电子秒表 实验报告

信息工程学院课程设计目 录1绪论11.1课题背景11.2秒表的发展趋势11.3本课题研究内容22研究方案与预期成果22.1研究方案22.2预期成果43设计任务与思想113.1设计任务123.2设计目的133.3设计总体思想154系统硬件设计54.1系统硬件设计框图54.2 LED显示电路84.3时钟分频计数电路84.4秒脉冲电路94.5 控制开关电路104.6系统电路图115系统仿真与调试195.1软件平台195.2系统仿真205.3系统软件调试205.4仿真测试256电路板焊接与调试266.1焊接步骤266.2注意事项266.3元件清单276.2实物图287 总结29电子秒表的设计摘 要：本次设计的电子秒表计数器利用显示电路、数码管以及外部中断电路来设计秒表。 使得电路能够实现7段数码管的动态显示。仿真系统利用EWB来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。利用555芯片实现秒信号脉冲本次设计的秒表作为电路脉冲源，利用基本RS触发器实现电路的暂停、复位，用三个74Sl90实现100进制。具有从0秒0到99秒9计数功能以及暂停功能，具有一定的研究价值。关键字：触发器，555芯片，74Ls901绪论1.1课题背景奥运男子百米飞人大战中，牙买加飞人博尔特以9秒69的成绩夺得冠军。而博尔特冲过终点的瞬间，荧屏显示其成绩为9秒68。相差的这个0.01秒，由电子计时系统确认。奥运会男子100米蝶泳决赛上，美国选手菲尔普斯以50秒58的成绩惊险夺冠，距离“八金梦想”仅一步之遥。塞尔维亚选手查维奇以50.59秒获得银牌，只比菲尔普斯慢0.01秒。这种细微的差距，即使是现场大屏幕用经典超慢镜头回放，也无法分辨。2004年8月28日15点15分，中国选手孟关良/杨文军在雅典奥运会男子500米划艇决赛中，以1分40秒278的成绩获得中国在雅典奥运会的第28金。这是中国皮划艇项目的第一枚奥运金牌，也是中国水上项目在历届奥运会上所获得的第一枚金牌。孟关良/杨文军的成绩比获得银牌的古巴选手只快了0.072秒，以至于两人在夺冠之后还不敢相信。在现在的体育竞技比赛中，随着运动员的水平不断提高，差距也在不断缩小。有些运动对时间精度的要求也越来越高，有时比赛冠亚军之间的差距只有几毫秒，因此就需要高精度的秒表来记录成绩。1.2秒表的发展趋势时间是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。测量时间的基本方法是使用秒表直接测量。其中秒表的精度是人们最关心的，这就要求它的计时最小单位足够小，显示模块的灵敏度足够高。随着人类科技文明的发展，人们对于秒表的要求在不断地提高。秒表已不仅仅被看成一种用来计时的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代秒表发展的趋势。在这种趋势下，秒表的数字化、多功能化已经成为现代秒表生产研究的主导设计方向。1.3本课题研究内容本次设计的电子秒表计数器利用显示电路、数码管以及外部中断电路来设计秒表。 使得电路能够实现7段数码管的动态显示。仿真系统利用EWB来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。本次设计的秒表具有从0秒0到99秒9计数功能以及暂停功能，具有一定的研究价值。2研究方案与预期成果2.1研究方案根据课题研究内容，电路主要由LED驱动显示电路，十进制计数电路，秒脉冲电路，控制开关电路组成。基于数字电路。传统的秒表以最为基本的数字电路来实现的。2.2预期成果根据课题研究内容，本设计的秒表要实现的功能是从00秒0到99秒9计数功能以及启动暂停功能。3.设计任务与思想3.1设计任务 a.设计一个简易秒表 ,该秒表由3位七段LED显示器显示，其中一位显示“ms”数字,两位显示“s”，其中一个LED显示器显示“s”的个位数字，另一个显示“s”的十位数字，其中显示分辩率为0.1 s，计时范围 99.9s。b.设计秒表原理图，并对设计电路进行仿真。写出完整、详细的课程设计报告。C.课程设计时间：教学周 （十五、十六周）。3.2设计目的 a进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用。 b. 学习和练习在面加深理解数字电路的基本理论知识，学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握数字电路系统设计的基本方法包括板上接线的方法、技术、要注意的问题。 c. 学习数字电路实物制作、调试、测试、故障查找和排除的方法。 d. 学习仔细的做实验的习惯，积极的查找资料。 e. 提高分析和解决实际问题的能力。f. 增强团队合作的意识，提高团队合作的能力。3.3 设计总体思想RS 触发器作为 启动和停止秒表工作的电路 。为实现电子秒表的计时与显示功能：首先，需要一准确的时钟脉冲，脉冲频率为50Hz。在一般教学实验箱中有连续可调的时钟脉冲，而在EWB软件中可用模拟的信号发生器，为了达到进一步熟悉和应用数字电路模块，我们模拟应用了555振荡器。而开关控制电路，用集成与非门构成的基本RS触发器。其次，需要一时钟脉冲分频电路，以生成所需脉冲，考虑到时钟进制为十进制，输出得到秒以及秒后的一位所需的显示信号。此电路主要由74LS90，74LS48等集成电路构成的组合电路实现。 最后，需要显示译码电路，显示电路输出结果。本设计用的是LSD5114 LED显示器的译码器。3.4 设计原理a.设计指标 （1） 数字式秒表实现简单的计时与显示，按下启动键开始清零计时，按下停止键，计时停止。 （2） 具有“秒-个位”（09），“秒-十位”（ 09），“十分之一秒”（0 9）数字显示，分辨率为 0. 1 秒。计时范围从 0 秒 0 到 99 秒 9 。b.电子秒表的构成 如图2.2所示为电子秒表的一般构成框图。利用555设计一个多谐振荡器，其产生的秒脉冲触发 74LS90 计数，计时部分的计数器由0.1s位、s个位、s十位三个计数器组成，最后通过 74LS48 译码在数码管上显示输出。由启动和停止电路控制启动和停止秒表。（如下图） 图 1图 23 电路硬件设计3.1电路设计框图根据设计方案，硬件电路由电路主要由LED驱动显示电路，十进制计数电路，秒脉冲电路，控制开关电路组成。电路设计框图如图所示：*电路设计框图*3.2 LED显示电路 LED显示电路由三个七段数码管和三个74LS48芯片组成的驱动电路组成。 图 3a. 七段数码管引脚图：图 4数码管使用条件：a.段及小数点上加限流电阻b.使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定c.使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA     峰值电流 100mAd.数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；e.焊接温度：度；焊接时间：f.表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。真值表：驱动电路;驱动电路由三个74LS48组成的集成电路。对于74LS48,接触过的人并不会感到陌生，因为他是常用的驱动Led的芯片。 74LS48引脚图 74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能：（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中116行。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。3.3 时钟分频计数电路 通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到 10Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。 须设计一个五进制计数器 ，对频率为 50HZ 的时钟脉冲进行五分频，在输出端 Q4 取得周期为 0.1S 的矩形脉冲，作为 时间计数单元的时钟输入。 用集成异步计数器 74LS90 实现。 *74LS90引脚图74LS90功能表：输 入 输 出 功 能 清 0 置 9 时 钟 Q4 Q3 Q2 Q1 R0(1)、R0(2) R9(1)、R9(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 Q1输出二进制计数 1 Q4Q3Q2输出五进制计数 Q1 Q4Q3Q2Q1输出 8421BCD 码 十进制计数 Q4 Q1Q4Q3Q2输出 5421BCD 码 十进制计数 1 1 不 变 保 持 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QDQCQBQA0000。 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QDQCQBQA1001。时间计数单元 时间计数单元有分计数、秒计数和0.1秒计数等几个部分。 要实现 0.1 .秒计数，须设计一个 10 进制计数器； 要实现分计数，须设计一个 10 进制计数器，这里选用 74LS90 实现。十分之一秒计数器和分计数器是十进制，所以只需要将 74LS90 接成十进制即可。 74LS90设计十进制图74LS90连线图：3.4 秒脉冲电路用555定时器构成方波发生器组成秒脉冲电路。（1）555定时器引脚排列及功能表它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16VCMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端Vo4脚：是直接