學(xué)號：課程設(shè)計題目數(shù)字跑表設(shè)計學(xué)院自動化學(xué)院專業(yè)班級姓名指導(dǎo)教師年月日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：工作單位：題目:數(shù)字跑表設(shè)計初始條件：運(yùn)用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識；用到的元件：實驗板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片或微解決器等。規(guī)定完畢的重要任務(wù):（涉及課程設(shè)計工作量及其技術(shù)規(guī)定，以及說明書撰寫等具體規(guī)定）設(shè)計一個具有、‘分’、‘秒’、‘1/100秒’的十進(jìn)制數(shù)字顯示的計時器。要有外部開關(guān)，控制計數(shù)器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)計時功能；嚴(yán)格按照課程設(shè)計說明書規(guī)定撰寫課程設(shè)計說明書。時間安排：第1天下達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；第2～4天進(jìn)行方案論證，軟件模擬仿真并擬定設(shè)計方案；第5天提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；第6～8天組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；第9～11天結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；第12～14天補(bǔ)充完畢課程設(shè)計報告和答辯。指導(dǎo)教師署名：年月日系主任（或責(zé)任教師）署名：年月日目錄引言 11設(shè)計意義及規(guī)定 21.1設(shè)計意義 21.2設(shè)計規(guī)定 22方案設(shè)計 32.1設(shè)計思緒 32.2方案設(shè)計 42.2.1設(shè)計方案一（個人方案）電路圖 42.2.2設(shè)計方案二（小組方案）電路圖簡樸說明 52.3方案比較 63部分電路設(shè)計 73.1計數(shù)單元 73.2開始和暫停單元 113.3清零功能單元 123.4脈沖輸出電路 143.5譯碼及顯示電路 154調(diào)試與檢測 184.1調(diào)試中故障及解決辦法 184.2調(diào)試與運(yùn)營結(jié)果 185仿真操作環(huán)節(jié)及使用說明 19結(jié)束語 20參考文獻(xiàn) 21附錄1 22附錄2 23本科生課程設(shè)計成績評估表 24引言過去的三個世紀(jì),我們經(jīng)歷了第一次工業(yè)革命,人類開始進(jìn)入蒸氣時代,第二次工業(yè)革命,人類開始進(jìn)入電氣時代并在信息革命資訊革命中達(dá)成頂峰?，F(xiàn)在正處在第三次工業(yè)革命。如今，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，各個領(lǐng)域都可以看見它的身影，汽車、數(shù)碼攝影機(jī)、電子計算機(jī)、空調(diào)等都是電子科技的典型應(yīng)用，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化限度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。數(shù)字跑表作為一個簡易的數(shù)字集成電路的應(yīng)用，在很多地方起到非常重要的作用。例如，我們上體育用的停表，實驗用的電子停表以及我們自己用電子表就是它的應(yīng)用的典型例子。數(shù)字跑表使用簡樸，攜帶方便，廣泛應(yīng)用與各個領(lǐng)域中。數(shù)字跑表具有計時功能，本設(shè)計的數(shù)字跑表有啟動、停止、復(fù)位的功能，可以精確到0.01秒，在一定條件下能做到符合規(guī)定的準(zhǔn)時計時。關(guān)鍵詞：計數(shù)器，門電路，數(shù)字跑表1設(shè)計意義及規(guī)定1.1設(shè)計意義通過對本次數(shù)字跑表課程設(shè)計，我們自己設(shè)計，自己分析，自己動手，可以更加進(jìn)一步學(xué)習(xí)各種電子元件的原理與使用方法，加深對已經(jīng)學(xué)的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)方面的理解和初步應(yīng)用，并將之運(yùn)用到實踐中去，加深自己的理解，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下一個堅實的基礎(chǔ)。掌握用各種進(jìn)制計數(shù)器設(shè)計所需進(jìn)制計數(shù)器的轉(zhuǎn)換、譯碼器和數(shù)碼管的使用、門電路的控制作用以及用555定期器產(chǎn)生時序脈沖等。各種電路的組合需要通過精密的計算和思考，整合各個功能電路，使之能達(dá)成數(shù)字跑表的基本規(guī)定。在課程設(shè)計中，我們用到了很多的芯片，這對我們熟悉各種芯片的功能用途很有幫助，可以闊寬我們的視野，發(fā)散我們的設(shè)計，分析與理解思維。同時可以讓我們明白同一個問題可以有多種解決的方法，通過對不同方法的比較，學(xué)會選擇最優(yōu)解。數(shù)字跑表是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對分,秒數(shù)字顯示的計時裝置,是人們平常生活中不可少的必需品,數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，我們所做的數(shù)字跑表設(shè)計只是其中最基礎(chǔ)的電路設(shè)計?？傊敬卧O(shè)計對我們的作用非常大，可以提高自己的個項及綜合能力，并將理論與實踐相結(jié)合，結(jié)識到理論與實際的差距，并能分析其中的誤差，使自己能更好的運(yùn)用自己所學(xué)和沒有學(xué)的，完畢其他功能更多、更加復(fù)雜、完善的電子產(chǎn)品設(shè)與制作?，F(xiàn)在的設(shè)計是簡樸的、基礎(chǔ)的，將來我們會碰到更多復(fù)雜的問題。不管如何，我相信，這次的設(shè)計對我們的將來很有用處，會是一筆無價的財富。1.2設(shè)計規(guī)定設(shè)計一個數(shù)字跑表：1).量程在00分00.00秒~~59分59.99秒即時間以1小時為一個周期；2).具有‘分’、‘秒’、‘1/100秒’的十進(jìn)制數(shù)字顯示；3).要有外部開關(guān)，控制計數(shù)器的直接清零、啟動和暫停/連續(xù)計時功能；4).用7位數(shù)碼管顯示分、秒；5).畫出部分和整體的電路圖，以及元器件及參數(shù)選擇；6).給出仿真分析結(jié)果。2方案設(shè)計2.1設(shè)計思緒 1).運(yùn)用555計時器構(gòu)成能產(chǎn)生特定脈沖的多謝振蕩器，產(chǎn)生100Hz的脈沖信號，滿足數(shù)字跑表的脈沖需求；2).用多功能計數(shù)器產(chǎn)生一百進(jìn)制和六十進(jìn)制，實現(xiàn)數(shù)字跑表的計數(shù)功能；3).運(yùn)用各種門電路的組合，實現(xiàn)數(shù)字跑表的啟動、暫停和清零；4).運(yùn)用譯碼器和數(shù)碼管實現(xiàn)譯碼及顯示功能；系統(tǒng)框圖如圖2-1邏輯門電路邏輯門電路啟動\清零啟動\清零555多諧振蕩器產(chǎn)生時序脈沖計數(shù)器譯碼器數(shù)碼管顯示電路555多諧振蕩器產(chǎn)生時序脈沖計數(shù)器譯碼器數(shù)碼管顯示電路開始\暫停開始\暫停邏輯門電路邏輯門電路圖2-1系統(tǒng)框圖設(shè)計方框圖如下2-2顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器一百進(jìn)制計數(shù)器六十進(jìn)制計數(shù)器六十進(jìn)制計數(shù)器一百進(jìn)制計數(shù)器六十進(jìn)制計數(shù)器六十進(jìn)制計數(shù)器啟動\清零控制啟動\清零控制555多諧振蕩器555多諧振蕩器開始\暫?？刂崎_始\暫?？刂茍D2-2數(shù)字跑表設(shè)計原理圖2.2方案設(shè)計2.2.1設(shè)計方案一（個人方案）電路圖 圖2-3方案一電路圖如圖2-3所示，該電路由時序脈沖源、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管及邏輯控制電路組成。數(shù)字跑表的核心部件是計數(shù)器，給出合理的時鐘脈沖從而實現(xiàn)最低位的計數(shù)以及對高位的進(jìn)位。時序脈沖源由555定期器構(gòu)成的多諧振蕩器，設(shè)立特定的參數(shù)可以產(chǎn)生頻率為100Hz的時序脈沖，為計數(shù)器提供時序脈沖，使之進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)器由3對74LS390雙十計數(shù)器芯片組成，通過芯片間的連接實現(xiàn)百分秒、秒、分計時電路，量程在00分00.00秒~~59分59.99秒，把小數(shù)點(diǎn)后面的兩位設(shè)計成一百進(jìn)制的計數(shù)器，秒數(shù)和分鐘數(shù)分別設(shè)計成60進(jìn)制的計數(shù)器數(shù)，計數(shù)器輸出連接譯碼器，譯碼器再連接7位數(shù)碼管顯示的數(shù)碼管，從左到右分別為分十位，分個位，秒十位，秒個位，百分秒十位，百分秒個位。邏輯門控制構(gòu)成RS觸發(fā)器，通過實現(xiàn)電路的通斷控制計數(shù)器的啟動/暫停及清零。接通電源后，直接顯示計時器啟動，SW1處在低點(diǎn)平，SW2處在高電平。開關(guān)SW2接高電平（上端），電路即開始計時，將開關(guān)SW2接低電平（下端），電路就暫停計時，清零開關(guān)SW1接高電平（下端），計時清零且停止，顯示器顯示“0”。這樣就實現(xiàn)了數(shù)字跑表的各項基本功能。2.2.2設(shè)計方案二（小組方案）電路圖簡樸說明圖2-4方案二電路圖如圖2-4所示，電路的計數(shù)原理與方案一有些許區(qū)別，使用74LS90作為計數(shù)器，時鐘脈沖從而實現(xiàn)最低位的計數(shù)以及對高位的進(jìn)位，把小數(shù)點(diǎn)后面的兩位設(shè)計成一百進(jìn)制的計數(shù)器，秒數(shù)和分鐘數(shù)分別設(shè)計成六十進(jìn)制的計數(shù)器數(shù)，用555構(gòu)成多協(xié)振蕩器，邏輯門電路構(gòu)成控制器，譯碼器、數(shù)碼管構(gòu)成顯示部分。開始\暫停部分開關(guān)斷開，顯示計數(shù)器啟動，計數(shù)未開始。閉合則計時器開始計時?？刂魄辶悴糠钟牲c(diǎn)觸開關(guān)接高電平，使得所有計數(shù)器清零端接高電平，可實現(xiàn)清零功能。2.3方案比較 通過對比方案一和方案二可以看出：方案一的脈沖輸出電路是直接由555定期器產(chǎn)生頻率為100Hz的時序脈沖，為計數(shù)器提供時序脈沖，使之進(jìn)行計數(shù)；而方案二則比方案一更為精確，由555定期器產(chǎn)生頻率為10000Hz的時序脈沖，再通過2片74LS90進(jìn)行100分頻，產(chǎn)生頻率為100Hz的時序脈沖。同時可以看到，方案二中開關(guān)中的清零部分使用的點(diǎn)觸式開關(guān)，更接近于真實的秒表。方案一的優(yōu)點(diǎn)在于最終結(jié)果顯示一目了然，各控制部分排布合理，但精確度較差；方案二優(yōu)點(diǎn)是精確度強(qiáng)，但較為繁瑣，實際器材略微不夠?？紤]到實際情形，我認(rèn)為方案二更精確，也更科學(xué)，比較具有實際意義，因此選擇方案二作為小組方案，更加合理。3部分電路設(shè)計3.1計數(shù)單元電路采用3對74LS390芯片構(gòu)成數(shù)字跑表的主體計時部分，74LS390為雙四位十進(jìn)制計數(shù)器。Vcc2CKA2CLR2QA2CKB2QB2QC2QD1CKA1CLR2QA1CKB1QB1QC1QDGND12345678Vcc2CKA2CLR2QA2CKB2QB2QC2QD1CKA1CLR2QA1CKB1QB1QC1QDGND12345678161514131211109圖3-174LS390集成計數(shù)器引腳圖74L390功能表如表3-1所示表3-174LS390功能表計數(shù)輸出QDQCQBQA0LLLL1LLLH2LLHL3LLHH4LHLL5LHLH6LHHL7LHHH8HLLL9HLLHH=高電平L=低電平說明：電路有八個主從觸發(fā)器和附加門，以構(gòu)成兩個獨(dú)立的4位計數(shù)器，可以實現(xiàn)等于2分頻、5分頻乃至100分頻的任何累加倍數(shù)的周期長度。當(dāng)連成二—五進(jìn)制計數(shù)器時，可以用獨(dú)立的2分頻電路在最后輸出級形成對稱波形（矩形波）。每個計數(shù)器又有一個清除輸入和一個時鐘輸入。由于每個計數(shù)級都有并行輸出，所以系統(tǒng)定期信號可以獲得輸入計數(shù)頻率的任何因子。計數(shù)器部分由3對74LS390組成，構(gòu)成了數(shù)字跑表的以下3個部分。1).“百分秒”電路如圖3-2所示圖3-2百分秒電路圖如圖3-2所示，電路是運(yùn)用74LS390芯片構(gòu)成的一百進(jìn)制計數(shù)器。U9:A和U9：B均將Q0接CKB，MR接在一起通過門電路經(jīng)清零開關(guān)接地，分別進(jìn)行十進(jìn)制計數(shù)，而U9：B中的Q3接U9：A的CKA,當(dāng)U9：B中計數(shù)從9到變?yōu)?時，從二進(jìn)制數(shù)1001變成0000，Q3從1變0，產(chǎn)生下降沿脈沖，使U9：A開始計數(shù)。從而就構(gòu)成了一百進(jìn)制計數(shù)器。 2).“秒”電路圖如圖3-3所示圖3-3秒電路圖如圖3-3所示，U8：A和U8：B的CKB端接法同U9。U8：B的CKA接U9：A的Q3,U8：B的接法與U9：A完全相同，原理也類似。U8：A的CKA端接U8：B的Q3，U8：A的Q1和Q2接到二輸入與門U10：A上，輸出再接到一個二輸入或門U11：A上,U11：A的另一個輸入端接清零控制電路，輸出端接到U8：A的MR上，U8：B的MR直接接到或非門再接地。3).“分”電路與秒電路類似，如圖3-4所示。圖3-4分電路圖U7~U9的輸出端分別接譯碼器4511，再接7端數(shù)碼管即可完畢顯示功能。3.2開始和暫停單元開始/暫?？刂齐娐穲D如圖3-5所示圖3-5開始/暫?？刂齐娐穲D如圖3-5所示，開始/暫停部分采用2輸入或非門74LS00芯片，開關(guān)接高電平（上端）時，或非門輸入接電源，有或非門的控制作用，將高電平輸入，啟動計時；開關(guān)接低電平（下端）時，將低電平輸入74LS00將輸出高電平，暫停。74LS00引腳圖如圖3-6所示Y=AB圖3-674LS00引腳圖其功能表如表3-2所示ABYLLHLHHHLHHHL表3-274LS00功能表3.3清零功能單元清零電路如圖3-7所示圖3-7清零電路圖如圖3-7所示，清零部分使用二輸入或非門和單刀雙擲開關(guān)。當(dāng)開關(guān)端置低電平時（上端），計數(shù)器正常工作，或門輸出為低電平：當(dāng)清零開關(guān)置高電平時（下端），通過或門輸出高電平,連接每個計數(shù)器的高點(diǎn)平清零端，強(qiáng)制清零。74LS08與門芯片引腳圖如圖3-8所示Y=AB圖3-874LS08引腳圖74LS08功能表如表3-3所示表3-374LS08功能表ABYLLLLHLHLLHHH兩輸入或門芯片74LS32引腳圖如圖3-9所示Y=A+B圖3-974LS32引腳圖74LS32功能表如表3-4所示表3-474LS32功能表ABYLLLLHHHLHHHH3.4脈沖輸出電路555多諧振蕩器脈沖輸出電路如圖3-10所示圖3-10脈沖產(chǎn)生電路圖如圖3-10所示，采用555定期器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為100HZ的時序脈沖，3腳為脈沖輸出端，其中參數(shù)選擇為：R1=3KΩ，R2=10KΩ，C1=1μF,C2=1μF。555定期器的引腳圖如圖3-11所示：112365478555定期器RQTIRGGNDCITHRDISVCC圖3-11555定期器引腳圖兩輸入與非門芯片74LS00引腳圖如圖3-12所示圖3-1274LS00引腳圖74LS00功能表如表3-5所示表3-574LS00功能表ABYLLHLHHHLHHHL3.5譯碼及顯示電路譯碼器選擇4線-7線譯碼器即74HC4511芯片，數(shù)碼管選7段數(shù)碼管7SEG-COM-ANODE。74HC4511引腳圖如圖3-13所示圖3-1374HC4511引腳圖74HC4511功能表如表3-6所示：表3-674HC4511功能表輸

入輸

出LEBILTDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXXX鎖

存鎖存7段數(shù)碼器的引腳圖如圖3-14所示：圖3-147段數(shù)碼管引腳圖8421BCD碼相應(yīng)的顯示見下圖3-15

圖3-158421BCD碼相應(yīng)顯示此處使用的是共陰極數(shù)碼管，須將圖3-14中的“+”“—”端接地。此部分使用4線-7線譯碼器的四個輸入端分別接計數(shù)器的4個輸出端，再將譯碼器的7個輸出端接到數(shù)碼管的7個輸入端，這樣就構(gòu)成了譯碼及顯示電路。圖3-16譯碼及顯示電路4調(diào)試與檢測4.1調(diào)試中故障及解決辦法按照小組方案原理圖，我們小組在第一次連線失敗后，選擇了部分電路依次接線，層層檢查的方法，通過認(rèn)真仔細(xì)的連線，注意到各芯片之間不要混搭，連線要清楚。待接好線后，我們一方面未使用555多諧振蕩器，而是手動觸發(fā)產(chǎn)生脈沖信號，顯示器有顯示，說明譯碼器和數(shù)碼管的連接是對的的。若不顯示，則檢查譯碼器和數(shù)碼管的連接。然后再將555多諧振蕩器脈沖輸出端接通到計數(shù)器的脈沖輸入端，接通電源，閉合開關(guān)后觀測顯示器，有顯示，說明555多諧振蕩器正常。期間，我們組調(diào)節(jié)了555多諧振蕩器各連接元件數(shù)值，保證其產(chǎn)生100HZ脈沖信號?？刂齐娐反嬖陂_始/暫停開關(guān)和啟動/清零開關(guān)，在計數(shù)過程中使用各開關(guān)，觀測顯示器，看是否實現(xiàn)各功能。若不能實現(xiàn)，則檢查各個邏輯門電路線路連接是否對的，直到正的確現(xiàn)功能為止。4.2調(diào)試與運(yùn)營結(jié)果待檢查線路連接對的無誤后，接通電源，合上開關(guān)，啟動計時功能，通過觀測顯示器，可以看到，電路實現(xiàn)了數(shù)字跑表的計時功能，且各開關(guān)也具有開始/暫停和啟動/清零功能。各功能都正常，說明數(shù)字跑表設(shè)計成功。5仿真操作環(huán)節(jié)及使用說明一．各部件說明：1).開關(guān)SW1為啟動\清零端，開關(guān)SW2為開始\暫停端，開關(guān)為人為控制。2).電平顯示從左到右分別為分十位，分個位，秒十位，秒個位，百分秒十位，百分秒十位。二．操作說明：1).開始時SW1置高電平（下端），開關(guān)SW2置高電平（上端），此時六個顯示器都處在“000000”狀態(tài)，表達(dá)跑表已啟動，計時未開始。2).把SW1置低電平（上端）即開始計時。3).SW2置低電平（下端）表達(dá)暫停，SW2置高電平（上端）即可實現(xiàn)繼續(xù)計時。4).任何時候SW1置高電平（下端）就可以實現(xiàn)清零功能（清零同時跑表停止，若要重新計時則將SW1置低電平（上端））。5).當(dāng)計時到59分59秒99微妙時，在下一個時序脈沖到來后顯示器顯示“000000”，完畢一個計時循環(huán)，并且系統(tǒng)自動跳到下一個計時循環(huán)。開關(guān)SW1開關(guān)SW2電平顯示器狀態(tài)高（下）低（下）全零跑表未啟動低（上）低（下）全零跑表啟動，未計時低（上）高（上）跑表跳動開始計時低（上）低（下）某一數(shù)字暫停高（下）×全零清零備注：表格中SW1置低電平，SW2置低電平的兩種狀態(tài)表達(dá)跑表剛啟動，電平顯示為全零的狀態(tài)與計時后暫停時電平顯示為某一數(shù)字的狀態(tài)。結(jié)束語這次的課程設(shè)計為時兩周，分為小組方案和個人方案兩部分，既鍛煉了我們自己獨(dú)立思考的能力又加強(qiáng)了我們的團(tuán)隊協(xié)作意識，使我受益匪淺。本次課程設(shè)計，在設(shè)計過程中碰到了一些問題，雖然在電腦上仿真通過了，但是實際接線調(diào)試時卻出現(xiàn)了很多問題，由于電路接線很復(fù)雜，這對查找錯誤提供了很大的障礙。但通過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了因素所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗局限性，但是最終通過小組探討與最后電路整改，終于成功完畢實際的電路組裝。通過這次數(shù)字跑表設(shè)計，本人在多方面都有所提高。通過這次設(shè)計提高了我綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識進(jìn)行實際的電路制作的能力，鞏固與擴(kuò)充了數(shù)電課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握了關(guān)于跑表的原理與設(shè)計理念，讓我對各種電路都有了大約的了解，也讓我對所學(xué)的知識有所加深，并且有了一次新的結(jié)識，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。此外，本次設(shè)計后我對各種芯片的結(jié)識和理解更加純熟，并且對于查找相關(guān)知識的方法也掌握了不少，增強(qiáng)了我的實踐動手能力，使我深刻地結(jié)識到僅僅學(xué)習(xí)課本上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要多多動手，多多實踐，才干真正理解并掌握所學(xué)的知識，達(dá)成學(xué)以致用的目的。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行