数字电路计时器

目录第１章绪论...........................................11.1课题背景......................................11.2设计题目......................................11.3设计功能技术指标..............................1第２章方框图的设计...................................22.1电路的方框图..................................22.2方框图的原理..................................3第3章单元电路的设计与分析...........................43.1多谐振荡电路..................................43.2分频电路......................................53.3控制电路......................................63.4译码显示电路..................................7第4章整机电路的组成.................................84.1整机电路原理图................................84.2整机电路的工作原理............................9第５章电路的组装与调试..............................105.1合理布局.....................................105.2分级调试.....................................10结论.................................................12收获与体会............................................13致谢.................................................15参考文献..............................................16附录1元器件清单.....................................17课程设计任务书课程设计题目电子秒表功能技术指标功能：显示“秒”的电子秒表，计时时间（0-999S）。技术指标：1.计数范围000~999。2.具有启动、暂停、停止功能。工作量三周工作计划3月7日开题3月8日查资料，分析原理3月9日列元器件表，买元器件3月10日～3月16日安装调试电路3月17日～3月18日画出原理框图3月21日作品验收3月20日～3月23日终检写说明书3月24日准备答辩3月25日答辩指导教师评语指导教师签字：年月日哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸1第１章绪论1.1课题背景当时间到了现代电子技术得到了飞速的发展，以其方便快捷的特性在各行业得到了巨大的应用。尤其是后来数字技术的发展更是使得现在的数据、信息的存储传输提供了巨大的便捷。因此对电子技术的学习和练习就变得非常的必要。这次的课程设计正是体现了这一必要性。1.2设计题目本次电子线路课程设计的设计题目是：电子秒表。1.3设计功能技术指标1.计数范围000~999。2.具有启动、暂停、停止功能。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸2第２章方框图的设计2.1电路的方框图电路的主要部分由多谐振荡电路、控制电路、分频电路、计数电路译码及显示电路等单元电路组成。如图2—1所示。多谐振荡电路控制及分频电路计数电路译码电路图2-1电子秒表电路方框图显示电路哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸32.2方框图的原理1、多谐振荡电路多谐振荡器是由NE555构成的一种能产生矩形波的自激振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时电路在这两个稳态之间自动的交替变换，由此产生矩形脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。2、控制电路（1）清零的功能利用74LS90的使能端，74LS90的R01·R02=0，R91·R92=0计数进行。R01·R02=1时清零。将R01（2脚）接空相当于接高电平，R02（3脚）接单刀双制开关的中间端，然后两端分别接地与电源，则当开关合向地时计时，当开关合向电源时清零。（2）暂停的功能用一个开关控制振荡器的输出端与分频电路的输入端的开合。合则继续，开则暂停。3、计数电路74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，将12脚与1脚相连组成十进制计数器。并将6、7脚接地，2、3脚相与得零则计数器开始计数。14脚为脉冲输入端，将前一个芯片的11脚与后一个的14脚连接则构成74LS90十进制计数的级联。4、译码显示电路74LS47，是一种常用的七段显示译码器，该电路的输出为低电平有效，该译码器能够驱动共阳极七段数码管显示器显示0～9共10个数字的字形。将其与数码管相应脚相连则构成译码显示电路。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸4第3章单元电路的设计与分析3.1多谐振荡电路由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器（本电路中为Rp、R），脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端Dc放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图3-1。输出信号的时间参数是：T=tw1+tw2（式3—1）tw1=0.7（R1+R2）C（式3—2）tw2=0.7R2C（式3—3）其中，tw1为Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间（即电容充电的时间），tw2为Vc降回1/3Vcc的时间（即电容C放电所需的时间）。555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。图3-1555电路图及波形图哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸53.2分频电路1.分频电路主要由74LS90完成，如图3-2所示为74LS90的引脚排列图，其中计数器接成十进制形式，对频率为10HZ的时钟脉冲进行十分频，在输出端QD取得周期为1S的矩形脉冲，作计数器的时钟输入。通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。图3-274LS90的引脚排列图图3-374LS90级联图哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸6表3-774LS90功能表输入输出功能清0置9时钟QDQCQBQAR0(1)R0(2)S9(1)S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××1001置90××00××0↓1QA输出二进制计数1↓QDQCQB输出五进制计数↓QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD↓QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数11不变保持(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。(4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。(5)清零、置9功能。a)异步清零当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。b)置9功能当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001。3.3控制电路（1）清零的功能利用74LS90的使能端，74LS90的R01·R02=0，R91·R92=0计数进行。R01·R02=1时清零。将R01（2脚）接空相当于接高电平，R02（3脚）接单刀双制开关的中间端，然后两端分别接地与电源，则当开关合向地时计时，当开关合向电源时清零。（2）暂停的功能用一个开关控制振荡器的输出端与分频电路的输入端的开合。合则继续，开则暂停。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸73.4译码显示电路74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。74LS47为BCD七段译码器/驱动器，真值表如下：十进制LTRBDCBABI/RBOabcdefg01100001000000111X00011100111121X00101001001031X00111000011041X01001100110051X01011010010061X01101110000071X01111001111181X10001000000091X10011000110074ls47为四线-七段译码器，可以用来驱动七段共阳极数码管，当LT，RBI，BI，端接高电平时，从DCBA端输入BCD码时，从abcdefg端输出相应的数码管显示码。结合四线-七段译码器7447可以现实0到9个数字。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸8第4章整机电路的组成4.1整机电路原理图整机电路由组成整机原理图见图4-1。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸94.2整机电路的工作原理把电路接通电源，合上k1电路接通电源开始工作，数码管变亮。k3合向1端则使得74ls90R02接地，和R01相与为0，则秒表开始计数，如果合向3端，相与为1则数码管清零。如果k2断开，振荡器与后面部分断开，则计时暂停，闭合则继续。计数部分的输出的二进制数信号通过译码器的译码后送数码管显示。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸10第５章电路的组装与调试5.1合理布局电路在安装前要将各级进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布局，在此过程中我们本着以下原则：1.了解元件管脚功能。2.布线尽可能少，合理进行布线。3.电源线用红线，地线用黑线。4.布线规律有制,尽量减少交叉。5．美观大方。注意事项：1．电路板各个所用电源，地都连起来。2．防止接线短路。3．元件注意不可接反。5.2分级调试电路的调试过程一般是先分级调试，再级联调试，最后整机调试与性能指标测试。1、振荡电路的测试示波器输出波形为哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸11调节Rp使得输出波形的频率为10HZ。用555定时器构成的多谐振荡器，作为时钟源。2、计数器的测试计数器分别接成十进制形式，将计数器（1）（2）（3）级连，进行逻辑功能测试，并记录。3、译码显示电路的测试看数码管的输出是否有输出，范围为000～999s。999后能清零。4、控制电路拨动k3看显示是否清零、计时。拨动k2看显示是否暂停、继续。哈尔滨工业大学华德应用技术学院课程设计用纸12结论本次课程设计的题目是电子秒表，技术指标为：计数范围为0-999，可以清零、暂停。至今各项指标都已实现。整个过程历经3个星期，从资料的查询，方案的确定，以及电路板的制作。本电路由555振荡器、控制、分频、计数、译码显示几个部分组成，各电路的功能都已实现且运行良好。在本次设计的过程中，本组所设计和制作的电路还存在许多的不足之处。如：布线稍微凌乱，原件摆放松散