计时秒表设计.doc

五．总结及体会

计时秒表设计
一．设计题目 1
二．设计要求 1
三．题目分析及设计思想 1
三．方案设计 3
四．系统工作 7
五．总结及体会 8

一．设计题目
计时秒表设计
二．设计要求
按下启动按钮后，秒表开始计时，显示范围从0-99，前导零需要消隐，停止键按下后，记录一组数据，但计时仍然在进行，再次按下停止键，停止计时，第一次存储的数据可以通过按键方式取出并显示。
三．题目分析及设计思想
1.功能分析
共有几个功能；
（1）.在0S～99S范围内计时；
（2）.前导零需要消隐；
（3）.第一次按stop键记录一组数据，但是仍在计数；
（4）.第二次按stop键停止计时；
（5）.通过按键方式将存储的数据取出，并显示。
2.结构分析
可以将系统分为脉冲发生模块，十进制计数器，按键控制模块，数码管显示模块，寄存器模块及电源模块。其各个模块的关系如下图的结构框图所示

图1.系统结构框图
其中，在数码管显示部分含有有前导零消隐的处理电路。
3.总体设计思路
此系统由USB接口供电，经过一个LM7805将电压稳定在5V，为系统提供5V电压；脉冲发生器为十进制计数器提供脉冲，使十进制计数器产生相应的BCD8421码，再通过显示译码器，使其在数码管上显示，数码管显示时，由组合逻辑电路组成的前导零消隐电路，使电路实现前导零消隐功能。通过按键控制两个级联的JK触发器，一个JK触发器的Q端输出控制计数器和脉冲发生器，一个控制数据存储器部分，当第一次按下按键的时候，计时启动；第二次按键的之后，存储数据，计时继续；第三次按键的之后，计时停止。通过其它按键可以将存储的数据显示在数码管上。可以分别在计数器和数据存储器的输出加一个74LS373，74LS373有一个特点就是：当使能端关闭之后，输出为高电平且呈现高阻状态。这样两部分就不会相互影响了。
三．方案设计
1.脉冲发生器设计
由于设计题目是计时秒表的设计，所以需要对十进制计数器提供1Hz的脉冲，在此方案中采用LM555定时器构成的多谐振荡器产生周期略小于1s的脉冲，为十进制计数器提供脉冲，使十进制计数器1s计时增加一次。其脉冲产生电路如下图所示

图2.脉冲发生器
2.十进制计数器设计
本系统中选用集成十进制计数器芯片74LS192，由于要从0—99计数，所以选用两片74LS192芯片，一个作为个位计数，一个作为十位计数，作为个位的74LS192的加计数控制端接脉冲发生器输出端，个位的仅为输出端接作为十位的74LS192的加计数控制端。
3.数码管显示设计
此系统中，采用数码管显示0—99的计数，在数码管输入端采用二—十进制的七段显示译码器芯片74LS48，在74LS48芯片上面有消隐控制端，则可通过一些与门和非门的结合，可使电路达到前导零消隐，从而实现前导零消隐的功能要求。

图4.数码管显示电路图
4.数据存储器的设计
将十进制计数器的输出端口连接到存储器的输入端口。存储器采用并口输入并口输出的74LS194，当一个上升沿到来的时候，就可以立即存取一组数据。存储器并口输出接入一个三态门，可以用74LS373、74LS573、74LS244或者74LS245。只有当三态门使能的时候，存储的数据才能被送到74LS48的输入端口，从而在数码管上面显示。
5.控制按键的设计
对于设计要求，当按下停止键的时候，记录一组数据，计时仍在继续，当再次按下停止键的时候，停止计时，存储的数据不变，这就要求刚开始的时候，74LS194的时钟输入为低电平，当按键按第一次的时候，上升沿到来，74LS194就会存储一组数据；当第二次按键之后，下降沿到来，或者保持高电平，这样，就不会影响到存储的数据。在此设计中，开始和停止按键是一个按键，按键后面级联两个JK触发器，两个触发器的JK端接高电平，这样，当有效脉冲到来的时候，输出发生翻转，第一个触发器的输出端接74LS194的时钟端口，第二个JK触发器的输出接与74LS194无关的那个三态门的使能端和一个非门的输入端口，其中非门的输出和脉冲发生器的输出同时接一个与非门，与非门的输出接十进制计数器个位计数器的时钟端口。当第一次按键之后，与74LS194无关的那个三态门打开，计时器的输出可以达到74LS48 从而在数码管上面显示计时数字，当第二次按键的之后，74LS194存储一组数据，第三次按键之后，与74LS194无关的那个三态门关闭，显示的计时停止。可以将与74LS194有关的那个三态门打开，将存储数据调入数码管上面显示。
6.电源供电设计
由于此系统用到的都是数字芯片，要求的工作电压在5V左右，所以在此系统中采用USB供电，因为USB的供电电压在5V左右，但是由于USB的波动太大，可能会影响到系统工作，那么可以运用一个LM7805稳压，将电压稳定在5V。
四．系统工作
1.系统工作流程
当通电之后，脉冲发生器就开始产生脉冲，但是脉冲的输出端口通过一个与非门之后才接入十进制计数器的输入端，与非门的另一个输入端与一个非门连在一起，而非门的输入端与控制按键部分中的第二个JK触发器的输出端相连，JK触发器的开始状态为“1”，这样，那个与非门就将脉冲锁住，十进制计数器无法接受到脉冲。当第一次按键之后，与非门就会解除锁定，脉冲开始有效接入十进制计数器的时钟输入端，同时与74LS194无关的那个74LS373打开，数码管开始显示计数器的计时数字。当第二次按下按键之后，74LS194的时钟端口来一个上升沿，74LS194记录一组数据，但是计时仍在进行。当第三次按下按键之后，
与非门锁住，脉冲无法有效地与计时器相连，同时与74LS194无关的那个74LS373关闭，计时停止。通过将与74LS194有关的那个74LS373打开，存储的数据就会在数码管上面显示。系统中还有其它一些清零复位按键，可根据不同的情况进行操作。
2.系统工作图和仿真图

五．总结及体会
通过这次设计，不但使我巩固了所学的基础知识，而且也让我学到了很多新知识，同时也得到了很多无法从书本上获得的知识和经验。我认为，要想成功设计一件东西，首先要做的是要弄清楚它的设计要求与功能的实现， 找到功能要求，进行功能的分析和划分，然后利用所知道的知识进行各个模块的设计及各个功能的单独实现，再从整体上将各个模块联系起来。最后再进行整体调试，再对遇到的问题进行分析解决。
- 9 -