秒表電路的實(shí)習(xí)報(bào)告

1、<p>　　《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目 秒表電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 </p><p>　　班 級(jí)

2、 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一．前言</b>

3、;</p><p><b>　　二．內(nèi)容摘要</b></p><p><b>　　三．關(guān)鍵字</b></p><p><b>　　四．技術(shù)要求</b></p><p><b>　　五．方案論證與選擇</b></p><p>　　1.

4、1HZ信號(hào)脈沖裝置NE555定時(shí)器</p><p>　　2.計(jì)數(shù)器74LS160</p><p>　　3.譯碼器74LS48</p><p>　　4.七段數(shù)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(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及解決</p><p><b>　　八．心得體會(huì)</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　如今，信息正是一個(gè)高度發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，而數(shù)字技術(shù)是信息的基礎(chǔ)，數(shù)字技術(shù)是目前發(fā)展最快的技術(shù)領(lǐng)域之

6、一，數(shù)字技術(shù)在數(shù)字集成電路集成度越來(lái)越高的情況下，開(kāi)發(fā)數(shù)字系統(tǒng)的使用方法和用來(lái)實(shí)現(xiàn)這些方法的工具已經(jīng)發(fā)生了變化，但大規(guī)模集成電路中的基本模塊結(jié)構(gòu)仍然需要基本單元電源電路的有關(guān)概念，因此用基本邏輯電路來(lái)組成大規(guī)?；蛑幸?guī)模地方法仍然需要我們掌握。</p><p>　　二進(jìn)制數(shù)及二進(jìn)制代碼是數(shù)字系統(tǒng)中信息的主要表示形式，與，或，非三種基本邏輯運(yùn)算是邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)，相應(yīng)的邏輯門(mén)成為數(shù)字電路中最基本的元件。數(shù)字電路的輸入，

7、輸出信號(hào)為離散數(shù)字信號(hào)，電路中電子元器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。除此之外，由與，或，非門(mén)構(gòu)成的組合邏輯功能器件編碼器，譯碼器，數(shù)字分配器，數(shù)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(shù)相比，數(shù)字技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，這也是數(shù)字技術(shù)取代模擬技術(shù)被廣泛使用的原因。 </p><p>　　此次課設(shè)更是加深了我們對(duì)數(shù)字技術(shù)的理解和認(rèn)識(shí)。</p><p&g

8、t;<b>　　二．內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式秒表是電子設(shè)計(jì)技術(shù)中最基本的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)之一。該數(shù)字計(jì)數(shù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，是由控制電路，1秒脈沖發(fā)生器，譯碼顯示電路，計(jì)數(shù)器構(gòu)成的。其中控制電路是由計(jì)數(shù)器、譯碼器以及電阻，開(kāi)關(guān)組成的電路部分。</p><p>　　多諧振蕩器是由555定時(shí)器及其外圍電路組成的電路部分產(chǎn)生1秒的脈沖。</

9、p><p><b>　　三. 關(guān)鍵字</b></p><p>　　計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。</p><p>　　四．技術(shù)要求 </p><p>　　要求：1、電子秒表具有1只按鈕，當(dāng)按鈕第一次按下后開(kāi)始計(jì)時(shí)，第二次按下后停止計(jì)時(shí)并保留本次計(jì)時(shí)時(shí)間，第三次按下后電子秒表復(fù)位，為下一輪計(jì)

10、時(shí)做準(zhǔn)備。</p><p>　　2、用2只八段數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間，計(jì)時(shí)范圍為00秒 - 99秒。</p><p><b>　　五．方案論證與選擇</b></p><p>　　1、 數(shù)字式秒表，就需要顯示數(shù)字。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要用數(shù)碼來(lái)做顯示器。題目要求最大記數(shù)值為99秒，則需要2個(gè)7段數(shù)碼管作為顯示。要求計(jì)數(shù)分辨率為1秒，那么我們需要相應(yīng)頻率的信

11、號(hào)發(fā)生器。</p><p>　　選擇信號(hào)發(fā)生器時(shí)，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(shí)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(jí)分頻。</p><p>　　秒表核心部分——計(jì)數(shù)器，此次選擇74LS160計(jì)數(shù)器。它具有同步置數(shù)和異步清零功能。主要是利用它可以十分頻的功能。計(jì)數(shù)脈沖是由555定

12、時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，產(chǎn)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(shí)候，有多種選擇，如74LS47，74LS48等4-7線譯碼器。如果選擇7447，則用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管；如果選擇7448，則用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。</p><p><b>　　2、元件選擇、說(shuō)明</b></p><p>　　1HZ

13、脈沖信號(hào)發(fā)生器 本設(shè)計(jì)采用集成電路555定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。</p><p>　　上圖為555定時(shí)器的管腳圖。</p><p>　　圖(a) 555組成的占空比可調(diào)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(shí)鐘脈沖發(fā)生器，

14、圖（a）為脈沖頻率可調(diào)的矩形脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)Rp可得到任意頻率的脈沖信號(hào)，由于電容C充放電回路的時(shí)間常數(shù)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(shù)計(jì)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(jīng)過(guò)計(jì)算并實(shí)際調(diào)整，方案為R1=10千歐，R2=2.5千歐，c1=100微法。在實(shí)踐中，如果用示波器觀察到頻率不正確，可調(diào)整Rp來(lái)改變頻率，減小誤差。</p><p>　　計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)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(yù)置功能，在端無(wú)效時(shí)，端輸入低電平，在時(shí)鐘共同作用下，CP上跳后計(jì)數(shù)器狀態(tài)等于預(yù)置輸入DCBA，即所謂“同步”預(yù)置功能（第二行）。和都無(wú)效，ET或EP任意一個(gè)為低電平，計(jì)數(shù)器處于保持功能，即輸出狀態(tài)不變。只有四個(gè)控制輸入都為高電平，計(jì)數(shù)器（161）實(shí)現(xiàn)模10加法計(jì)數(shù)，Q3 Q2 Q1 Q0=100

17、1時(shí)，RCO=1。</p><p>　　8421碼加權(quán)計(jì)數(shù)器：，QD、QC、QB、QA輸出見(jiàn)計(jì)數(shù)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(qū)動(dòng)七段字形的七個(gè)信號(hào)，最常見(jiàn)的型號(hào)有74LS48、74LS47等。</p><p>　　8的輸入端是A3A2A1A0四位二進(jìn)制信號(hào)（84

18、21BCD碼），a、b、c、d、e、f、g是七段譯碼器的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高電平有效?？芍苯域?qū)動(dòng)共陰極七段數(shù)碼管。</p><p>　　74LS48管腳排列圖：</p><p>　　74LS48功能示意圖:</p><p><b>　　數(shù)碼管</b></p><p>　　共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，使用時(shí)，共陰級(jí)接地，7個(gè)陽(yáng)

19、極a~g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)，顯示規(guī)則如下表：</p><p>　　2 線－4 線譯碼器74ls139</p><p>　　139為兩個(gè)2 線－4 線譯碼器，當(dāng)選通端（G1）為高電平，可將地址端（A、B）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。</p><p>　　若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，139 還可作數(shù)據(jù)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(jù)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(gè)單元電路進(jìn)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(kāi)關(guān)控制電路；</p><p>　　單元3為計(jì)數(shù)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(jí)聯(lián)成1

22、00進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，即可滿(mǎn)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(gè)位秒，右邊的進(jìn)位輸出端接到左邊的計(jì)數(shù)控制端CET，而兩塊芯片的CLK均接同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)各位秒進(jìn)位時(shí)，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(jìn)位輸出端，故每次個(gè)位進(jìn)位時(shí)，十位秒就加一，根據(jù)芯片資料控制其他端口，這樣就組成了一個(gè)100進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器。</p><p&g

23、t;　　控制部分，由于題目要求只采用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制開(kāi)始計(jì)數(shù)、保持計(jì)數(shù)、清零，一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制多個(gè)狀態(tài)，我采用的是用一塊74ls160接成一個(gè)3進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，再通過(guò)一個(gè)2-4線譯碼器將3進(jìn)制計(jì)數(shù)器的3個(gè)狀態(tài)譯出來(lái)。采用一個(gè)彈性開(kāi)關(guān)的來(lái)控制3進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，開(kāi)關(guān)每次按下彈起的瞬間，74ls160芯片獲得一個(gè)上升的時(shí)鐘沿，每按一次加一。由此通過(guò)譯碼芯片的輸出端來(lái)控制100進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)、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(yàn)證自己的方案是否可行，我先采用了protues仿真驗(yàn)證了一下，因?yàn)閜rotues能形象的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的是否可行，而protel不是很能形象的表現(xiàn)出結(jié)果。</p><p>　　通過(guò)protues仿

25、真結(jié)果可知，理論上我的設(shè)計(jì)是可以實(shí)現(xiàn)的，于是我又了更高的興致去繼續(xù)我的設(shè)計(jì)。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(méi)學(xué)過(guò)這個(gè)，這是我自己自學(xué)的，本來(lái)做這個(gè)實(shí)習(xí)老師就要求我們最好能用protel仿真出來(lái)，因?yàn)閜rotel仿真也是我們這次實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容之一。為了能測(cè)試一下我在protel中仿真出來(lái)，我滿(mǎn)懷好奇連接完了原理圖。然后設(shè)置好了幾個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)擊simul

26、ate。剛開(kāi)始未能出現(xiàn)仿真結(jié)果，因?yàn)樽约哼€沒(méi)為元件編號(hào)！通過(guò)自己的細(xì)心慢慢解決了問(wèn)題。我的仿真結(jié)果出來(lái)了。</p><p>　　上圖為74ls160 100進(jìn)制輸出端的波形圖，有圖分析可知此為100進(jìn)制。</p><p>　　此圖為74ls48譯碼芯片的輸出端的波形變化，按照對(duì)應(yīng)時(shí)間的高低電平，可推算出相應(yīng)的數(shù)字！</p><p>　　原理圖和仿真都搞完之后，剩下的

27、就是畫(huà)pcb板了！</p><p><b>　　PCB版的制作</b></p><p>　　新建一個(gè)pcb文件，將新建的pcb文件保存，然后進(jìn)入pcb文件，點(diǎn)擊design——Import from project。即可將原理圖導(dǎo)入到pcb中。最后將元件的位置擺好點(diǎn)，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(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及解決</p><p>　　1、剛開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)未能選擇適當(dāng)?shù)男酒?，開(kāi)始時(shí)選用74ls163，它是4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如果采用此芯片設(shè)計(jì)成1

29、00進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將使得電路復(fù)雜很多，后面認(rèn)識(shí)到4位2進(jìn)制與十進(jìn)制芯片的區(qū)別后，采用十進(jìn)制芯片明顯比簡(jiǎn)單很多。經(jīng)過(guò)考慮之后放棄了使用了4位2進(jìn)制芯片，轉(zhuǎn)而采用74ls160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。從而解決了許多困難。</p><p>　　2,、控制部分需要只用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制三個(gè)狀態(tài)，開(kāi)始計(jì)時(shí)、保持、清零。由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，前面開(kāi)始想著采用rs觸發(fā)器來(lái)控制，但是未能完美實(shí)現(xiàn)一個(gè)開(kāi)關(guān)控制三個(gè)狀態(tài)。后面想著另外只加個(gè)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出

30、端來(lái)控制100進(jìn)制的計(jì)數(shù)控制端，而沒(méi)有采用譯碼芯片。為此亦未能完美實(shí)現(xiàn)三個(gè)狀態(tài)輪流實(shí)現(xiàn)。在我快要放棄的時(shí)候，靈感突然來(lái)臨，于是加多了一個(gè)2——4線譯碼芯片，結(jié)果很好的解決了開(kāi)關(guān)的控制問(wèn)題。</p><p><b>　　八．心得體會(huì)</b></p><p>　　三周的課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，雖然很辛苦，但給我?guī)?lái)了從未有過(guò)的體驗(yàn)與喜悅。在設(shè)計(jì)實(shí)踐的過(guò)程中，我深深的體會(huì)到必須要

31、有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析解決。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)曾做出了兩套方案以及仿真電路，我們仔細(xì)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(shí)習(xí)過(guò)程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮到各個(gè)元器件的功能和特性，要翻閱大量資料，參考別人的經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能把自己的電路設(shè)計(jì)的成功。</p><p>　　通過(guò)這次對(duì)數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了

32、解了關(guān)于數(shù)字秒表的原理與設(shè)計(jì)理念。在此次的數(shù)字秒表設(shè)計(jì)過(guò)程中，我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)、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(shí)是對(duì)我們大學(xué)生來(lái)說(shuō)十分寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是無(wú)法在課堂上獲得的，是現(xiàn)今社會(huì)最重視的同時(shí)也是我們最需要提高的部分。</p><p>　　在設(shè)計(jì)電路中,完成電路圖只是完成了設(shè)計(jì)的一小部分，更加困難的是對(duì)電路的驗(yàn)證和糾錯(cuò)，在這過(guò)程中我接觸到了很多未接觸過(guò)的檢查方法

33、和思想。在電路的仿真過(guò)程中出錯(cuò)的主要原因都主要是接線的錯(cuò)誤所引起的。接線的時(shí)候一定要細(xì)心，不要接錯(cuò)，同時(shí)也要學(xué)會(huì)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(lái)結(jié)果。對(duì)自己的設(shè)計(jì)要仔細(xì)考慮，是否可行，尤其是進(jìn)位輸出，著重看看進(jìn)位的CP脈沖是否正確等。</p><p>　　在繪制pcb時(shí)，要注意輸入端的管腳，因?yàn)樵谠韴D上電源和地端是不體現(xiàn)出來(lái)的，所以我們?cè)诶L制pcb時(shí)要加入焊盤(pán)給

34、電源和信號(hào)輸入端，再者，要將地線，電源線普通導(dǎo)線區(qū)別開(kāi)來(lái)。</p><p>　　總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，我越發(fā)感覺(jué)電子設(shè)計(jì)不是死板的東西，是有很大科學(xué)性與藝術(shù)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(shí)現(xiàn)思路，經(jīng)過(guò)組合后幾乎可以稱(chēng)之為藝術(shù)。這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)各種電路都有了大概的了解，也學(xué)會(huì)了常用EDA軟件的使用，在平時(shí)的理論學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題都一一解決，加深了我對(duì)專(zhuān)業(yè)的了解，培養(yǎng)了我對(duì)學(xué)習(xí)的興