畢業(yè)設(shè)計（論文）電子秒表設(shè)計

1、i目錄目錄第一章第一章. .電子秒表結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)計方案電子秒表結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)計方案 .1第二章第二章. .電子秒表單元電路的設(shè)計電子秒表單元電路的設(shè)計 .22.12.1 秒表的設(shè)計思路秒表的設(shè)計思路.22.22.2 脈沖源的設(shè)計脈沖源的設(shè)計.22.32.3 電路直接置位、復(fù)位功能的設(shè)計電路直接置位、復(fù)位功能的設(shè)計.32.42.4 電路清零功能的設(shè)計電路清零功能的設(shè)計.42.52.5 計數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計計數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計.52.62.6 譯碼驅(qū)動及顯示單元譯碼驅(qū)動及顯示單元.62.72.7 電子秒表工作原理電子秒表工作原理.6第三章第三章. . 元器件介紹元器件介紹 .83.13.1 元器

2、件清單元器件清單.83.23.2 元器件介紹.83.2.13.2.1 555555 定時器.83.2.23.2.2 七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器.9一相關(guān)設(shè)計方案及抉擇一相關(guān)設(shè)計方案及抉擇.111.11.1 方案一方案一.111.21.2 方案二方案二.112 2理論設(shè)計理論設(shè)計-單元電路與總電路設(shè)計單元電路與總電路設(shè)計 .132.12.1 5v5v 電壓源電路設(shè)計電壓源電路設(shè)計 .132.1.12.1.1 降壓電路降壓電路 .132.22.2 1 1s s信號源設(shè)計：信號源設(shè)計：.142.32.3 計數(shù)器電路設(shè)計：計數(shù)器電路設(shè)計：.162.3.12.3.1 74ls19074ls190 管腳

3、圖及功能簡介.162.3.22.3.2 電路連接概述.182.42.4 顯示電路顯示電路.192.52.5 報警電路報警電路.212.62.6 控制電路控制電路.223 3仿真調(diào)試仿真調(diào)試 .233.13.1 軟件介紹軟件介紹.233.23.2 調(diào)試過程調(diào)試過程.233.2.13.2.1 倒計時及停止電路調(diào)試倒計時及停止電路調(diào)試.234 4實驗中出現(xiàn)的問題及解決方法實驗中出現(xiàn)的問題及解決方法 .25附錄附錄 .27電子秒表總電路圖電子秒表總電路圖 .27總體電路圖總體電路圖.27元器件清單元器件清單.27i摘要摘要在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀的顯示出來，數(shù)字顯示電路通常由

4、譯碼驅(qū)動器和顯示器等部分組成。數(shù)碼顯示器就是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件。七段式數(shù)字顯示器是目前常用的顯示方式，它利用不同發(fā)光段的組合，可以顯示 09 等阿拉伯?dāng)?shù)字充分運(yùn)用芯片 74ls90 的邏輯功能，用四片 74ls90 芯片實現(xiàn)秒表示00：0099：99 秒。利用集成與非門構(gòu)成的基本 rs 觸發(fā)器（低電平直接觸發(fā)）實現(xiàn)電路的直接置位、復(fù)位功能。利用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為計數(shù)器清零提供輸出負(fù)脈沖。利用 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器為電路提供脈沖源以驅(qū)動電路工作。用四個 led 數(shù)碼管顯示“秒表” ，顯示時間為 00：00-99：99 秒，每厘秒自動加一。電子秒表分為脈沖源

5、、秒計數(shù)、厘秒計數(shù)、譯碼驅(qū)動電路和顯示電路。另外設(shè)計控制電路，使秒表啟動、停止、復(fù)位。先按一下按鈕開關(guān)2，此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)1，則計數(shù)器清零后便開始計時，觀察數(shù)碼顯示管計數(shù)情況是否正常，如不需要計時或暫停計時，按一下按鈕開關(guān) k2，計時立即停止，但數(shù)碼管仍保留所計時之值。利用電子鐘或手表的秒計時對電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。經(jīng)調(diào)試，結(jié)果與預(yù)測結(jié)果相同，達(dá)到了預(yù)期的目的。陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文1第一章第一章. .電子秒表結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)計方案電子秒表結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)計方案充分運(yùn)用芯片 74ls90 的邏輯功能，用四片 74ls90 芯片實現(xiàn)秒表示 00：0099：99 秒。利用集成與非門構(gòu)

6、成的基本 rs 觸發(fā)器（低電平直接觸發(fā)）實現(xiàn)電路的直接置位、復(fù)位功能。利用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為計數(shù)器清零提供輸出負(fù)脈沖。利用 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器為電路提供脈沖源以驅(qū)動電路工作。電路圖如圖 1.1 所示。圖 1.1 總電路圖第二章.電子秒表單元電路的設(shè)計2第二章第二章. .電子秒表單元電路的設(shè)計電子秒表單元電路的設(shè)計 2.12.1 秒表的設(shè)計思路秒表的設(shè)計思路用四個 led 數(shù)碼管顯示“秒表” ，顯示時間為 00：00-99：99 秒，每厘秒自動加一。電子秒表分為脈沖源、秒計數(shù)、厘秒計數(shù)、譯碼驅(qū)動電路和顯示電路。另外設(shè)計控制電路，使秒表啟動、停止、復(fù)位?？驁D如 2.1

7、 所示。 圖 2.1 秒表總體框圖2.22.2 脈沖源的設(shè)計脈沖源的設(shè)計振蕩器是電子秒表的核心，振蕩器產(chǎn)生脈沖。振蕩器的頻率精度決定了電子秒表計時的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成的振蕩器。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。用 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖 2.2.1。 圖 2.2.1 多諧振蕩器電路陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文3圖 2.2.2 多諧振蕩器的工作波形接通電源后，電容 c 被充電，當(dāng) vc 上升到 2vcc/3 時，使 vo 為低電平，同時放電三極管 t 導(dǎo)通，此時電容 c 通過 r2 和 t 放電，vc 下降。當(dāng) vc 下降到 vcc/3 時，vo 翻轉(zhuǎn)為高電平。電

8、容器 c 放電所需時間為： (1)cr7 . 0t2pl當(dāng)放電結(jié)束時，t 截止，vcc 將通過 r2、rp、r1 向電容 c 充電，vc 由 vcc/3 上升到 2vcc/3，所需時間為： （2）crrprtph)(7 . 021當(dāng) vc 上升到 2vcc/3 時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波，電路的工作波形如上圖 3.2.2 所示，其振蕩周期為： （3）scrrprtttplph01. 0)2(7 . 021 f = 1/t = 100hz （4） 輸出方波占空比為： （5）21212rrrrrrttdppph 脈沖源電路的職能是為秒表提供脈

9、沖源以驅(qū)動芯片 74ls90 工作。2.32.3 電路直接置位、復(fù)位功能的設(shè)計電路直接置位、復(fù)位功能的設(shè)計電路的直接置位、復(fù)位功能利用集成與非門構(gòu)成的基本 rs 觸發(fā)器實現(xiàn)，屬于低電第二章.電子秒表單元電路的設(shè)計4平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能。如圖 2.3 所示。圖 2.3 由基本 rs 觸發(fā)器構(gòu)成的具有直接置位、復(fù)位功能的邏輯電路它的一路輸出作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出 q 作為與非門的輸入控制q信號，控制脈沖源 cp 的放行與禁止。按動按鈕開關(guān) k2（接地） ，則門 1 輸出1；門 2 輸出 q0，k2復(fù)位后 q、狀態(tài)qq保持不變。再按動按鈕開關(guān) k1 ,則 q 由 0

10、 變?yōu)?1，門 5 開啟, 為計數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備。由 1 變 0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。q基本 rs 觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。2.42.4 電路清零功能的設(shè)計電路清零功能的設(shè)計電路清零功能利用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)。其邏輯電路圖如圖 2.4.1 所示圖 2.4.1 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 而圖 2.4.2 為其各點的波形圖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負(fù)脈沖信號 vi 由基本 rs 觸發(fā)器端提供，輸出負(fù)脈沖qvo 通過非門加到計數(shù)器的清除端 r。靜態(tài)時，門 4 應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻 r 必須小于門的關(guān)門電阻 roff 。定時元件rc 取值不同，輸出脈

11、沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的 rp 和 cp 。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文5單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計數(shù)器提供清零信號 圖 2.4.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖 圖 2.5.1 74ls90 引腳排列2.52.5 計數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計計數(shù)及譯碼顯示功能設(shè)計計數(shù)功能主要利用二五十進(jìn)制加法計數(shù)器 74ls90 來實現(xiàn)。因要求電子秒表顯示時間為 00：0099：99 秒，因此需四片 74ls90 芯片，其與譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示 00：0099:99 秒。圖 2.5.1 為 74ls90 引腳排列。通過不同的連接方式，74ls90 可

12、以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助 r0(1)、r0(2)對計數(shù)器清零，借助 s9(1)、s9(2)將計數(shù)器置 9。其具體功能詳述如下：(1)計數(shù)脈沖從 cp1輸入，qa作為輸出端，為二進(jìn)制計數(shù)器。(2)計數(shù)脈沖從 cp2輸入，qdqcqb作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計數(shù)器。（3)若將 cp2和 qa相連，計數(shù)脈沖由 cp1輸入，qd、qc、qb、qa作為輸出端，則構(gòu)成異步 8421 碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。(4)若將 cp1與 qd相連，計數(shù)脈沖由 cp2輸入， qa、qd、qc、qb作為輸出端，則構(gòu)成異步 5421 碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。(5)清零、置 9 功能。a)異步清零當(dāng) r0(1)、

13、r0(2)均為“1” ；s9(1)、s9(2)中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即qdqcqbqa0000。b)置 9 功能當(dāng) s9(1)、s9(2)均為“1” ；r0(1)、r0(2)中有“0”時，實現(xiàn)置 9 功能，即qdqcqbqa1001。第二章.電子秒表單元電路的設(shè)計674ls90 芯片功能表如表 2.5.1 所示。由四片 74ls90 芯片構(gòu)成的計數(shù)器電路如圖 2.5.2 所示。74ls90 構(gòu)成的計數(shù)器與相應(yīng)的譯碼顯示器相連構(gòu)成電子秒表顯示電路。表 2.5.1 74ls90 芯片功能表 清 0置 9時 鐘r0(1)、r0(2)s9(1)、s9(2)cp1 cp2qd qc qb qa

14、1100 清 00011 置 9 1qa 輸 出二進(jìn)制計數(shù)1 qdqcqb輸出五進(jìn)制計數(shù) qaqdqcqbqa輸出8421bcd 碼十進(jìn)制計數(shù)qd qaqdqcqb輸出5421bcd 碼十進(jìn)制計數(shù)0 00 01 1不 變保 持 圖 2.5.2 74ls90 構(gòu)成的計數(shù)器2.62.6 譯碼驅(qū)動及顯示單元譯碼驅(qū)動及顯示單元計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以 8421bcd 碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用 cd4511 作為顯示譯碼電路，選用 led 數(shù)碼管作為顯示單元電路。陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文72.72.7 電子秒表工作原理電子秒

15、表工作原理接通電源后，按動按鈕開關(guān) k2（接地） ，則門 g1 輸出1；門 g2 輸出 q0，k2q復(fù)位后 q、狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān) k1 ,則 q 由 0 變?yōu)?1，門 g5 開啟, 為計數(shù)q器啟動作好準(zhǔn)備。由 1 變 0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。q門 g5 開啟時，脈沖信號 cp 被放行，因此芯片 74ls90（0）開始工作，由于該芯片計時精度為 0.01s，因此變化很快，看不清數(shù)字逐漸從 0 加到 9，但理論上可知，當(dāng)該芯片計時到 9 時，此時 74ls90 的輸出端 qdqcqbqa=1001，進(jìn)位輸出，因此74ls90（1）芯片開始工作。該芯片計時精度為 0.1s，

16、因此也不能看到數(shù)字從 0 加到9，但理論上，當(dāng)該芯片計時到 9 時，該芯片輸出端 qdqbqcqa=1001，進(jìn)位輸出，因此芯片 74ls90（2）開始工作，該芯片計時精度為 1s，可以觀察到數(shù)字逐漸從 1 累加到9，然后驅(qū)動芯片 74ls90（3）工作，如此進(jìn)行下去，直到顯示 99：99 秒。在計數(shù)期間，如不需要計時或暫停計時，按動一下開關(guān) k2，此時 q 由 1 變?yōu)?0，門 g5 關(guān)閉，脈沖信號 cp 被禁止，但數(shù)碼管仍保留所計時之值。再按一下開關(guān)，則可繼續(xù)計時。如計時停止后需重新開始計時，按動開關(guān) k1，則實現(xiàn)清零，再按動開關(guān) k2，計時開始。如此循環(huán)。 第二章.電子秒表單元電路的設(shè)計

17、8第三章第三章. . 元器件介紹元器件介紹3.13.1 元器件清單元器件清單元器件清單下表所示3.23.2 元器件介紹 3.2.13.2.1 555555 定時器內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器 c1 和 c2、簡單 sr 鎖存器、放電三極管以及緩沖器 g 構(gòu)成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 8.4.1 所示。三個 5 千歐的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較器 c1、c2 提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端（5）懸空時，比較器 c1 和 c2 的基準(zhǔn)電壓為2vcc/3 和 vcc/3。 圖 4.2.1.1 是其電路結(jié)構(gòu)圖。 圖 3.2.1.1 555 定時器電路結(jié)構(gòu)圖名稱型號數(shù)量備注計數(shù)器74ls904譯碼器cd45114l

18、ed 數(shù)碼顯示管lg5011ah4集成與非門74ls002開關(guān)2555 定時器1滑動變阻器1電阻7電容4導(dǎo)線若干陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文9 圖 3.2.1.2 555 定時器管腳排列vi1 是比較器 c1 的信號輸入端，成為閾值輸入端；vi2 是比較器 c2 的信號輸入端。如果控制電壓端（5）外接電壓 vic，則比較器 c1 和 c2 的基準(zhǔn)電壓就變?yōu)?vic 和vic/2。比較器 c1 和 c2 的輸出控制 sr 鎖存器和放電三極管 t 的狀態(tài)。放電三極管 t 為外接電路提供放電通路，在使用時，該三極管的集電極（7）腳一般都要外接上拉電阻。為直接復(fù)位輸入端，當(dāng)為低電平時，不管其他輸入端的

19、狀態(tài)如何，輸出端 vo即為低電平。當(dāng) vi12vcc/3,vi2vcc/3 時，比較器 c1 輸出低電平，比較器 c2 輸出高電平，簡單 sr 鎖存器 q 端置 0，放電三極管 t 導(dǎo)通，輸出端 vo 為低電平。當(dāng) vi12vcc/3,v i2vcc/3 時，比較器 c1 輸出高電平，c2 輸出低電平，簡單 sr鎖存器置 1，放電三極管 t 截止，輸出端 vo 為高電平。當(dāng) vi1vcc/3 時，簡單 sr 鎖存器 r=1，s=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀不變。綜合上述分析，可得 555 定時器功能表，如表 3.2.1.1 所示表 3.2.1.1 555 定時器功能表3.2.23.2.2

20、七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀的顯示出來，數(shù)字顯示電路通常由譯碼驅(qū)動器和顯示器等部分組成。數(shù)碼顯示器就是用來顯示數(shù)字、文字或第二章.電子秒表單元電路的設(shè)計10符號的器件。七段式數(shù)字顯示器是目前常用的顯示方式，它利用不同發(fā)光段的組合，可以顯示 09 等阿拉伯?dāng)?shù)字。普遍使用的七段式數(shù)字顯示器發(fā)光器件有發(fā)光二極管和液晶顯示器，這里主要介紹前者。發(fā)光二極管構(gòu)成的七段顯示器有兩種，共陰極和共陽極電路。共陰極電路中，七個發(fā)光二極管的陰極連在一起接低電平，需要某一段發(fā)光，就將相應(yīng)的陽極接高電平。共陽極顯示器的驅(qū)動則剛好相反。為了使數(shù)碼管能顯示十進(jìn)制數(shù)，必須將十

21、進(jìn)制數(shù)的代碼經(jīng)譯碼器譯出，然后驅(qū)動相應(yīng)的段。譯碼器的功能是，對應(yīng)于某一組數(shù)碼輸入，相應(yīng)的幾個輸出端有有效信號輸出。常用的集成七段顯示譯碼器有兩類，一類譯碼器輸出高電平有效信號，用來驅(qū)動共陰極顯示器，另一類輸出低電平有效信號，以驅(qū)動共陽極顯示器。比如 cd4511 七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。cd4511 譯碼器是 8421bcd 碼鎖存七段譯碼器，驅(qū)動共陰極 led 數(shù)碼管，其中da、db、dc、dd 為 bcd 碼輸入端，oa-of 為譯碼輸出端，輸出高電平有效，用來驅(qū)動共陰極 led 管。lt為調(diào)試輸入端，當(dāng)為 0 時，輸出全為 1；bi為消隱輸入端，當(dāng)為0 時，輸

22、出全為 0。el為鎖存端，當(dāng)其為 1 時譯碼器處于鎖定狀態(tài)，當(dāng)其為 0 時，正常譯碼。因此 cd4511 要正常譯碼，應(yīng)使 lt=1，bi=1，el=0。譯碼器還有拒偽功能，當(dāng)輸入超過 1001 時，輸出全為 0，數(shù)碼管熄滅。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文11一相關(guān)設(shè)計方案一相關(guān)設(shè)計方案及抉擇及抉擇1.11.1 方案一方案一555 定時器74 ls192741s48led-red控制電路聲響電路七段顯示數(shù)圖 1.1倒計時定時器總結(jié)構(gòu)圖如圖 1.1 信號由 555 定時器產(chǎn)生頻率為 1hz，占空比 1/2 的信號，由 190 構(gòu)成 15進(jìn)制計數(shù)器，由 jk 觸發(fā)器控制 190 和發(fā)光二極管的工作

23、狀態(tài)，由三態(tài)門控制停止電路和聲控電路。圖 1.2 -總體電路截圖1.21.2 方案二方案二第二章.電子秒表單元電路的設(shè)計12555 定時器74 ls192741s48led-red控制電路聲響電路七段顯示數(shù)碼管圖 1.3倒計時定時器總結(jié)構(gòu)圖如圖 1.3 信號由 555 定時器產(chǎn)生頻率為 1hz，占空比為 1/2 的信號，由 192 構(gòu)成15 進(jìn)制的計數(shù)器，由 jk 觸發(fā)器控制 192 和發(fā)光二極管的工作狀態(tài)，由三態(tài)門控制停止電路和聲控電路圖 1.4-總體電路截圖陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文132 2理論設(shè)計理論設(shè)計-單元電路與總電路設(shè)計單元電路與總電路設(shè)計2.12.1 5v5v 電壓源電路設(shè)計

24、電壓源電路設(shè)計2.1.12.1.1 降壓電路直流電壓源的輸入端接 220v 的交流電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和交流電壓有效值相差較大，因而需要電源變壓器進(jìn)行降壓。在對交流電壓進(jìn)行降壓處理時，電路采用變壓器直接變壓的方法，輸出 16v 交流電壓。2.1.22.1.2 整流電路 整流電路一般分為半波整流和全波整流。半波整流相對于全波整流而言，在相同的變壓器的副邊電壓下對二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小等優(yōu)點，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。其中橋式整流最為常用，單相橋式整流電路課將變壓器副邊電壓從交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷骸ｈb于以上優(yōu)點，本設(shè)計采用了橋式整流的方

25、法。2.1.32.1.3 濾波電路電容濾波電路是最常見并且最簡單的濾波電路，在整流濾波電路的輸出端（即負(fù)載電阻兩端）并聯(lián)一個電容即得到電容濾波電路。濾波電容容量較大，利用其充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。濾波電路需要 4.7uf、1000uf、100uf、2.2uf 電容各一個。2.1.42.1.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器電路等多種類型。為使電路簡單化、高效化、穩(wěn)定化，我們采用了集成 7805 穩(wěn)壓器型穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為后面的一切電路提供了穩(wěn)定的 5v 直流電壓。綜上所述，整體電源設(shè)計思路為：220v/50hz 交流電源 16v 電源變壓器 整流電

26、路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 輸出+5v 直流電壓。1s 信號源設(shè)計14圖 2.1- 5v 電壓源電路2.22.2 1s1s 信號源設(shè)計：信號源設(shè)計：利用 555 集成定時器，構(gòu)成占空比為 50%的多諧振蕩器，用于產(chǎn)生周期為 1s 的矩形方波。2.2.1 555 定時器的引腳排列：其中管腳 1（gnd）為接地端；管腳 2（tr）為低電平觸發(fā)端（2/3vcc）,也稱閥值端；管腳 7（d）為放電端；管腳 8（vcc=5v18v）電源端。 表 1：555 定時器功能表 圖 2.2 555 定時器管腳圖陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文15 2.2.22.2.2 555555 定時器的幾種功能： 1）只要 rd=

27、0,無論兩個觸發(fā)端為何狀態(tài)，輸出端 vo=0。2）當(dāng) rd=1,高電平觸發(fā)端 th2/3vcc，低觸發(fā)端 tr1/3vcc 時，d 放電管導(dǎo)通，輸出端 vo=0。3）當(dāng) rd=1，低觸發(fā)端 tr1/3vcc，d 放電管截止，輸出端 vo=1.。4）當(dāng) rd=1，而低觸發(fā)端 tr 和高電平觸發(fā)端 th 的電平在 1/3vcc 到 2/3vcc 之間時，輸出保持不變。 2.2.42.2.4 555555 定時器制成多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器，接通電源后不需外加觸發(fā)便能產(chǎn)生矩形脈沖圖 2.4 -多謝振蕩器我們用 555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器的原理很簡單,只要將施密特觸發(fā)器的反相輸出端經(jīng) r

28、c 積分電路接回輸入端即可。當(dāng)接通電源以后,因為電容上的初始電壓為 0,所以輸出為高電平,并開始經(jīng)電阻 r 向電容 c 充電,當(dāng)充到輸入電壓為 vi=vt+時,輸出電壓跳變?yōu)榈碗娖?電容 c 又經(jīng)過電阻 r 開始放電。當(dāng)放至 vi=vt-時,輸出電位又跳變?yōu)楦唠娖?電容 c 重新開始充電,如此周而復(fù)始,電路便不停的振蕩.由 vc 的波形求得電容 c 的充電時間 t1 和放電時間 t2 各為 t1=（r1+r2）cln【(vcc-vt-)/(vcc-vt+)】=(r1+r2)cln2 t2=r2cln【(0-vt+)/(0-vt-)】=r2cln21s 信號源設(shè)計16 振蕩周期為 t=t1+t2

29、=(r1+2r2)cln2 振蕩頻率為 f=1/t=1/【(r1+2r2)cln2】通過改變 r 和 c 的參數(shù)即可改變振蕩頻率。輸出脈沖的占空比為 q=t1/t=(r1+r2)/(r1+2r2)。為了得到占空比為 50%的脈沖，可采用占空比可調(diào)的可調(diào)電路。電容的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只經(jīng)過 r1，放電電流只經(jīng)過 r2，因此電容充電時間變?yōu)?t1=r1cln2 而放電時間變?yōu)?t2=r2cln2，故輸出脈沖占空比為q=r1/（r1+r2）取 r1=r2 則可得到占空比為 50%的信號源。經(jīng)以上分析及計算r1=r2=72k,c=10uf。同時考慮到實際中不可能存在兩個阻值完全

30、相等的電阻，因此在 r1 和 r2 之間可加入一個 10k 的電位器，通過調(diào)節(jié)電位器已達(dá)到 r1、r2 阻值完全相等的目的。圖 2.5 -1s 信號源電路圖2.32.3 計數(shù)器電路設(shè)計：計數(shù)器電路設(shè)計： 利用 1 片 74ls190 芯片和一個發(fā)光二極管實現(xiàn)十五進(jìn)制倒計時功能。 2.3.12.3.1 74ls19074ls190 管腳圖及功能簡介74ls190 為同步十進(jìn)制加/減計數(shù)器，它的引腳圖及功能如下： 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文17圖 2.6-74ls190 引腳圖190 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（）為低電平時，不管時鐘端（cp）狀態(tài)ld如何，輸出端（q0q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸

31、入端（d0d3）相一致的狀態(tài)。190 的計數(shù)是同步的，靠 cp 同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當(dāng)計數(shù)控制端（）為低電平時，在 cp 上升沿作用下 q0q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出ct現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)計數(shù)方式控制（/d）為低電平時進(jìn)行加計數(shù)；當(dāng)/d 為高電平時uu進(jìn)行減計數(shù)。只有在 cp 為高電平時和/d 才可以跳變。ctu190 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計數(shù)上溢或下溢時，進(jìn)位/借位輸出端（co/bo）輸出一個寬度約等于 cp 脈沖周期的高電平脈沖；行波時鐘輸出（）輸出一個寬度等于rccp 低電平脈沖。利用端可級聯(lián)成 n 位同步計數(shù)器。當(dāng)采用并行 cp 控制時，則將接到后一rcrc級；當(dāng)采用

32、并行控制時，則將 rc 接到后一級 cp。ctct表 2：74ls190 的功能表1s 信號源設(shè)計182.3.22.3.2 電路連接概述根據(jù)功能表可知，當(dāng) u/d 為 1，pl=0 且 clk=1 時，對應(yīng) clk 脈沖上升沿，74ls190 進(jìn)行十進(jìn)制減法運(yùn)算。故在計數(shù)開始前先將 pl接 jk 觸發(fā)器的輸出端 q，計數(shù)開始時為滿足電路開機(jī)預(yù)置數(shù)的要求，通過調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)以置數(shù)。在計數(shù)過程中，當(dāng)個位片減到 0 時，便會產(chǎn)生一個借位信號，借位端通過一個非門與十位片的技術(shù)控制端 tcd連接，十位片減 1，從而在 cp 脈沖的作用下，計數(shù)器進(jìn)行下一個減法循環(huán)。最后倒計時到 0 時，計數(shù)器十位片的 tc

33、d 端為低電平，通過與門與信號源相與后仍為低電平來控制各位片的 cpd（減法計數(shù)器時鐘輸入端）使計數(shù)器停止工作。陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文19 圖 2.7 -計數(shù)器及停止電路2.42.4 顯示電路顯示電路電路顯示部分主要用到譯碼器和數(shù)碼管。譯碼器選用 74hc4511（相當(dāng)于 cd4511） ，它是一個 bcd 七段譯碼啟動器。另外，顯示器電路的設(shè)計用七段顯示數(shù)碼管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，主要分為兩種：共陽極或共陰極顯示器。74hc4511 譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器（譯碼輸出為“1”時，字段點亮，輸出為“0”時字段熄滅） 。利用譯碼器將二十進(jìn)制（bcd）碼轉(zhuǎn)換成七段信號，在驅(qū)動器的作

34、用下驅(qū)動顯示器的 a、b、c、d、e、f、g 七個發(fā)光段，推動七段顯示數(shù)碼管（led）進(jìn)行顯 1s 信號源設(shè)計20圖 2.8 74hc4511 管腳圖 圖 2.9 七段顯示數(shù)碼管（led）其中，四個輸入端 da、db、dc、dd 分別接 8421 碼的響應(yīng)輸入端（dd 為最高位） ；七個輸出端 oaog 接共陰七段顯示數(shù)碼管的對應(yīng)端以驅(qū)動對應(yīng)端亮。lt 、le 、bi是三個附加控制端，當(dāng)附加控制端 lt 、le均為 1，bi為 0，電路實現(xiàn)正常譯碼，譯碼輸出為高電平的字鍛亮。若 lt為 0,無論 bi 、le為何值時，a、b、c、d 為何狀態(tài)，ag 各段輸出均為 1，數(shù)字管的七段全亮。在 lt

35、=1 的前提下，若 bi=1 且abcd 為 0000，則譯碼器的各斷輸出均為 0，顯示器熄滅。 （如果要正常顯示“0”字，則需使 bi=0） 。當(dāng)作為輸入端使用時成滅燈輸入，只要 bi=1，無論其他輸入端狀態(tài)如何，被驅(qū)動的數(shù)碼管各段同時還是熄滅；作為輸出端使用時，成滅零輸出。74hc4511ls48 電路結(jié)構(gòu)決定，只有當(dāng) abcd 為 0，且 bi=0 時，譯碼器才會給出低電平。顯示器采用七段顯示數(shù)碼管,它可直接顯示出譯碼器輸出的十進(jìn)制數(shù)。如果輸入的頻率較高時,顯示器所顯示的數(shù)字可能出現(xiàn)混亂或很快改變的結(jié)果,這時可在計數(shù)器的后面加一級鎖器；如果顯示器所顯示的數(shù)字暗淡,可加一級緩沖器。 為了能

36、正常工作，在 74hc4511 與數(shù)碼管之間應(yīng)串聯(lián) 1k 左右電阻。陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文21圖 2.10-顯示電路2.52.5 報警電路報警電路根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計電路應(yīng)具有最后 3 秒報時功能，即要求響半秒、停半秒共三下。這一功能實現(xiàn)的思路是：最后三秒響，那么就將最后三秒的信號取出；其半秒信號的報時可由信號源控制，因為信號源是一個占空比為 50%的 1s 信號源，其波形中 1 秒的周期內(nèi)有半個周期 t 即半秒的時間是高電平，那么高電平就可以驅(qū)動蜂鳴器報警。所以報時電路是由 2 個或非門、3 個與門以及 2 個與非門組成。其中一個雙線或非門接個位片的 q3、q2 端，另一個雙線或門接

37、個位片的 q1、q0 端，其中的一個雙線或門的輸出和信號輸入一個雙線，另一或門的輸出接一個與非門之后輸出 m，其中一個jk 觸發(fā)器的輸出和一個高電平接入另一個與非門的輸入，輸出與 m 接剩下的一個雙線與門，上述的兩個雙線與門的輸出接剩下的一個與門，輸出接蜂鳴器。實現(xiàn)報警功能。1s 信號源設(shè)計22圖 2.11-報警電路2.62.6 控制電路控制電路 控制電路由 jk 觸發(fā)器構(gòu)成的 t 觸發(fā)器來來給出復(fù)位信號。圖 2.12-控制電路陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文233 3仿真調(diào)試仿真調(diào)試3.13.1 軟件介紹軟件介紹proteus 軟件是一種低投資的電子設(shè)計自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直

38、流等數(shù)千種元器件和多達(dá) 30 多個元件庫。proteus 軟件提供多種現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表。此外，proteus 還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對測量結(jié)果的影響，proteus 軟件提供豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。提供 schematic drawing、spice 仿真與 pcb 設(shè)計功能，同時可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真 51系列、avr、pic 等常用的 mcu，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如 373、led、示波器等。

39、proteus 提供了大量的元件庫，有 ram、rom、鍵盤、馬達(dá)、led、lcd、ad/da、部分spi 器件、部分 iic 器件，編譯方面支持 keil 和 mplab 等編譯器。3.23.2 調(diào)試過程調(diào)試過程3.2.13.2.1 倒計時及停止電路調(diào)試倒計時及停止電路調(diào)試根據(jù)理論設(shè)計，仿真后及得如下截圖結(jié)果。即從 15 開始倒計時，在 0 處停止倒計時，保持 0 狀態(tài)。至1s 信號源設(shè)計24至 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文254 4實驗中出現(xiàn)的問題及解決方法實驗中出現(xiàn)的問題及解決方法一、一、ne555ne555 定時器模塊定時器模塊 故障：線路連接好后 3 輸出端沒有預(yù)設(shè)的脈沖 報警不標(biāo)準(zhǔn)

40、占空比沒達(dá)到 1/2 調(diào)試：用萬用表測得 ne555 輸出端電壓為零，說明可能芯片沒有導(dǎo)通，換 了 片結(jié)果與預(yù)想的脈沖符合，正確。 經(jīng)查閱數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教材得知只加電阻的 ne555 定時器是無法接成任務(wù)書要求的 12 占空比，需要在 r2 后面接上一個反向二極管，然后再用一個二極管與二者正向并聯(lián)，如下圖所示二、用二、用 74ls76jk74ls76jk 觸發(fā)器做成的門控電路模塊觸發(fā)器做成的門控電路模塊 故障：線路連接好后反復(fù)按下開關(guān)輸出端沒高低電平的翻轉(zhuǎn) 調(diào)試：檢查線路無誤后，將開關(guān)取下來測得開關(guān)關(guān)上與斷開時兩端的電阻都無窮大，此現(xiàn)象說明開關(guān)是壞的，于是換了一片好的開關(guān)裝上。接通電源后輸出

41、端還是沒有高低電平的反轉(zhuǎn)，再次檢查線路才發(fā)現(xiàn)芯片沒有插牢，芯片被完全按下去后，在此接通電源，反復(fù)按下開關(guān)后輸出端有了高低電平的翻轉(zhuǎn)，此現(xiàn)象與預(yù)期的現(xiàn)象相符，該模塊已成功完成。三、兩片三、兩片 74ls19274ls192 級聯(lián)做成的倒計時模塊級聯(lián)做成的倒計時模塊 故障：按照電路圖將倒計時模塊連接好后，接上電源送入脈沖后數(shù)碼顯 示管沒有反應(yīng)，漆黑一片。 正常倒計時后數(shù)碼管顯示不全 調(diào)試：數(shù)碼管無任何顯示說明其沒有接上電源，在通電的情況下先用萬用表測電源插在面包板的兩個引腳看是否為正常的五伏電源，結(jié)果為零伏。取下電源的兩根導(dǎo)線后測得五伏，從而得出五伏電源是正常的，可見當(dāng)電源的兩個引腳插上面包板兩引

42、腳之間的電壓為零伏是面包板被短路造成的，將電源直接連到地線上了。將該模塊接地的幾根導(dǎo)線全部斷開，再次測得插在面包板上的電源引腳正常，說明猜想正確，最后將地線逐一插上個個排除，最后確實檢查出有一條電源線被誤接到地線上去了，將其改動接通電源后數(shù)碼管有了顯示。 接通電源加上脈沖后個位數(shù)碼管顯示不全，但從不全顯示的數(shù)碼管中可以看出倒計時從 09 是正常的，于是懷疑可能是數(shù)碼管出了問題或是數(shù)碼管的一個抑1s 信號源設(shè)計26或是幾個引腳沒有被正常接上。于是換了一片正常的管子，可是上述現(xiàn)象并沒有因此改變，于是排除一種可能，接著檢查線路，果然在檢查中發(fā)現(xiàn)個位數(shù)碼管的 9 引腳沒任何連線，接上后，數(shù)碼管開始正常

43、倒計時，正常。四、四、倒計時開始燈亮結(jié)束燈滅模塊倒計時開始燈亮結(jié)束燈滅模塊故障：線路按圖紙接好后燈一直不亮 調(diào)試：檢查線路無誤后將二極管取下檢測正常，最終發(fā)現(xiàn)原來是二極管的正負(fù)極插反了。五、五、最后三秒報警模塊最后三秒報警模塊 故障:按圖接好接通電源后 1310 秒也開始報時 調(diào)試： 蜂鳴器是接在一個二與門上，該與門的兩個端子一個作用是保證在數(shù)碼管個位在顯示出現(xiàn) 3、2、1 時該端子有脈沖其余時刻為低電平，另一個端子在此的作用為保證在十位數(shù)碼管顯示為零時該端子為高電平其余時刻為低電平，最終實現(xiàn)最后三秒報警。數(shù)碼管顯示 1310 時報警器發(fā)出聲響說明二與門上述的第一個端子正常，在排除與門正常后，

44、將第二個端子的接線取出來接到發(fā)光二極管上進(jìn)行檢測，測得在整個倒計時中發(fā)光二極管一直發(fā)亮，此現(xiàn)象表明該端子一直為高電平并沒有起到應(yīng)有的作用，順著此錯誤的接線檢查發(fā)現(xiàn)該端子被誤接到電源上了，線路正常連接后報警正常。六、模塊銜接后整體出現(xiàn)的問題六、模塊銜接后整體出現(xiàn)的問題 故障：倒計時歸零后沒有停止而是自循環(huán) 偶爾幾次開關(guān)不起作用 調(diào)試：74ls192 的減法輸入端是由有一個二與門被接入，該與門的一個端子是提供脈沖用的，另一個端子是在兩數(shù)碼管全為零時提供給與門一個低電平的作用。出現(xiàn)上述故障得出兩種可能一：與門出問題； 二：提供低電平的端子有問題。檢查與門沒問題后，沿著提供低電平的端子檢查去發(fā)現(xiàn)該端子被接到了電源上，本應(yīng)是接到十位 74ls192 的借位端，改正后電路正常。 開關(guān)偶爾幾次不起作用說明其接觸不良，檢查后發(fā)現(xiàn)開關(guān)確實沒有接牢固，接牢固后開關(guān)正常。陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文27附錄附錄電子秒表總電路圖電子秒表總電路圖總總體體電電路路圖圖圖 6.0總體設(shè)計電路圖元元器器1s 信號源設(shè)計28件清單件清單元器件名稱個數(shù)555 定時器1 個jk 觸發(fā)器2 個74ls1901 個74hc45111 個七段數(shù)碼顯示管1 個蜂鳴器1 個發(fā)光二極管1 個74