jì)數(shù)器的q1、q2相連和mr1，mr2相連，實(shí)現(xiàn)逢6清零的功能（祥見(jiàn) 74ls90功能表），其中的與門電路用74ls08實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部邏輯圖如下所示：d、自動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器給出，可以實(shí)現(xiàn)059的循環(huán)計(jì)數(shù)。e、手動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路可以選擇059的任意數(shù)值，其電路圖如下所示：每按下開(kāi)關(guān)就有一個(gè)脈沖產(chǎn)生，c2起防抖作用。f、手動(dòng)復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)清零，其電路圖如下所示：當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí)個(gè)位和十位制零。（3）譯碼驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)碼顯示電路譯碼驅(qū)動(dòng)電路采用74ls47譯碼器，數(shù)碼顯示電路采用七段碼共陽(yáng)數(shù)碼官，兩者組成了七段顯示驅(qū)動(dòng)器，其電路圖如下所示：譯碼驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)需要用一只數(shù)碼管的基本單位是pn結(jié)，加正向電壓時(shí)，就能發(fā)出清晰的光線。單個(gè)pn結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管，多個(gè)pn結(jié)可以組成分段時(shí)封裝半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼管將十進(jìn)制數(shù)碼分成七段，每段為一個(gè)發(fā)光二極管。在共陽(yáng)極半導(dǎo)體數(shù)碼管的七段輸入引腳上分別接入相應(yīng)的高低電平，觀察數(shù)碼管所顯示的十進(jìn)制數(shù)，并觀察各段的亮暗關(guān)系。電阻起到限流的作用。8421 bcd碼 二一十進(jìn)制譯碼器真值表：輸入8421代碼輸出對(duì)應(yīng)段亮暗顯示字型dcbaabcdefg000000000010000110011111001000100102001100001103010010011004010101001005011011000006011101011117100000000008100100011009（4）電源電路此電路由直流穩(wěn)壓電源給出+5v電壓。四、 整機(jī)電路圖電路總體設(shè)計(jì)圖：附后五、 安裝調(diào)試與性能檢測(cè)1、 焊接（或插接）調(diào)試及性能檢測(cè)首先，對(duì)元件進(jìn)行合理布局，然后按照原理圖連接各元?dú)饧?，連接導(dǎo)線按塊進(jìn)行。焊接完畢后，通電進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試，觀察手動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路，自動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路和手動(dòng)復(fù)位電路能否均正常工作。若不能正常工作，需根據(jù)電路原理分析非電路進(jìn)行檢查維修，直到電路能夠正常工作為止。2、 性能指標(biāo)測(cè)量記錄在調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量，電路中各個(gè)元器件的性能指標(biāo)均合格。3、元器件清單：（1）按鈕2個(gè)（2）數(shù)碼管 2個(gè) （3）74ls08與門 1個(gè)（4）無(wú)極電容：82pf 1個(gè) （5）74ls47七段譯碼器 2個(gè) （6）74ls90十進(jìn)制計(jì)數(shù)器2個(gè)（7）電解電容10f/25v 1個(gè)（8）電阻：200 14個(gè)，10k 2個(gè) 二極管 2個(gè)六、 心得體會(huì)：通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)數(shù)字秒表電路的工作原理有了較深入的認(rèn)識(shí)和了解。經(jīng)過(guò)多次通電調(diào)試及維修，實(shí)現(xiàn)了電路的手動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)