秒表電路的實習報告

1、<p>　　《計算機輔助設計實習》</p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　題 目 秒表電路的設計 </p><p>　　學 院 </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一．前言</b>

3、;</p><p><b>　　二．內容摘要</b></p><p><b>　　三．關鍵字</b></p><p><b>　　四．技術要求</b></p><p><b>　　五．方案論證與選擇</b></p><p>　　1.

4、1HZ信號脈沖裝置NE555定時器</p><p>　　2.計數器74LS160</p><p>　　3.譯碼器74LS48</p><p>　　4.七段數碼管（LED）</p><p>　　5.2 線－4 線譯碼器74ls139</p><p>　　六．電路圖及電路工作原理</p><p>&

5、lt;b>　　元件清單</b></p><p>　　七．設計存在的問題及解決</p><p><b>　　八．心得體會</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　如今，信息正是一個高度發(fā)展的產業(yè)，而數字技術是信息的基礎，數字技術是目前發(fā)展最快的技術領域之

6、一，數字技術在數字集成電路集成度越來越高的情況下，開發(fā)數字系統(tǒng)的使用方法和用來實現這些方法的工具已經發(fā)生了變化，但大規(guī)模集成電路中的基本模塊結構仍然需要基本單元電源電路的有關概念，因此用基本邏輯電路來組成大規(guī)?；蛑幸?guī)模地方法仍然需要我們掌握。</p><p>　　二進制數及二進制代碼是數字系統(tǒng)中信息的主要表示形式，與，或，非三種基本邏輯運算是邏輯代數的基礎，相應的邏輯門成為數字電路中最基本的元件。數字電路的輸入，

7、輸出信號為離散數字信號，電路中電子元器件工作在開關狀態(tài)。除此之外，由與，或，非門構成的組合邏輯功能器件編碼器，譯碼器，數字分配器，數字選擇器，加法器，比較器以及觸發(fā)器是常用的器件。</p><p>　　與模擬技術相比，數字技術具有很多優(yōu)點，這也是數字技術取代模擬技術被廣泛使用的原因。 </p><p>　　此次課設更是加深了我們對數字技術的理解和認識。</p><p&g

8、t;<b>　　二．內容摘要</b></p><p>　　本設計所實現的數字式秒表是電子設計技術中最基本的設計實驗之一。該數字計數系統(tǒng)的邏輯結構較簡單，是由控制電路，1秒脈沖發(fā)生器，譯碼顯示電路，計數器構成的。其中控制電路是由計數器、譯碼器以及電阻，開關組成的電路部分。</p><p>　　多諧振蕩器是由555定時器及其外圍電路組成的電路部分產生1秒的脈沖。</

9、p><p><b>　　三. 關鍵字</b></p><p>　　計數器，譯碼器，顯示器，555定時器構成的多諧振蕩器。</p><p>　　四．技術要求 </p><p>　　要求：1、電子秒表具有1只按鈕，當按鈕第一次按下后開始計時，第二次按下后停止計時并保留本次計時時間，第三次按下后電子秒表復位，為下一輪計

10、時做準備。</p><p>　　2、用2只八段數碼管顯示計時時間，計時范圍為00秒 - 99秒。</p><p><b>　　五．方案論證與選擇</b></p><p>　　1、 數字式秒表，就需要顯示數字。根據設計要求，要用數碼來做顯示器。題目要求最大記數值為99秒，則需要2個7段數碼管作為顯示。要求計數分辨率為1秒，那么我們需要相應頻率的信

11、號發(fā)生器。</p><p>　　選擇信號發(fā)生器時，有兩種方案：一種是用晶體振蕩器，另一種方案是采用集成電路555定時器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。</p><p>　　石英晶振蕩器精度很高，一般都需要多級分頻。</p><p>　　秒表核心部分——計數器，此次選擇74LS160計數器。它具有同步置數和異步清零功能。主要是利用它可以十分頻的功能。計數脈沖是由555定

12、時器構成的多諧振蕩器，產生100赫茲脈沖。如果精度要求高，也可采用石英振蕩器。</p><p>　　在選擇譯碼器的時候，有多種選擇，如74LS47，74LS48等4-7線譯碼器。如果選擇7447，則用來驅動共陽極數碼管；如果選擇7448，則用來驅動共陰極數碼管。</p><p><b>　　2、元件選擇、說明</b></p><p>　　1HZ

13、脈沖信號發(fā)生器 本設計采用集成電路555定時器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。</p><p>　　上圖為555定時器的管腳圖。</p><p>　　圖(a) 555組成的占空比可調的多諧振蕩器</p><p><b>　　圖(b)工作波形</b></p><p>　　555組成的多諧振蕩器可以用作各種時鐘脈沖發(fā)生器，

14、圖（a）為脈沖頻率可調的矩形脈沖發(fā)生器，調節(jié)Rp可得到任意頻率的脈沖信號，由于電容C充放電回路的時間常數不等，所以（a）輸出波形為矩形脈沖，矩形脈沖的占空比隨頻率變化而變化。</p><p>　　555組成的多諧振蕩器參數計算公式：</p><p>　　f=1/T=1.43/（R1+2R2）*C</p><p>　　q=(R1+R2)/(R1+2R2)</p&

15、gt;<p>　　經過計算并實際調整，方案為R1=10千歐，R2=2.5千歐，c1=100微法。在實踐中，如果用示波器觀察到頻率不正確，可調整Rp來改變頻率，減小誤差。</p><p>　　計數器74ls160</p><p>　　74LS160的管腳圖及功能表如下:</p><p>　　圖7 為74LS160管腳圖及功能表</p>&

16、lt;p>　　74LS160為異步清零計數器，即端輸入低電平，不受CP控制，輸出端立即全部為“0”，功能表第一行。74LS160具有同步預置功能，在端無效時，端輸入低電平，在時鐘共同作用下，CP上跳后計數器狀態(tài)等于預置輸入DCBA，即所謂“同步”預置功能（第二行）。和都無效，ET或EP任意一個為低電平，計數器處于保持功能，即輸出狀態(tài)不變。只有四個控制輸入都為高電平，計數器（161）實現模10加法計數，Q3 Q2 Q1 Q0=100

17、1時，RCO=1。</p><p>　　8421碼加權計數器：，QD、QC、QB、QA輸出見計數器工作波形圖：</p><p>　　顯示譯碼芯片74ls48</p><p>　　BCD七段譯碼器。其輸出的是驅動七段字形的七個信號，最常見的型號有74LS48、74LS47等。</p><p>　　8的輸入端是A3A2A1A0四位二進制信號（84

18、21BCD碼），a、b、c、d、e、f、g是七段譯碼器的輸出驅動信號，高電平有效?？芍苯域寗庸碴帢O七段數碼管。</p><p>　　74LS48管腳排列圖：</p><p>　　74LS48功能示意圖:</p><p><b>　　數碼管</b></p><p>　　共陰式LED數碼管的原理圖，使用時，共陰級接地，7個陽

19、極a~g由相應的BCD七段譯碼器來驅動，顯示規(guī)則如下表：</p><p>　　2 線－4 線譯碼器74ls139</p><p>　　139為兩個2 線－4 線譯碼器，當選通端（G1）為高電平，可將地址端（A、B）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。</p><p>　　若將選通端（G1）作為數據輸入端時，139 還可作數據分配器。 </p>

20、<p><b>　　管腳圖如下：</b></p><p>　　電路圖及電路工作原理</p><p>　　根據所選元件的真值表，連接好元件即可。</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　圖1為電子秒表的原理圖,按功能可分為5個單元電路進行分析。</p>

21、;<p>　　其中單元1為多諧振蕩器；</p><p>　　單元2為2-4線譯碼開關控制電路；</p><p>　　單元3為計數器和分頻器；</p><p>　　單元4為譯碼顯示單元。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　本電路使用74ls160級聯成1

22、00進制的計數器，即可滿足題目的要求量程為最大99秒。左邊的74ls160為十位，右邊的74ls160為個位秒，右邊的進位輸出端接到左邊的計數控制端CET，而兩塊芯片的CLK均接同一個時鐘信號，當各位秒進位時，右邊的74ls160僅為輸出端輸出高電平，由于左邊的74ls160CET端接右邊的進位輸出端，故每次個位進位時，十位秒就加一，根據芯片資料控制其他端口，這樣就組成了一個100進制的加法計數器。</p><p&g

23、t;　　控制部分，由于題目要求只采用一個開關來控制開始計數、保持計數、清零，一個開關來控制多個狀態(tài)，我采用的是用一塊74ls160接成一個3進制的加法計數器，再通過一個2-4線譯碼器將3進制計數器的3個狀態(tài)譯出來。采用一個彈性開關的來控制3進制計數器的時鐘信號，開關每次按下彈起的瞬間，74ls160芯片獲得一個上升的時鐘沿，每按一次加一。由此通過譯碼芯片的輸出端來控制100進制計數器的計數、保持、清零。具體接法如下圖：</p>

24、;<p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　表2 元件清單表</b></p><p>　　為了驗證自己的方案是否可行，我先采用了protues仿真驗證了一下，因為protues能形象的檢驗設計的是否可行，而protel不是很能形象的表現出結果。</p><p>　　通過protues仿

25、真結果可知，理論上我的設計是可以實現的，于是我又了更高的興致去繼續(xù)我的設計。下圖是protues仿真的效果圖：</p><p>　　Proteus仿真是可以，但是我們課程沒學過這個，這是我自己自學的，本來做這個實習老師就要求我們最好能用protel仿真出來，因為protel仿真也是我們這次實習的主要內容之一。為了能測試一下我在protel中仿真出來，我滿懷好奇連接完了原理圖。然后設置好了幾個觀測點，點擊simul

26、ate。剛開始未能出現仿真結果，因為自己還沒為元件編號！通過自己的細心慢慢解決了問題。我的仿真結果出來了。</p><p>　　上圖為74ls160 100進制輸出端的波形圖，有圖分析可知此為100進制。</p><p>　　此圖為74ls48譯碼芯片的輸出端的波形變化，按照對應時間的高低電平，可推算出相應的數字！</p><p>　　原理圖和仿真都搞完之后，剩下的

27、就是畫pcb板了！</p><p><b>　　PCB版的制作</b></p><p>　　新建一個pcb文件，將新建的pcb文件保存，然后進入pcb文件，點擊design——Import from project。即可將原理圖導入到pcb中。最后將元件的位置擺好點，讓整體布局顯得美觀、整齊。</p><p>　　下面的圖片是我繪制的pcb圖：

28、</p><p>　　頂層 底層</p><p><b>　　整體布局</b></p><p>　　七．設計存在的問題及解決</p><p>　　1、剛開始設計時未能選擇適當的芯片，開始時選用74ls163，它是4位2進制計數器，如果采用此芯片設計成1

29、00進制計數器，將使得電路復雜很多，后面認識到4位2進制與十進制芯片的區(qū)別后，采用十進制芯片明顯比簡單很多。經過考慮之后放棄了使用了4位2進制芯片，轉而采用74ls160十進制計數器。從而解決了許多困難。</p><p>　　2,、控制部分需要只用一個開關來控制三個狀態(tài)，開始計時、保持、清零。由于沒有經驗，前面開始想著采用rs觸發(fā)器來控制，但是未能完美實現一個開關控制三個狀態(tài)。后面想著另外只加個三進制計數器的輸出

30、端來控制100進制的計數控制端，而沒有采用譯碼芯片。為此亦未能完美實現三個狀態(tài)輪流實現。在我快要放棄的時候，靈感突然來臨，于是加多了一個2——4線譯碼芯片，結果很好的解決了開關的控制問題。</p><p><b>　　八．心得體會</b></p><p>　　三周的課程設計即將結束，雖然很辛苦，但給我?guī)砹藦奈从羞^的體驗與喜悅。在設計實踐的過程中，我深深的體會到必須要

31、有扎實的知識基礎，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現的問題進行分析解決。我們在設計時曾做出了兩套方案以及仿真電路，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，這才確定了我們的電路。實習過程中，我深刻的體會到在設計過程中，要考慮到各個元器件的功能和特性，要翻閱大量資料，參考別人的經驗，只有這樣才能把自己的電路設計的成功。</p><p>　　通過這次對數字式秒表的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了

32、解了關于數字秒表的原理與設計理念。在此次的數字秒表設計過程中，我更進一步地熟悉了芯片的結構、管腳圖、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。而且這些知識是對我們大學生來說十分寶貴的實踐經驗，是無法在課堂上獲得的，是現今社會最重視的同時也是我們最需要提高的部分。</p><p>　　在設計電路中,完成電路圖只是完成了設計的一小部分，更加困難的是對電路的驗證和糾錯，在這過程中我接觸到了很多未接觸過的檢查方法

33、和思想。在電路的仿真過程中出錯的主要原因都主要是接線的錯誤所引起的。接線的時候一定要細心，不要接錯，同時也要學會如何判別芯片的功能，要是芯片不具備要求的功能，或者，不匹配，即使接線再正確也出不來結果。對自己的設計要仔細考慮，是否可行，尤其是進位輸出，著重看看進位的CP脈沖是否正確等。</p><p>　　在繪制pcb時，要注意輸入端的管腳，因為在原理圖上電源和地端是不體現出來的，所以我們在繪制pcb時要加入焊盤給

34、電源和信號輸入端，再者，要將地線，電源線普通導線區(qū)別開來。</p><p>　　總體來說，通過這次課程設計學習，我越發(fā)感覺電子設計不是死板的東西，是有很大科學性與藝術性的。不同芯片的使用，不同的接線方法，不同的變量，不同的實現思路，經過組合后幾乎可以稱之為藝術。這次課程設計使我對各種電路都有了大概的了解，也學會了常用EDA軟件的使用，在平時的理論學習中遇到的問題都一一解決，加深了我對專業(yè)的了解，培養(yǎng)了我對學習的興