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目录第一章.电子秒表结构设计与设计方案1第二章.电子秒表单元电路的设计22.1 秒表的设计思路22.2脉冲源的设计22.3电路直接置位、复位功能的设计32.4 电路清零功能的设计42.5计数及译码显示功能设计52.6 译码驱动及显示单元62.7电子秒表工作原理6第三章. 元器件介绍83.1 元器件清单83.2 元器件介绍83.2.1 555定时器83.2.2七段显示译码器9一相关设计方案及抉择111.1方案一111.2方案二112理论设计-单元电路与总电路设计132.1 5V电压源电路设计132.1.1 降压电路132.2 1s信号源设计:142.3 计数器电路设计:162.3.1 74ls190管脚图及功能简介162.3.2 电路连接概述182.4 显示电路192.5报警电路212.6 控制电路223仿真调试233.1 软件介绍233.2 调试过程233.2.1 倒计时及停止电路调试234实验中出现的问题及解决方法25附录27电子秒表总电路图27总体电路图27元器件清单27I摘要在数字测量仪表和各种数字系统中,都需要将数字量直观的显示出来,数字显示电路通常由译码驱动器和显示器等部分组成。数码显示器就是用来显示数字、文字或符号的器件。七段式数字显示器是目前常用的显示方式,它利用不同发光段的组合,可以显示09等阿拉伯数字充分运用芯片74LS90的逻辑功能,用四片74LS90芯片实现秒表示00:0099:99秒。利用集成与非门构成的基本RS触发器(低电平直接触发)实现电路的直接置位、复位功能。利用集成与非门构成的微分型单稳态触发器为计数器清零提供输出负脉冲。利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。用四个LED数码管显示“秒表”,显示时间为00:00-99:99秒,每厘秒自动加一。电子秒表分为脉冲源、秒计数、厘秒计数、译码驱动电路和显示电路。另外设计控制电路,使秒表启动、停止、复位。先按一下按钮开关2,此时电子秒表不工作,再按一下按钮开关1,则计数器清零后便开始计时,观察数码显示管计数情况是否正常,如不需要计时或暂停计时,按一下按钮开关K2,计时立即停止,但数码管仍保留所计时之值。利用电子钟或手表的秒计时对电子秒表进行校准。经调试,结果与预测结果相同,达到了预期的目的。陕西航空职业技术学院毕业论文第一章.电子秒表结构设计与设计方案充分运用芯片74LS90的逻辑功能,用四片74LS90芯片实现秒表示00:0099:99秒。利用集成与非门构成的基本RS触发器(低电平直接触发)实现电路的直接置位、复位功能。利用集成与非门构成的微分型单稳态触发器为计数器清零提供输出负脉冲。利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。电路图如图1.1所示。图1.1 总电路图1第二章.电子秒表单元电路的设计 2.1 秒表的设计思路用四个LED数码管显示“秒表”,显示时间为00:00-99:99秒,每厘秒自动加一。电子秒表分为脉冲源、秒计数、厘秒计数、译码驱动电路和显示电路。另外设计控制电路,使秒表启动、停止、复位。框图如2.1所示。 图2.1秒表总体框图2.2脉冲源的设计振荡器是电子秒表的核心,振荡器产生脉冲。振荡器的频率精度决定了电子秒表计时的准确程度,通常选用石英晶体构成的振荡器。一般来说,振荡器的频率越高,计时精度越高。用555定时器构成的多谐振荡器如图2.2.1。 图2.2.1 多谐振荡器电路图2.2.2 多谐振荡器的工作波形接通电源后,电容C被充电,当Vc上升到2Vcc/3时,使Vo为低电平,同时放电三极管T导通,此时电容C通过R2和T放电,Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时,Vo翻转为高电平。电容器C放电所需时间为: (1)当放电结束时,T截止,Vcc将通过R2、Rp、R1向电容C充电,Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3,所需时间为: (2)当Vc上升到2Vcc/3时,电路又翻转为低电平。如此周而复始,于是,在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波,电路的工作波形如上图3.2.2所示,其振荡周期为: (3) f = 1/T = 100Hz (4) 输出方波占空比为: (5) 脉冲源电路的职能是为秒表提供脉冲源以驱动芯片74LS90工作。2.3电路直接置位、复位功能的设计电路的直接置位、复位功能利用集成与非门构成的基本RS触发器实现,属于低电平直接触发的触发器,有直接置位、复位的功能。如图2.3所示。图2.3 由基本RS触发器构成的具有直接置位、复位功能的逻辑电路它的一路输出作为单稳态触发器的输入,另一路输出 Q作为与非门的输入控制信号,控制脉冲源CP的放行与禁止。按动按钮开关K2(接地),则门1输出1;门2输出Q0,K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K1 ,则Q由0变为1,门5开启, 为计数器启动作好准备。由1变0,送出负脉冲,启动单稳态触发器工作。基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。2.4 电路清零功能的设计电路清零功能利用集成与非门构成的微分型单稳态触发器实现。其逻辑电路图如图2.4.1所示图2.4.1 微分型单稳态触发器 而图2.4.2为其各点的波形图。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号vi 由基本RS触发器端提供,输出负脉冲vO 通过非门加到计数器的清除端R。静态时,门4应处于截止状态,故电阻R必须小于门的关门电阻ROff 。定时元件RC取值不同,输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时,可以省去输入微分电路的RP 和CP 。 单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号 图2.4.2 单稳态触发器波形图 图2.5.1 74LS90引脚排列2.5计数及译码显示功能设计计数功能主要利用二五十进制加法计数器74LS90来实现。因要求电子秒表显示时间为00:0099:99秒,因此需四片74LS90芯片,其与译码显示单元的相应输入端连接,可显示00:0099:99秒。图2.5.1为74LS90引脚排列。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,QDQCQB作为输出端,为异步五进制加法计数器。(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。74LS90芯片功能表如表2.5.1所示。由四片74LS90芯片构成的计数器电路如图2.5.2所示。74LS90构成的计数器与相应的译码显示器相连构成电子秒表显示电路。表2.5.1 74LS90芯片功能表 清 0置 9时 钟QD QC QB QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP21100 0000清 00011 1001置 90 00 0 1QA 输 出二进制计数1 QDQCQB输出五进制计数 QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数1 1不 变保 持 图2.5.2 74LS90构成的计数器2.6 译码驱动及显示单元计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出,选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流,选用CD4511作为显示译码电路,选用LED数码管作为显示单元电路。2.7电子秒表工作原理接通电源后,按动按钮开关K2(接地),则门G1输出1;门G2输出Q0,K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K1 ,则Q由0变为1,门G5开启, 为计数器启动作好准备。由1变0,送出负脉冲,启动单稳态触发器工作。门G5开启时,脉冲信号CP被放行,因此芯片74LS90(0)开始工作,由于该芯片计时精度为0.01s,因此变化很快,看不清数字逐渐从0加到9,但理论上可知,当该芯片计时到9时,此时74LS90的输出端QDQCQBQA=1001,进位输出,因此74LS90(1)芯片开始工作。该芯片计时精度为0.1s,因此也不能看到数字从0加到9,但理论上,当该芯片计时到9时,该芯片输出端QDQBQCQA=1001,进位输出,因此芯片74LS90(2)开始工作,该芯片计时精度为1s,可以观察到数字逐渐从1累加到9,然后驱动芯片74LS90(3)工作,如此进行下去,直到显示99:99秒。在计数期间,如不需要计时或暂停计时,按动一下开关K2,此时Q由1变为0,门G5关闭,脉冲信号CP被禁止,但数码管仍保留所计时之值。再按一下开关,则可继续计时。如计时停止后需重新开始计时,按动开关K1,则实现清零,再按动开关K2,计时开始。如此循环。 第三章. 元器件介绍3.1 元器件清单元器件清单下表所示名称型号数量备注计数器74LS904译码器CD45114LED数码显示管LG5011AH4集成与非门74LS002开关2555定时器1滑动变阻器1电阻7电容4导线若干3.2 元器件介绍 3.2.1 555定时器内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管以及缓冲器G构成,其内部结构如图8.4.1所示。三个5千欧的电阻串联组成分压器,为比较
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