1、電子技術綜合課程設計課程：電子技術綜合課程設計題目：數(shù)字式秒表所屬院（系）電氣工程專業(yè)班級姓名學號：指導老師完成地點2011年07月5日任務書數(shù)字式秒表一、任務和要求：設計并制作一個數(shù)字式秒表，要求如下：1、用三位數(shù)碼管及一個LED發(fā)光二極管顯示秒表計時，格式如下：開機時數(shù)碼管顯示000,LED燈滅；當計時超過59秒時，LED燈亮；計到1分59秒時，過一秒，LED燈滅，同時數(shù)碼管重新計時顯示。計時最小單位為0.1秒。2、具有如下功能鍵：開始/清零鍵：按第一下時計時開始，同時顯示；按第二下，停止計時，恢復到初始狀態(tài)；固定顯示鍵：按第一下時，顯示固定，但計時仍繼續(xù)；再按下時，顯示從新時間開始。3、

2、要求自制0.1秒信號源。4、設計并制作本電路所用直流電源。二、提不'和參考文獻直流穩(wěn)壓電源見參考資料P23數(shù)字電子技術實驗任務書實驗六一前言32 方案論證與對比選擇42.1 總體框圖52.2 方案一52.3 方案二63 單元電路與總體電路設計63.1 +5v電源設計73.2 0.1秒信號源設計83.3 加法計數(shù)器電路設計93.4 譯碼鎖存電路設計103.5 顯示電路設計113.6 手動復位開關設計12四軟件仿真124.1 Proteus軟件的介紹124.2 電源仿真134.3 0.1秒的信號源的仿真134.4 總體電路圖14五實驗的裝調和數(shù)據(jù)分析155.1 電源的裝調155.2 整體電

3、路的裝調155.3 數(shù)據(jù)分析16六總結與體會16七附錄：177.1 整體電路圖177.2 集成電路芯片管腳圖及其功能187.3 元器件清單217.4 參考文獻22、斤.、.一刖百電子技術綜合課程設計是集電路分析、模擬電子技術、數(shù)字電子技術以及電路實驗、模擬電子技術實驗、數(shù)字電子技術實驗等課程之后的一門理論與實踐相結合的綜合設計性課程，目的在于提高和增強學生對電子技術知識的綜合分析與應用能力。它包括選擇課程、電子電路設計、組裝、調試和編寫總結報告等實踐內容。通過課程設計實現(xiàn)以下三個目標：第一，讓學生初步掌握電子線路的試驗、設計方法，即學生根據(jù)設計要求和性能參數(shù)，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的

4、性能，并通過組裝調試等實踐活動，使電路達到性能指標；第二，課程設計為后續(xù)的畢業(yè)設計打好基礎。畢業(yè)設計是系統(tǒng)的工程設計實踐，而課程設計的著眼點是讓學生開始從理論學習的軌道上逐漸引向實際運用，從已學過的定性分析、定量計算的方法，逐步掌握工程設計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法。第三，培養(yǎng)學生勤于思考的習慣，同時通過設計并制作電子產類品，增強學生這方面的自信心及興趣。本課程設計介紹的是數(shù)字邏輯電路中以計數(shù)器集成電路為基礎的數(shù)字式秒表，以電路的基本理論為基礎，著重介紹電路的設計裝調及性能參數(shù)的調試方法。本課程設計應達到如下基本要求：(1)綜合運用電子技術課程中所學的理論知識獨立完成一個數(shù)字式

5、秒表的設計。(2)通過查閱手冊和參考文獻資料，培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力。(3)熟悉常用電子元器件的型號和特性，并掌握合理選用的原則。(4)能熟練掌握一種當前流行的EDA次件(電子電路設計分析自動化軟件)，例如：protues軟件。(5)掌握電子電路的安裝和調試技能。(6)熟悉各類數(shù)字電子儀器的使用方法。(7)學會撰寫課程設計論文。(8)培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，培養(yǎng)團結合作的精神。在數(shù)字式秒表電路的課程設計中，不僅得到了指導老師的關心和鼓勵，而且得到了許多同學的無私幫助，在此表示衷心的感謝。同時，因設計者水平有限，設計論文中錯誤在所難免，懇請不吝指教。方案論證與對比選擇這次我

6、們組設計的數(shù)字秒表實際上是一個計數(shù)及其一些簡單的控制電路，對10HZ頻率的信號進行計數(shù)、鎖存、清零及其顯示。對10HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定，通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘。但是在要求不高的情況下也可用555定時器構成的信號源。再對該信號進行分頻使之成為有用信號及10Hz信號，再用計數(shù)器對其進行計數(shù)，用譯碼顯示電路進行顯示，即可完成。該系統(tǒng)是否能滿足最終要求最重要的是信號源產生的信號是否穩(wěn)定，所以方案有以下兩種：圖1數(shù)字式秒表組成框圖萬案一CD451CD45174LS174LS1萬案一方案一與方案二的區(qū)別在于方案一的進位輸出信號先通過74LS48進行譯碼，譯碼輸出信號再經過74LS37

7、3鎖存后送達數(shù)碼管，而方案二則是將進位信號先通過74LS373鎖存器，再進行譯碼最后送到數(shù)碼管顯示。單從設計角度來看，兩者并無多大區(qū)別，但由于74LS373鎖存器是8輸入、8輸出的，因此按照方案一的做法，就需要使用三只鎖存器，而且有兩只都只用了7個輸入、輸出端，不但線路連接復雜，而且所需芯片較多；第二種方案則不同，進位輸出信號先經鎖存時，一只74LS160只需要使用74LS373的4個輸入、輸出端，因此只需兩只鎖存器就可以完成這一功能，而且連線較方案一簡單明了，因而選用方案二。由于實驗室沒有CD4511,因此我們采用第二方案三單元電路與總體電路設計3.1 電源電源是最基本的也是比較重要的一部分

8、電路，它的好壞直接影響整個電路的正常工作與否。它一般設計步驟如下：1 .用變壓器得到可用的交流電。2 .經過整流二極管對其進行整流。3 .再用電容對其濾波。4 .4.最后用7805穩(wěn)壓系統(tǒng)對其進行穩(wěn)壓3.2 信號源其接法和電路圖如圖所示:555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，用它能方便的構成施密特觸發(fā)器、單圖9-1小功率半導體II流椽壓電源的原理配穩(wěn)態(tài)觸器和多諧振蕩器。由于使用靈活方便，所以它在波形的產生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領域得到廣泛的應用。由555定時器構成的多諧振蕩器電路如圖所示。圖中的電阻與電容為定時器件，決定工作頻率。剛接通電源時，電容上的電壓為零

9、，由555定時器的結構得知，這是內部觸發(fā)器Q=0,Vo=1;電源通過電阻給電容充電，Vc不斷上升，電路處于暫穩(wěn)態(tài)。當它繼續(xù)上升時，Vo變成低電平，電容放電，電路處于另一個暫穩(wěn)態(tài)。在不同的環(huán)境及不同的技術指標下所選用的電路原理一般是不同的。在此次課設及其技術指標的要求下，由于石英振蕩器產生的信號必須經過大量芯片進行分頻，電路相當復雜，而且石英器件價格貴。所以綜合考慮應選用555定時器構成的多諧振蕩器VCCV2 ( TR ) : RVid控解電壓端低由半觸發(fā)端，一簡稱低觸發(fā)端，標志為O5,2STR。QR 1Dis-OVo'TVi(TH):高聞觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又霄閾值端，標志為THI(

10、TH)Vo：輸出端。R|JDV2:放由端。_(TR_)Rd:復位端。XR555定時器內含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡產生人VCc和23Vcc兩個基準電壓；兩個電壓比較爵8.C1556；定時舞跑都霜內G、G組成的基本RS觸發(fā)器(低電平觸發(fā))；放電三極管T和輸出反相緩沖器G。Rd是復位端，低電平有效。復位后，基本RS觸發(fā)器的Q端為1(高電平)，經反相緩沖器后，輸出為0(低電平)。為了使其輸出較穩(wěn)定的脈沖可以在7-2之間接一個二極管。-O(a )55 5的 邏輯 符號圖8.2 555定時器邏輯符號和引腳因我們需要0.1秒的信號源，占空比為1/2。由公式充電時間T1=R1CLn2而放電時間

11、T2=R2CLn2輸出脈沖的占空比為Q=R1/(R1+R2當Q=1/2時，R1=R2電路的振蕩周期為：T=T1+T2=(R1+R2CLn2=1/2電容C=1uF代入數(shù)值得：R1=R2=72.15K。3.3加法計數(shù)器電路設計：計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中使用最多的時序電路。它是由觸發(fā)器和控制門組成。它不僅可以用來計數(shù)，還可以用于數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻執(zhí)行數(shù)字運算等。計數(shù)器的種類繁多，分類方法也有多種。按計數(shù)器中的觸發(fā)器翻轉次序可分為異步和同步計數(shù)器；按計數(shù)器的編碼方法分為二進制、十進制和其它進制計數(shù)器；按計數(shù)過程中的數(shù)字增減分為加法與減法計數(shù)器。十進制電路圖六進制計數(shù)器3.4 譯碼鎖存電路設計在數(shù)字系統(tǒng)中常

12、常需要將測量或處理的結果直接顯示成十進制數(shù).為此，首先將BCD碼表示的結果送到譯碼器進行譯碼，用它的輸出去驅動顯示器件，由于顯示器的工作方式不同，對譯碼器的要求也就不同，譯碼器的電路也不同。3.5 顯示電路設計：就是三個七段共陽數(shù)碼管。3.6 手動復位開關通過接入脈沖式開關及其上拉電阻來產生脈沖，再將JK觸發(fā)器接成T觸發(fā)器，這樣保證了有單脈沖，之后電路狀態(tài)必翻。如圖所示，J和K都必須接高電平保證觸發(fā)器成為一個T觸發(fā)器使之成為必翻電路。當脈沖開關沒按下時時鐘信號是一個低電平；當脈沖開關按下時時鐘信號由低電平變成高電平，導致Q也有相應的變化。這樣就可以手動控制電路狀態(tài)。電路圖如下圖所示：四軟件仿真

13、4.1 Proteus軟件的介紹軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDAX具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDAX具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PC酸計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PC酸計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC1大PIC

14、10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVRARM8086和MSP43湃,2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。4.2 5V電源仿真4.3 0.1秒信號源的仿真4.4 總體電路圖仿真計數(shù)電路部分要求計數(shù)器從000狀態(tài)開始計數(shù)直到計數(shù)到599后，計數(shù)器清零。因此要用三片74LS160構成一個600進制的計數(shù)器。我們先用兩片74LS160構成100進制的計數(shù)器，這部分分別作為十分位和百分位。把充當百分位的計數(shù)器的進位位接到十分位的EP和ET位，這樣當最低位開始正常從0開始計數(shù)到9時，進位端會產生進位信號，這個進位信號白下跳沿使十分位的EP和E

15、T位有效，則十分位也開始正常工作。對于最高位的個位，用異步清零法構成一個六進制計數(shù)器。當計數(shù)器正常工作時，計數(shù)器從0開始計數(shù)，當計數(shù)到6時，對應的Q3Q2Q1Q的0110狀態(tài)，由與非門反饋給MRg零端，使MRW效，使0110狀態(tài)迅速變?yōu)?000狀態(tài)。因此計數(shù)器從0到5構成一個六進制的計數(shù)器。整體的三片74LS160就構成了一個600進制的計數(shù)器。對于74LS373的LE管腳來說，當LE=1時，譯碼器鎖存；當LE=0時，譯碼器正常譯碼。用74LS76構成T撇觸發(fā)器控制計數(shù)器從而實現(xiàn)鎖存/譯碼的功能。將74LS76的時鐘信號端通過開關接地。當開關按動后，會迅速產生一個上升沿，使得觸發(fā)器工作，在輸出

16、端產生一個高電平，從而使CD4511的LE管腳為高電平，74LS373鎖存。當開關再次按動后，使得觸發(fā)器產生一個低電平，從而使74LS373的LE管腳為低電平，CD4511正常譯碼。將兩個74LS373的LE管腳同時接在一起，通過開關來控制其鎖存功能。用74LS76構成T撇觸發(fā)器控制計數(shù)器從而實現(xiàn)開始計數(shù)/清零的功能。將74LS76的時鐘信號端通過開關接地。將觸發(fā)器的Q端分別接給三個計數(shù)器中最高位的置數(shù)端和低兩位的置零端。對于計數(shù)器來說，置數(shù)端和置零端都為低電平有效，在計數(shù)器正常工作時都應為1。若想使計數(shù)器置零，在此只許使高位計數(shù)器通過使置數(shù)端有效而置入0,后兩片計數(shù)器通過使置零端有效直接使計

17、數(shù)器清零。當開關按動后，會迅速產生一個上升沿，使得觸發(fā)器工作，在輸出端產生一個高電平，從而使三個計數(shù)器正常計數(shù)。當開關再次按動后，使得觸發(fā)器產生一個低電平，從而使三個計數(shù)器均清零。五實驗的裝調和數(shù)據(jù)分析5.1電源的裝調在進行電源仿真時，我們用的電容是兩個3300uF和兩個47nF,但在領器件時由于實驗室沒有這兩種電容，因此我們實際只領到了六個1000nF的電容，盡管我們對電路進行了適當調整，但在接線完成后，接通電源，實際所測得的電壓為5.02V,比要求中的5V稍大，進而產生了不可避免的誤差。5.2整體電路圖的裝調在經過單元電路的測試后，我們把各自的單元電路連接到一起進行調試，在此過程中出現(xiàn)了不

18、少問題。起初雖然數(shù)碼管顯示正常，但卻與實際秒表相差太大，因此我們不得不尋找原因，在經過反復的測試后最終我們才發(fā)現(xiàn)實際電路中信號源的周期過大，因此我們對電位器進行了調節(jié)，當調到70K到75K之間的時候，數(shù)碼管的顯示才與秒表的誤差不到1秒；在面對接通電源數(shù)碼管顯示不是三個0的問題上，通過大家的仔細考慮，最終決定在JK觸發(fā)器上加上RC振蕩回路，同時我們對布線情況也進行了調整，在大家的不斷努力下，我們最終還是取得了成功。5.3數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)調試過程終，我們所面對的問題是電路運行時間與實際時間誤差較大，而我們的誤差允許范圍是不超過6秒，最后我們通過調節(jié)電位器，使最終誤差不到1秒；此外，我們信號源的實際周期

19、小于0.1秒，這是由于器件間的連線的不合理及元器件在實際電路中的性能所導致的誤差。六總結與體會在這次課程設計過程中，由于我們是第一次進行實踐，沒有太多的經驗，加之理論知識掌握不牢固，因此在設計過程中出現(xiàn)了許多問題，例如：在對選擇74LS160的進位及連接方式、CD4511的工作原理及管腳圖等問題上混淆不清；其次，在確定設計方案時，我們不知道如何選擇觸發(fā)器，大家對這方面的知識比較缺乏，幸好得到了老師的指點才使問題得以解決；再次，在控制電路的設計中我們也遇到了一些問題，比如：如何才能實現(xiàn)任務書上的功能，怎樣用7476來實現(xiàn)控制電路，這些問題在通過我們向其他同學請教及查閱相關資料才順利逐步解決。以上

20、問題充分暴露出了我對這方面知識的欠缺和實踐經驗上的不足，對于我來說，此次課程設計的最大收獲是培養(yǎng)了我分析問題和解決問題的能力。在整個課程設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)我們的實踐能力十分缺乏，空有理論知識，在實際應用過程中很難做到理論與實踐相結合，?？傮w來說，我覺得課程設計對我們有很大的幫助，它需要我們將學過的相關知識系統(tǒng)的聯(lián)系起來，同時也從中暴露出了自身的不足，使我們認識到了自己學習過程中的不足與知識的欠缺。通過這次對數(shù)字秒表的設計，讓我了解了關于數(shù)字秒表的工作原理與設計步驟，同時我也簡單了解了電路設計的基本步驟，盡管設計一個電路必須先進行軟件仿真再進行實際電路制作，但是這也不能保證最后的成品和仿真時完

21、全一樣，因為在實際接線中有著各種各樣的制約條件及隨時可能出現(xiàn)的差錯，同時在仿真中無法成功的電路在實際中也可能因為芯片本身的特性而成功，所以在設計時應充分考慮兩者的差異，從而找出最適合的設計電路。通過這次的學習，讓我對相關電路有了大概的了解，明白了任何電路只有自己親身實踐才會有深刻的了解和認識。本次課程設計，加強了我對課本上相關知識點的理解，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實踐的能力，進一步加強了自己的動手能力；此外，在設計的過程中還培養(yǎng)了我們的團隊協(xié)作精神，在大家的共同努力下我們解決了許多個人無法解決的問題，在今后的學習過程中我們會更加努力和團結，互相學習，爭取有更大的進步。七附錄7.1 整體電路圖7.2 集成電路芯片管腳圖及其功能7.2.1 7805其中1腳是輸入，2腳是接地，3腳是輸出。7.2.2 74LS477.2.3 74L