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数字式秒表设计(设计一个数字式秒表,一个最简单的数字秒表由毫秒信号发生电路,分、秒、毫秒计数电路,译码显示电路组成。)

首先由毫秒信号产生电路生产毫秒信号,将此信号接到毫秒计数器的信号输入端。接着,在这个毫秒信号的驱动下,毫秒计数器向秒计数器进位,秒计数器向分计数器进位,最后通过译码器将计数器中的状态以时间的形式显示出来,这样就实现了时间的计数和显示功能
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数字式秒表 湖南工学院
目录
第一章系统概述------------------------------------------------------------------------------1
1.1 系统设计思路与总体方案--------------------------------------------------------------1
1.2 总体工作过程-----------------------------------------------------------------------------2
1.3 各功能块的划分和组成-----------------------------------------------------------------2
1.4 芯片简介-----------------------------------------------------------------------------------2
第二章单元电路的设计和总体分析------------------------------------------------------9
2.1 毫秒信号的发生电路--------------------------------------------------------------------9
2.2 分、秒、毫秒计数电路-----------------------------------------------------------------10
2.3 组合设计-----------------------------------------------------------------------------------12
第三章总体电路的设计与安装------------------------------------------------------------15
3.1 PCB 电路板的制作----------------------------------------------------------------------15
3.1 安装调试的步骤--------------------------------------------------------------------------16
3.2 遇到的主要的问题及注意事项--------------------------------------------------------17
第四章总结------------------------------------------------------------------------------------18
附录 1 元器件明细表------------------------------------------------------------------------19
附录 2 总原理接线图------------------------------------------------------------------------19
参考文献---------------------------------------------------------------------------------------20

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第一章 系统概述
1.1 系统设计思路与总体方案
通过对设计要求的分析,应用相关的数字电子电路方面的知识画出原理图,检查无误
后,将原理图在 EWB 中仿真,验证通过无误后,可以考虑使用何种方案来实现设计电路。
我们可以通过对照原理图在万能板上焊接来实现所设计的电路;也可以在 PROTEL 中画出
原理图并布好线通过做 PCB 板来实现所设计的电路;还可以通过在面包板上插线来实现设
计的电路。由于我们考虑到设计电路图使用的原器件太多,且芯片的引脚太密,给焊接和
布线带来了一定的难度,同时由于我们还没开始电工实习,对焊接技术了解不多,并且我
们模拟电子电路课程采用了万能板焊接的方案,对万能板有一定的了解,故不采用此方案。
对于 PCB 板的方案,我们考虑到后续课程(如单片机)等课程设计均要使用到 PCB 板,
所以这次课程设计我们采用 PCB 板的焊接来实现设计电路。
(1)电路总体功能、结构的分析
本电路的目标为设计一个数字式秒表,一个最简单的数字秒表由毫秒信号发生电路,
分、秒、毫秒计数电路,译码显示电路组成。
数字式秒表电路系统由主体电路和扩展电路两部分组成。其中主体电路完成计数功能,控
制电路完成控制的扩展功能。通过所设计电路将实现具有清零、启动、暂停、继续等控制
功能的计时数字式秒表。
根据电路所需要达到的要求,可以将电路的总体结构框图描述(如图 1.1):
图 1.1 多功能数字式秒表系统的组成框图
设计时各部分所用的器件名称如下:
时钟信号:由 NE555P 组成的多谐振荡器。
计数器:74LS290
锁存器:CT74LS373
译码器:CT74LS48
显示器:BS202
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1.2 总体工作过程
一、时间的计数和显示的实现
首先由毫秒信号产生电路生产毫秒信号,将此信号接到毫秒计数器的信号输入端。接
着,在这个毫秒信号的驱动下,毫秒计数器向秒计数器进位,秒计数器向分计数器进位,
最后通过译码器将计数器中的状态以时间的形式显示出来,这样就实现了时间的计数和显
示功能。
1.3 各功能块的划分和组成
一、毫秒信号产生电路
NE555 定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。利用闭
合回路的反馈作用可以产生自激振荡。TTL 电路延迟时间短,难以控制频率。电路接入
RC 回路有助于获得较低的振荡频率,由于门电路的作用时间极短,TTL 电路自有几十纳
秒,所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的,而且频率不易调节。在电路中接入 RC
电路可以有助于获得较低的振荡频率,而且通过改变 R,C 的数值可以很容易实现对频率
的调节。
二、分、秒、毫秒计数电路及译码、显示电路
这部分电路包括 6 个 BCD 七段码计数器,其中两组接成 100 进制,剩下一组接成 60
进制,及相应的译码显示器。之所以要用 BCD 七段码计数器,是因为分、秒、毫秒都是要
用两位十进制数表示的,因而分、秒、毫秒的个位和十位所对应的计数器状态输出都应该
是 BCD 码。又因为秒的显示方式是 60 进制的,故 3 个计数器分别要接成 100、60、100 进
制的。
1.4 芯片简介
(一) 74LS290
74LS290 是一种较为典型的异步十进制计数器。它由 1 个一位二进制和 1 个异步五
进制计数器组成。如果计数脉冲由 CLKA 端输入,输出由 QA 端引出,即得二进制计数器;
如果计数脉冲 CLKB 端输入,输出由 QA~QD 端引出即得五进制计数器;如果将 QA 与
CLKB 相连,计数脉冲由 CLKA 输入,输出由 QA~QB 引出,即得 8421 码十进制计数器。
因此,又称此电路为二——五——十进制计数器。
74LS290 的引脚图、功能表如下图所示:
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图 1.2 74LS290 的
引脚图
输入 输出
CP
R0(1
)
R0(2
)
S9(1
)
S9(2
)
QA QB QC QD
X 1 1 0 X 0 0 0 0
1 1 X 0 0 0 0 0
X X 1 1 1 0 0 1
↓
X 0 X 0
计数0 X 0 X
0 X X 0
X 0 0 X
(1)1 个下降沿触发的 T 触发器,形成模 2 计数器;
(2)3 个下降沿触发的 T 触发器,组成的异步模 5 加法计数器;
( 3 ) 异 步 清 0 只 要 S9 ( 1 ) ×S9 ( 2 ) =0 , R0 ( 1 ) =R0 ( 2 ) =1 , 就 可 使
QAQBQCQD=0000,即异步清 0。
(4)异步置 9 只要 S9(1)=S9(2),就可实现全且确切,即异步置 9。
表 1.1 74LS290 的功能表
(5)实现模 10 计数器
在 S9(1)×S9(2)=0,R0(1)×R0(2)=0 同时满足的情况下,可在 CP 下
降沿作用下实现加法计数。若在 CP0 端输入脉冲,则 Q0 端是模 2 计数,若在 CP1
端 输 入 脉 冲 , 则 由 Q3 、 Q2 、 Q1 构 成 的 计 数 器 实 现 异 步 模 5 计 数 。 在
S9(1)×S9(2)=0,R0(1)×R0(2)=0 同时满足的情况下,把 Q0 连至
CP1,于是,模 2 计数器的 Q0 由 1 变 0 时,可使 Q3、Q2、Q1 构成模 5 计数器进
行计数,总模数为 5×2=10。
(6)实现模 6 计数器
将 74290 的 QA、QB 直接和复位端 R0(1)、 R0(2)相连,计数器的初态为
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0,当计数脉冲 M=6,输出 QAQBQCQD=0110 时,计数器立即返回 0 状态,从
而实现 M=6 的计数功能。
(二)CT74LS373
锁存器的原理图如下图
图 1.3 锁存器的原理图
C 是锁存器信号的输入端,D 是数据输入端 Q 和 Qo 是数据互补输出端。当 C=0 时,
G2 被封锁,输出 0,G3 被封锁输出 1。G5 输出 Q=D,Qo=Do(D 和 Do 是数据互补)。
当 C 由 0 变 1 时,分两种情况讨论:一是当 C 由 0 变 1 时,Qo=1,Q=0,G2 被封锁,
由于 G3 两个输入都为 1,其输出为 0。G4 门也被封锁。G2 门的输出 Qo=1。原来的状
态不改变。其二是当 C 由 0 变 1 时,Qo=0,Q=1。G2 门的两输入均为 1,则输出
Qo=0,使 Q=1。D 无论是 0 还是 1 也不改变原来的状态。综合上述分析,可看出:
C=0 时,Q=D,电路不锁存数据,相当于缓冲器。当 C=1 时,D 不影响电路状态。C 由
0 变 1 时将数据 D 锁定并保持。直到 C 由 1 变回 0。
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