数字电路计时器.doc

目录
第１章　绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 设计题目 1
1.3 设计功能技术指标 1
第２章　方框图的设计 2
2.1 电路的方框图 2
2.2 方框图的原理 3
第3章 单元电路的设计与分析 4
3.1 多谐振荡电路 4
3.2 分频电路 5
3.3 控制电路 6
3.4 译码显示电路 6
第4章　整机电路的组成 8
4.1 整机电路原理图 8
4.2 整机电路的工作原理 9
第５章　电路的组装与调试 10
5.1 合理布局 10
5.2 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
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。
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

显示电路

图2-1　电子秒表电路方框图
2.2 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。

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3-1　555电路图及波形图

3.2 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。

图3-2 74LS90的引脚排列图

图3-3 74LS90级联图

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，QD QC QB 作为输出端，为异步五进制加法计数器。
表3-7  74LS90功能表
输    入
输  出
功    能
清  0
置  9
时    钟
QD  QC  QB  QA
R0(1) R0(2)
S9 (1) S9(2)
CP1   CP2
1
1
0
×
×
0
×     ×
0
0
0
0
清    0
0
×
×
0
1
1
×    ×
1
0
0
1
置    9
0     ×
×     0
0     ×
×     0
↓     1
QA   输  出
二进制计数
1     ↓
QD QC QB 输出
五进制计数
↓    QA
QD QC QB QA 输出8421BCD 码
十进制计数
QD      ↓
QA QD QC QB 输出5421BCD 码
十进制计数
1     1
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QD QCQBQA＝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。
3.4 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。
74 LS 47为BCD七段译码器/驱动器，真值表如下：
十进制
LT
RB
D
C
B
A
BI/RBO
a
b
c
d
e
f
g
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
X
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
2
1
X
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
3
1
X
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
4
1
X
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
5
1
X
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
6
1
X
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
7
1
X
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
8
1
X
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
9
1
X
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
　 74ls47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。
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。

4.2　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74ls90 R02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。

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

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。
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，工艺有所欠缺。
通过这课程设计，让我知道了实践对于学习的重要性，让我坚定了要更加刻苦的学习电子知识并多做实践的决心。明白了理论只有在与实践相结合后才更有力量。相信自己会在老师的引导下努力成为一名具备专业的电子知识的高素质的大学生。为国家，为人民做出自己的贡献，实现自己的人生价值。
这不紧紧是一个设计，更重要的是一种人生的锻炼。相信我会为我的成功和目标而努力奋斗。

收获与体会
本次课程设计对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅 相关文献资料，和组织材料的综合能力。
通过本次本次课程设计学习了数字电路中时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用和学习电子秒表的调试方法。加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案设计了一套电路原理图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了74LS90，74LS74，NE555等芯片。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
在此，感谢王老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！
致 谢
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在王朋老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。在我的课程设计中对我帮助最大莫过于我的指导教师王鹏老师了。
这次课程设计顺利的成功，首先感谢指导教师王朋老师在课程设计期间所给予的关心和帮助，是他给了我们最大的支持，鼓励和帮助。才使我们完成本次课程设计。每当我们遇到疑难不解的问题时，老师都能第一时间里给与我们帮住，他这种认真负责工作态度和宽以待人的崇高品质值得我们学习和借鉴。
此外，我还要感谢单老师和实验室的胡老师们，当我们在搭建电路元件时，单老师给我们提供了很大的帮助，有时还与我们一起讨论造成电路有问题的原因。实验室的老师们都会按时值勤，给我们设计人员提供物质和精神上的帮助。他们能够帮助我们的尽一切的可能来帮助，帮助不了的，他们会与我们一起想办法来解决。
所以我要衷心地感谢老师们给予我们的关怀和照顾，在这里请允许我向各位老师道声“老师，您们辛苦了！
在这里，我要再一次对我的导师及电子系的全体老师表示深深的谢意！是在你们的支持与帮助下我们顺利的完成了此次课程设计。
参考文献
1杨欣．王玉凤.电子设计从零开始.清华大学出版社,2005:172-173
2余孟尝.数字电子技术基础简明教程．高等教育出版社, 1985:150-155
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5张庆权.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社,2002:420-426
6 沈明山.常用电子元件手册.机械工业出版社,2001:260-264
7 郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社,2004: 65-69
8 杨素行.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2005: 212-220
9 刘维恒.实用电子电路基础.电子工业出版社,2004: 69-71
10 王武江.陈树凯.常用集成电路速查手册.冶金工业出版社, 2004: 105-110
11 成立.电子技术.北京理工大学出版社,2000: 91-95

序号
元件名称
元件数量
1
74Ls90
3个
2
74Ls47
3个
3
NE555
1个
4
470Ω电阻
21个
5
650k电阻
1个
6
200k电位器
1个
7
200K电位器
1个
8
100n 电容
2个
9
数码管
3个
10
单刀双制开关
2个
11
自锁开关
1个
12
导线
若干
附录1 元器件清单

16