電子秒表電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

...wd......wd......wd...電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：電子秒表院〔部〕：物理與電子信息學(xué)院專業(yè)班級：電子信息工程學(xué)生姓名:學(xué)號:指導(dǎo)教師:摘要秒表應(yīng)用于我們生活、工作、運(yùn)動(dòng)等需要準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的方面。它由剛開場的機(jī)械式秒表開展到今天所常用的數(shù)字式秒表。秒表的計(jì)時(shí)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(jì)的數(shù)字式秒表的要求為：顯示分辨率為1s/100，外接系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為100KHz；計(jì)時(shí)最長時(shí)間為60min，五位顯示器，顯示時(shí)間最長為59m59.99s；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(jì)時(shí)準(zhǔn)備、啟／停鍵是控制秒表起停的功能鍵。針對上述設(shè)計(jì)要求，先前往校圖書館借閱了大量的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方面的書籍，以及一本電子元件方面的工具書，以待查閱各種設(shè)計(jì)中所需要的元件。其次安裝并學(xué)習(xí)了數(shù)字電路設(shè)計(jì)中所常用的Multisim仿真軟件，在課程設(shè)計(jì)過程的電路圖設(shè)計(jì)與電路的仿真方面幫助我們發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)電路方面的缺乏與錯(cuò)誤之處。關(guān)鍵字：555定時(shí)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器六進(jìn)制計(jì)數(shù)器多諧振蕩器目錄TOC\o"1-3"\h\u276151.選題與需求分析1109451.1設(shè)計(jì)任務(wù) 1212871.2設(shè)計(jì)任務(wù) 158851.3設(shè)計(jì)構(gòu)思 140511.4設(shè)計(jì)軟件 297232.電子秒表電路分析3144572.1總體分析 3156962.2電路工作總體框圖 321193.各局部電路設(shè)計(jì)4121863.1啟動(dòng)與停頓電路 489373.2時(shí)鐘脈沖發(fā)生和控制信號 4182583.3設(shè)計(jì)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 6288073.4設(shè)計(jì)六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 7156903.5清零電路設(shè)計(jì) 868593.7總體電路圖： 1082214完畢語與心得體會(huì) 121.選題與需求分析1.1設(shè)計(jì)任務(wù)電子秒表在生活中可廣泛應(yīng)用于對運(yùn)動(dòng)物體的速度、加速度的測量實(shí)驗(yàn),還可用來驗(yàn)證牛頓第二定律、機(jī)械能守恒等物理實(shí)驗(yàn),同時(shí)也適用于對時(shí)間測量精度要求較高的場合.測定短時(shí)間間隔的儀表。有機(jī)械秒表和電子秒表兩類。機(jī)械秒表與機(jī)械手表相仿，但具有制動(dòng)裝置，可準(zhǔn)確至百分之一秒；電子秒表用微型電池作能源，電子元件測量顯示，可準(zhǔn)確至千分之一秒，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、體育運(yùn)動(dòng)及國防等方面在當(dāng)今非常注重工作效率的社會(huì)環(huán)境中。定時(shí)器能給我們的工作、生活以及娛樂帶來很大的方便，充分利用定時(shí)器，能有效的加強(qiáng)我們的工作效率。數(shù)字電子秒表是利用數(shù)字電子技術(shù)把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號來完成的，具有直觀、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)1、秒表由六位七段LED顯示器顯示，其中一位顯示“min〞，四位顯示“s〞，其中顯示分辨率為0.01s，計(jì)時(shí)范圍為0～59分59秒99毫秒；2、具有清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停計(jì)時(shí)及繼續(xù)計(jì)時(shí)等功能；3、控制開關(guān)為兩個(gè)；啟動(dòng)〔繼續(xù)〕/暫停計(jì)時(shí)開關(guān)和復(fù)位開關(guān)。1.3設(shè)計(jì)構(gòu)思電子秒表需要一個(gè)脈沖產(chǎn)生電路，可以由LM555芯片實(shí)現(xiàn)，同時(shí)需要2個(gè)六進(jìn)制和4個(gè)十進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，構(gòu)成兩位毫秒顯示、兩位秒數(shù)顯示和兩位分鐘顯示，由74LS160芯片實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于有六進(jìn)制電路，所以需要與非門。同時(shí)需要六個(gè)譯碼顯示數(shù)碼管顯示數(shù)字。1.4設(shè)計(jì)軟件Multisim是一款著名的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，與NIUltiboard同屬美國國家儀器公司的電路設(shè)計(jì)軟件套件。是入選伯克利加大SPICE工程中為數(shù)不多的幾款軟件之一。Multisim在學(xué)術(shù)界以及產(chǎn)業(yè)界被廣泛地應(yīng)用于電路教學(xué)、電路圖設(shè)計(jì)以及SPICE模擬。Multisim是以Windows為根基的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。我們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)展仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣我們無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)展捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。此次課程設(shè)計(jì)采用此軟件進(jìn)展設(shè)計(jì)和仿真。2.電子秒表電路分析2.1總體分析該電路需要2個(gè)六進(jìn)制和4個(gè)十進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，一個(gè)555定時(shí)器組成的多諧振蕩器。由555多諧振蕩器產(chǎn)生100Hz的時(shí)鐘脈沖作為脈沖源〔即0.01s為周期〕，通過與啟動(dòng)停頓電路的作為信號源輸入至第一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器即0.01s位的計(jì)數(shù)器。然后進(jìn)位至0.1s位的十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，以此類推逐個(gè)進(jìn)位。以此實(shí)現(xiàn)顯示分辨率為1s／100，計(jì)時(shí)最長時(shí)間為60min，六位顯示器，顯示時(shí)間最長為59m59.99s，最后通過6個(gè)譯碼七段顯示LED數(shù)碼管輸出。2.2電路工作總體框圖電子秒表電路主要由以下幾局部構(gòu)成，如圖2.2所示，有啟動(dòng)停頓電路，脈沖電路，十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，六進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，清零電路，譯碼顯示電路。譯碼顯示譯碼顯示六進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器六進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器脈沖源分十位分個(gè)位秒十位秒個(gè)位0.1s0.01s啟動(dòng)停頓電路與非清零圖2.2電子秒表電路框圖3.電子秒表各局部電路設(shè)計(jì)3.1啟動(dòng)與停頓電路圖3.1啟動(dòng)與停頓電路當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，使LM555計(jì)時(shí)器無法向第一個(gè)74LS160芯片傳遞脈沖信號，從而使整個(gè)計(jì)數(shù)電路處于暫停狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，LM555計(jì)時(shí)器向第一個(gè)74LS160芯片傳遞脈沖信號，開場計(jì)數(shù)，使計(jì)時(shí)器處于啟動(dòng)狀態(tài)。因此這個(gè)開關(guān)為“啟動(dòng)/暫停〞按鍵。3.2時(shí)鐘脈沖發(fā)生和控制信號由集成電路定時(shí)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，即從充電上升到所需的時(shí)間：脈沖寬度，即從放電下降到所需的時(shí)間：振蕩周期：因此，令,輸出頻率為100Hz即T=0.01s，則可求出C=1.02μF。得以下列圖3.2中100Hz的555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器：圖3.2555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器根據(jù)圖3.2，計(jì)算得，從3腳(OUT)可輸出100Hz的脈沖信號。3.3設(shè)計(jì)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器圖3.3.174LS160芯片引腳圖如圖3.3.1，A、B、C、D為數(shù)據(jù)輸入端，當(dāng)LOAD=0，在CLK上升沿到來后，ABCD則直入觸發(fā)器；GND為接地端；VCC為接高電平端；ENT為計(jì)數(shù)使能端，ENP為計(jì)數(shù)使能端，都為高電平有效；LOAD為置數(shù)控制端，低電平有效；CLR為異步清零端，低電平有效，無論其他輸入端是何狀態(tài)，都使片內(nèi)所有觸發(fā)器狀態(tài)置0；CLK為計(jì)數(shù)脈沖輸入端；QA、QB、QC、QD為計(jì)數(shù)輸出；RCO為進(jìn)位輸出端。當(dāng)時(shí)，74LS160處于計(jì)數(shù)狀態(tài),電路從0000狀態(tài)開場，連續(xù)輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，電路將從1001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端輸出的電平下降沿作為進(jìn)位輸出信號。級聯(lián)到秒十位和分十位的74LS160芯片上。如以下列圖3.3.2：圖3.3.2異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器3.4設(shè)計(jì)六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器使用74LS160D芯片實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器：74LS160D從0000狀態(tài)開場計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入第6個(gè)CP脈沖〔上升沿〕時(shí)，輸出，此時(shí)，反響給端一個(gè)清零信號，立即使返回0000狀態(tài)，接著,端的清零信號也隨之消失，74160重新從0000狀態(tài)開場新的計(jì)數(shù)周期。電路如圖3.3所示，圖3.3六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器3.5清零電路設(shè)計(jì)六個(gè)74LS160芯片的清零端全部都接在了一塊，通過一個(gè)開關(guān)和+5V電源連接，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)即所有清零端都接上了低電平，所有計(jì)數(shù)器將會(huì)清零；當(dāng)開關(guān)閉合即接高電平時(shí)，所有計(jì)數(shù)器正常工作。如圖3.5:圖3.5清零電路3.6譯碼顯示電路圖3.6譯碼顯示電路如圖3.6，譯碼顯示電路由6個(gè)七段式數(shù)碼管組成，每一個(gè)和74LS160芯片輸出端連接，通過譯碼顯示0~9數(shù)字。3.7總體電路圖：圖3.7電子秒表電路圖電路通過555多諧振蕩器產(chǎn)生的100Hz時(shí)鐘脈沖經(jīng)過啟動(dòng)與暫停開關(guān)輸入到第一個(gè)計(jì)數(shù)器即0.01s位的74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器使其進(jìn)展頻率為100Hz的十進(jìn)制加法運(yùn)算。并進(jìn)位至下一位0.1s位的十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，頻率縮減為10Hz。以此類推依次進(jìn)位至最高位，并以5個(gè)LED數(shù)碼管將計(jì)數(shù)器輸出的信號顯示出來。當(dāng)“啟動(dòng)/停頓〞開關(guān)處于低電平時(shí)計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)，即暫停；當(dāng)開關(guān)處于高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)正常工作。而清零開關(guān)為低電平時(shí)，所有計(jì)數(shù)器清零；處于高電平時(shí)所有計(jì)數(shù)器可正常工作。4完畢語與心得體會(huì)經(jīng)過這次的數(shù)字電子秒表課程設(shè)計(jì)后，我從中學(xué)到了好多東西。在我上了一個(gè)學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)根基課后，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)根基課，我可以獨(dú)立完成數(shù)字電子技術(shù)根基課程設(shè)計(jì)了，不過當(dāng)中還是遇到許多不懂的問題。通過這次自己動(dòng)手的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)數(shù)字電子電路的一般方法，還進(jìn)一步熟悉數(shù)字電子器件的使用。這個(gè)課程設(shè)計(jì)課我還不是很熟悉，第一次做難免會(huì)感到陌生，而且對很多根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(jì)的質(zhì)量，希望能在以后的時(shí)間里認(rèn)真學(xué)習(xí)好這些根基的東西。我對這個(gè)課程設(shè)計(jì)課有著深刻的體會(huì)：要想做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須認(rèn)認(rèn)真真地去做，不要怕麻煩，遇到不懂的問題就要主動(dòng)去問同學(xué)或者教師。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠結(jié)實(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。最后我希望課程設(shè)計(jì)課能夠再多一點(diǎn)給我們提供動(dòng)手的時(shí)機(jī)，并讓我們多點(diǎn)發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造能力，這樣可以在學(xué)到東西的同時(shí)又能發(fā)散大家的思維。總之，通過這次練習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培