課程設計任務書2011/2012學年第2學期學院：電子與計算機科學技術學院專業(yè)：微電子學學生姓名：左仙洪學號：0906024251課程設計題目：比賽記時秒表電路設計起迄日期：2012年5月28日~2012年6月22日課程設計地點：電子科學與技術專業(yè)實驗室指導教師：孟令軍系主任：劉文怡下達任務書日期：2012年5月28日課程設計任務書設計目的：掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法和設計流程；學習使用PROTEL軟件繪制電路原理圖及印刷板圖；掌握應用Protues等軟件對所設計的電路進行仿真，通過仿真結果驗證設計的正確性。設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：查閱熟悉相關芯片資料；通過設計實現(xiàn)記時秒表，并通過4位數7段碼管顯示時間；最大顯示時間為99.99秒，精確到秒的后兩位；利用PROTEL繪制電路原理圖及印刷板圖，并利用Protues軟件仿真。設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書（論文）、圖紙、實物樣品等〕：課程設計說明書；電路原理圖和印刷板圖；仿真圖形和仿真結果。一設計目的二設計要求查閱熟悉相關芯片資料；通過設計實現(xiàn)記時秒表，并通過4位數7段碼管顯示時間；最大顯示時間為99.99秒，精確到秒的后兩位；利用PROTEL繪制電路原理圖及印刷板圖，并利用Protues軟件仿真。設計原理單元電路設計及參數比賽秒表計時電路仿真及性能測試multisim仿真圖原理圖和印刷板圖Protel原理圖PCB板圖設計結論設計心得體會九主要參考文獻附表一、設計目的掌握電子電路的一般設計方法和設計流程；學習使用PROTEL軟件繪制電路原理圖及印刷板圖；掌握應用Protues等軟件對所設計的電路進行仿真，通過仿真結果驗證設計的正確性。二、設計要求.查閱熟悉相關芯片資料；.通過設計實現(xiàn)記時秒表，并通過4位數7段碼管顯示時間；.最大顯示時間為99.99秒，精確到秒的后兩位；.利用PROTEL繪制電路原理圖及印刷板圖，并利用Protues軟件仿真。三、設計原理數字秒表由4個部分組成：精確的時鐘源、十進制計數器、譯碼器、七段碼或液晶顯示電路。時鐘源產生符合精度要求的基準時鐘，本設計中取10毫秒即可。十進制計數器需要4個，分別對應4個十進制位，輸出為BCD碼。若采用七段碼顯示器則譯碼器完成BCD到七段碼的譯碼，由4位顯示電路動態(tài)顯示結果。綜上所述，數字秒表應具有以下結構(如下圖1所示)：基準時鐘電路低位計數器譯碼驅動電路顯示電路無輸入控制邏輯高位計數器圖(1)原理圖基準時鐘電路低位計數器譯碼驅動電路顯示電路無輸入控制邏輯高位計數器四、總體電路，單元電路設計及參數各個電路功能：數字秒表由四部分組成：精確的時鐘源，十進制計數器，譯碼器，七段碼顯示電路。本實驗設計時鐘脈沖源采用555定時器基準時鐘10ms，74ls90芯片具有2510進制功能，由4片74ls90芯片構成計數電路，四片74ls90芯片逐次進行10H、1HZ、0.1HZ的分頻工作，與此同時4片74ls90芯片組成

十進制計數器與四個終端顯示由七段譯碼顯示器連接以顯示電路輸出結果。4.1總體電路如圖：4.2基準時鐘電路:上圖為SSS定時器的管腳圖u4TROUTR555組成的多諧振蕩器可以用作各種時4.2基準時鐘電路:上圖為SSS定時器的管腳圖u4TROUTR555組成的多諧振蕩器可以用作各種時工圖（2）鐘脈沖發(fā)生器，上I圖工作波形，輸出為矩形脈沖，矩形脈沖的占空比隨頻率變化而變化二5VR1■■■■

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13kQ"DIZR256.1kQ:TKHTUIC2-r-U圖(3)aijni秒脈沖發(fā)生電路偵555E該電路是由555定時器以及電阻電容構成。其中從555定時器構成的多謝振蕩器OUT引腳出來的頻率是100HZ。?555定時器的參數：T=0.01sf=1O0HZ=1/0.695（R1+R2）C,在圖中經計算，R1=13千歐，R2=56.1千歐，C=0.1uf。在實際中可以R1處接一個RP可變電阻，通過調節(jié)可以該電路是由555定時器以及4.3計數電路:此電路需要4個十進制計數器，4個計數器由低位到高位連接起來，每一級的輸入脈沖是前一級的十分之一，輸出則需要正確連接七段碼顯示電路，其電路如圖4：圖（4）（注：12,9,8,11腳分別接數碼管）74ls90功能表:U9T4L99OCPaQ3Q2Q1Q00074ls90功能表:U9T4L99OCPaQ3Q2Q1Q0000001000120010300114010050101601107011181000910014.4計數、清零功能的實現(xiàn)：將CKB與Q0相連，時鐘脈沖從CKA輸入，構成8421BCD碼十進制計數器。74ls90有兩個清零端R0（1）、R0（2）和兩個置九端R9（1）、R9（2）。在此電路中僅使用其清零功能見表2：R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)Q3Q2Q1Q0110X000011X00000XX111001X0X0計數0X0X0XX0X00X當R0(1)R0(2)都接高電平時，實現(xiàn)清零功能。當R0(1)R0(2)都接低電平時，實現(xiàn)計數功能。故將4個十進制計數器的R0(1)R0(2)相連，由開關S2控制，實現(xiàn)計數和清零功能。4.5開關驅動電路如圖5：圖(5)開關控制電路當J1打開時，J2閉合時，脈沖不可以通過與門，計數電路就會停止，實現(xiàn)清零功能，當J1閉合時，J2打開時恢復計數;當J1閉合，J2斷開時，R0(1)R0(2)都接低電平，實現(xiàn)計數功能。當J1閉合，J2閉合時，R0⑴R0⑵都接低電平，實現(xiàn)暫停功能。將J1和J2相與是為了實現(xiàn)當電路處于暫停狀態(tài)時不能使用清零功能。五、比賽秒表計時電路仿真及性能測試1.如圖所示，由555定時器產生時基信號頻率為100HZ,基準時鐘信號為0.01s，示波器顯示的分別是時基信號0.01s，第一片74ls90的Qa端輸出信號。/iewPlaceMCUSimulateTransferToolsReportsOptionsWindowHelp__it^ilfW'i廣R氣i」L=iI.lITZmIi：：：ii旦七HTT.—［心inzOscilloscope-XSC2.TlT——T1T2￥1■——1T2-T1TimeChannel_J\Channel_B110.002ms0.000V5.000V100.082ms5.000V0.000V-9.920ms5.000V-5.000VTimebaseScale:1。rns/DivChannelBReverseSaveExt.trigger丁Xpos.(Div):02.仿真測試ChannelAS如e:5藝圖(6)：仿真波形圖*F七Ypos.(Div):1.2Ypos.(Div):0TriggerLevel:o4LS機-oo-Key==A：六、原理圖和印刷板圖圖（8）：Protel原理圖圈DesignExplorer-[D:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Examples\mb.ddb：File文件Edi俺輯View視圖Place放置Design設計Tools工具AutoRoute自動布線Reports報告Window^口Help幫助WIH昌國Q國瓦系'口二＞：+/切卻甘中-?r<mb.ddbmb.Schmb.XLS|PCBLIB1.LIB|mb.Bommb.CSV|mb.NETmb.PCBmb.DRR|R256.Ik目B2倒SUSPSTCT1；0.01uF0906024251Ills/(tON2ZUQEnAlUANDUANDCT0.1uFRl13kdne555C474LS903

74LS9074LS90C2ClDCD中蟲?-o?■???、???DQODCD1RRo一DCD74LS9/J也'.TopLayer/,BottomLayer"MechanicaM/,TopOverlay/.BottomOverlay/TopPaste/,BottomPaste/,TopSolder/,BottomSolderADrillGuide/,KeepOutLayer/,DrillDrawing/,MultiLayer圖（9）：PCB板圖七、設計結論比賽秒表計時電路基本完成，各Vcc接電源正極，開關控制電路的開斷暫停復位等功能。整個電路綜合使用了與門、555定時器、顯示器、74LS90計數器等的邏輯器件和模擬電子器件。比賽秒表計時器能有效的記錄99.99秒,且能正常運行。八、設計心得體會經過三個星期的課程設計，通過查閱各種資料，我發(fā)現(xiàn)了電路設計的樂趣。以前所學的知識被局限課本，加深了我對電子技術課程的理解，強化了我對以前學習相關知識的記憶，提高了我對所學知識的應用。這極大擴展了我的視野，更加激發(fā)了我對電路設計的熱愛，在設計的過程中，由于綜合應用了各種學習應用軟件，例如：Multisim、Protues、Protel99se、word等，從而更熟練靈活的運用這些軟件，為以后的學習，乃至工作都有很大的幫助。九、主要參考文獻童詩白.模擬電子技術基礎.北京：高等教育出版社，2002張建華.數字電子技術.北京：機械工業(yè)出版社，2004陳汝全.電子技術常用器件應用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2005畢滿清.電子技術實驗與課程設計.北京：機械工業(yè)出版社，2005潘永雄.電子線路CAD實用教程.西安：西安電子科技大學出版社，2002張亞華.電子電路計算機輔助分析和輔助設計.北京：航空工業(yè)出版社，2004附表：.?、File劃牛Edit?輯View?圖Format格式Options選項WindovABCDE1PartTypeDesignatorFootprintDescription20.01uFCT1RAD0.1Capacitor30.1uFCTRAD0.1Capacitor41kR3AXIAL1.0Resistor51kR4AXIAL10Resistor