真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請指正。<<數(shù)字電子技術(shù)>>課程設(shè)計報告題 目：簡易電子秒表電路的設(shè)計專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 2012級 學(xué) 號： 1210612026 學(xué)生姓名： 秦機靈 聯(lián)系電話： 18376410774 指導(dǎo)老師： 謝祥徐 I / 23完成日期：2014年11月 24日摘要秒表應(yīng)用于我們生活、工作、運動等需要精確計時的方面。它由剛開始的機械式秒表發(fā)展到今天所常用的數(shù)字式秒表。秒表的計時精度越來越高，功能越來越多，構(gòu)造也日益復(fù)雜。本次數(shù)字電路課程設(shè)計的數(shù)字式秒表的要求為：顯示分辨率為0.1s，外接系統(tǒng)時鐘頻率為100KHz；計時最長時間為10min，4位顯示器，顯示時間最長為9m59.9s；系統(tǒng)設(shè)置啟停鍵和復(fù)位鍵。復(fù)位鍵用來消零，做好計時準(zhǔn)備、啟停鍵是控制秒表起停的功能鍵。關(guān)鍵字：555定時器、十進制計數(shù)器、六進制計數(shù)器。AbstractStopwatchused in our daily life,work,exerciserequires precisetimingaspects.It consists ofthe beginning of themechanical stopwatchdevelopment todayused by thedigital stopwatch.More andmore hightiming precisionstopwatch,more and more functions,structureis becoming more and more complicated.Thedigital circuit coursedesigndigital stopwatchrequirements:the displayresolution of 0.1s,the externalsystem clock frequency of 100KHz;timingthe mostlong timeis 10min,a 4 bit display,displaythe longest time is9m59.9s;system settings andstart / stopbuttonis to control thestart and stopthestopwatchfunction keys.Keywords: 555 timer, decimal counter, six binary counter.目錄摘要IAbstractI1設(shè)計要求與方案選擇11.1設(shè)計要求11.2方案設(shè)計與論證12電路設(shè)計與參數(shù)計算22.1 時鐘脈沖發(fā)生和控制信號22.2 設(shè)計十進制加法計數(shù)器32.3 設(shè)計六進制加法計數(shù)器42.4清零與開始電路52.5停止電路設(shè)計53總電路工作原理及元器件清單63.1 電路完整工作過程描述63.2 電路總原理圖及PCB圖64主要芯片介紹74.1 74LS20真值表管腳功能電路圖74.2 74LS48中文資料94.3 74LS160的資料114.4 NE555的資料125電路仿真測試126總結(jié)14參考文獻151設(shè)計要求與方案選擇1.1設(shè)計要求1.顯示的分辨率為0.1s，外接系統(tǒng)時鐘頻率為100KHz（可自制或用信號發(fā)生器產(chǎn)生）。2.計時最長時間為10min，4位顯示器，顯示時間最長為9分59.9秒。3.系統(tǒng)設(shè)置啟停鍵和復(fù)位鍵。復(fù)位鍵用來消零，啟停鍵是控制秒表起停的功能鍵。1.2方案設(shè)計與論證總體分析：譯碼顯示十進制計數(shù)器十進制計數(shù)器六進制計數(shù)器十進制計數(shù)器分個位 秒十位 秒個位 0.1s停止電路脈沖源與非清零圖1.1 方案設(shè)計如圖1.1所示，該電路需要1個六進制和3個十進制的加計數(shù)器，一個555定時器組成的多諧振蕩器，RS觸發(fā)器啟動停止電路。由555多諧振蕩器產(chǎn)生100KHz的時鐘脈沖作為脈沖源（即0.1s為周期），通過與啟動停止電路的輸出與非后作為信號源輸入至第一個十進制計數(shù)器即0.1s位的計數(shù)器。然后進位至0.1s位的十進制加計數(shù)器，以此類推逐個進位。以此實現(xiàn)顯示分辨率為1s10，計時最長時間為10min，六位顯示器，顯示時間最長為9m59.9s，最后通過5個譯碼顯示LED數(shù)碼管輸出。2電路設(shè)計與參數(shù)計算2.1 時鐘脈沖發(fā)生和控制信號 由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖：暫穩(wěn)狀態(tài)的脈沖寬度tp1，即uc從(1/3)Ucc充電上升到（2/3)Ucc所需的時間：tp1（R1R2）Cln20.7（R1R2）C 脈沖寬度tp2，即uc從(2/3)Ucc放電下降到(1/3)Ucc所需的時間：tp2R2Cln20.7R2C 振蕩周期：T=tp1+tp20.7(R12R2)C因此，令R1=4K,R2=5K,輸出頻率為100Hz即T=0.01s，則可求出C=1.02F。得下圖2.1中100Hz的555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器：圖2.1 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器從3引腳輸出100KHz的脈沖信號。2.2 設(shè)計十進制加法計數(shù)器使用74LS160芯片實現(xiàn)十進制加法計數(shù)器：當(dāng)CR=LD=ENP=ENT=1時，74160處于計數(shù)狀態(tài),電路從0000狀態(tài)開始，連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖后，電路將從1111狀態(tài)返回到0000狀態(tài)，RCO端從高電平跳變至低電平?？梢岳肦CO端輸出的高電平或下降沿作為進位輸出信號。如下圖2.2：圖2.2 十進制計數(shù)器2.3 設(shè)計六進制加法計數(shù)器使用74LS160芯片實現(xiàn)六進制加法計數(shù)器：74160從0000狀態(tài)開始計數(shù)，當(dāng)輸入第6個CP 脈沖（上升沿）時，輸出Q3 Q2 Q1 Q0 0110，此時等于0，反CR=Q3Q0饋給端CR一個清零信號，立即使Q3 Q2 Q1 Q0 返回0000狀態(tài)，接著,CR端的清零信號也隨之消失，74160重新從0000狀態(tài)開始新的計數(shù)周期。反饋歸零邏輯為代碼中為1的Q相與非CR=Qn2Q1n 電路如圖2.3所示，圖2.3六進制計數(shù)器2.4清零與開始電路如圖2.4所示：圖2.4 清零與開始電路 當(dāng)開關(guān)接低電平時即斷開時，使計時器出與開始狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)接高電平即閉合時，使計時器處于暫停狀態(tài)。因此這個屬于“啟動/清零”按鍵。2.5停止電路設(shè)計如圖2.5所示：圖2.5 停止計時電路當(dāng)開關(guān)閉合時，使計時器處于工作狀態(tài)繼續(xù)計時；當(dāng)開關(guān)斷開時，使計時器處于暫停狀態(tài)停止計時。3總電路工作原理及元器件清單3.1 電路完整工作過程描述電路通過555多諧振蕩器產(chǎn)生的100KHz時鐘脈沖經(jīng)過啟動與暫停開關(guān)輸入到第一個計數(shù)器即0.01s位的74LS160十進制計數(shù)器使其進行頻率為100KHz的十進制加法運算。并進位至下一位0.1s位的十進制加法計數(shù)器，頻率縮減為10Hz。以此類推依次進位至最高位，并以5個LED數(shù)碼管將計數(shù)器輸出的信號顯示出來。當(dāng)“啟動/清零”開關(guān)處于低電平時計數(shù)器處于清零狀態(tài)，即清零；當(dāng)開關(guān)處于高電平時，計數(shù)器開始計時工作。而暫停開關(guān)為低電平時，所有計數(shù)器暫停；處于高電平時計數(shù)器繼續(xù)正常工作。3.2 電路總原理圖及PCB圖如下圖3.1圖3.1 總原理圖圖3.12 PCB圖4主要芯片介紹4.1 74LS20真值表管腳功能電路圖74LS20為兩組4輸入端與非門（正邏輯），共有54/7420、54/74H20、54/74S20、54/74LS20四種線路結(jié)構(gòu)形式，其主要電特性的典型值如表4：表4 74LS20是常用的雙4輸入與非門集成電路，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)中，它的cmos版本是74hc2074LS20功能表 這個74ls20芯片的功能，就是內(nèi)含兩組4輸入與非門第一組：1,2,4,5輸入6輸出第2組：9,10,12,13輸入8輸出TTL。圖4.174LS20引腳圖74LS20真值表4.1ABCDY111100XXX1X0XX1XX0X1XXX01表4.1功能表4.1274HC20,74ls20測試:只要通過對輸入1111,0111,1011,1101,1110五項進行檢測就可判斷其邏輯功能是否正常。4.2 74LS48中文資料7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，其真值表如表4：圖4.2 74LS48/SN74LS48 引腳功能圖工作電壓:5V74LS48除了有實現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。（3）燈測試功能（LT = 0）此時BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號時，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。（4）動態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號，RBI 端輸入低電平信號，若此時DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。表4.3 圖4.4 圖4.4段顯示譯碼器7448（a）邏輯圖（b）方框圖（c）符號圖圖2給出了7448的邏輯圖，方框圖和符號圖。由符號圖可以知道，4號管腳端具有輸入和輸出雙重功能。作為輸入（BI）低電平時，G21為0，所有字段輸出置0，即實現(xiàn)消隱功能。作為輸出（RBO），相當(dāng)于LT，及CT0的與墳系，即LT=1，RBI=0，DCBA=0000時輸出低電平，可實現(xiàn)動態(tài)滅零功能。3號（LT）端有效低電平時，V20=1，所有字段置1，實現(xiàn)燈測試功能。4.3 74LS160的資料74LS160 十進制同步計數(shù)器(異步清零)其真值表如下( H:高電平，L:低電平，:上升沿，X:任意，D0 D3 :AD穩(wěn)態(tài)輸入電平)如下表4.31：表4.314.4 NE555的資料555集成電路開始是作定時器應(yīng)用的，所以叫做555定時器或555時基電路。但后 來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時延時控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計量檢測。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。圖4.5 NE555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖5電路仿真測試按照上面的總電路圖建立仿真電路，觀察計數(shù)器上面的輸出，下面的圖就是仿真的輸出結(jié)果。圖5.1 電子秒表仿真結(jié)果圖圖5.2 電子秒表仿真結(jié)果圖6總結(jié)之前也做過其他的課程設(shè)計，但是數(shù)電的課程設(shè)計的PCB圖線較多，所以連線的時候較費勁，不過還是努力的把它給擺好了，經(jīng)過這次課程設(shè)計自己的擺圖技巧有了一定長進。在我上了一個學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課后，我已經(jīng)對數(shù)字電子技術(shù)有一定的了解，加上之前學(xué)過的電路課和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課，我可以獨立完成數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計了，不過當(dāng)中還是遇到許多不懂的問題，比如畫圖時我還是不能用軟件把線全部布出，于是我采用跳線了。通過這次自己動手的課程設(shè)計，我學(xué)會了設(shè)計數(shù)字電子電路的一般方法，還進一步熟悉數(shù)字電子器件的使用。這個課程設(shè)計課我還不是很熟悉，第一次做難免會感到陌生，而且對很多基本的東西都不是很清楚，在一定程度上影響了我的課程設(shè)計的質(zhì)量，希望能在以后的時間里認(rèn)真學(xué)習(xí)好這些基礎(chǔ)的東西。這次課程設(shè)計有深刻的體會：要想做好這個課程設(shè)計，就必須認(rèn)認(rèn)真真地，踏踏實實地做，不要怕麻煩，遇到不懂的問題就要主動去問同學(xué)或者老師。最后我希望課程設(shè)計課能夠再多一點給我們提供動手的機會，并讓我們多點發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造能力，這樣可以在學(xué)到東西的同時又能發(fā)散大家的思維?？傊ㄟ^這次練習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強了動手能力。參考文獻1楊欣.王玉鳳.電子設(shè)計從零開始.清華大學(xué)出版社,2005 2黃仁欣.電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練.清華大學(xué)出版社,2004 3彭銘泉.通用集成電路速查手冊.山東科學(xué)技術(shù)出版社，2004 4高志清.數(shù)字電路邏輯設(shè)計.大連理工出版社,2002 5張慶權(quán).電子元器件的選用與檢測.機械工業(yè)出版社,2002 6沈明山.常用電子元件手冊.機械工業(yè)出版社,2001 7郭培源.電子電路及電子器件.高等教育出版社,2004 8楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社,2005 溫馨提示：最好仔細(xì)閱讀后才下載使用，萬分感謝！