沈阳工程学院数字电子课程设计.docx
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沈阳工程学院数字电子课程设计.docx
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沈阳工程学院数字电子课程设计
沈阳工程学院
课程设计
设计题目:
秒表
系别自动控制工程系班级电自专111
学生姓名崔永恒学号**********
指导教师曲延华/秦宏职称讲师/副教授
起止日期:
2013年7月1日起——至2013年7月5日止
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目:
秒表
系别自动控制工程系班级电自专111
学生姓名崔永恒、李斌源、党生珍、赵丹纬
学号20、04、12、36
指导教师曲延华/秦宏职称讲师/副教授
课程设计进行地点:
F座
任务下达时间:
2013年6月23日
起止日期:
2013年7月1日起——至2013年7月5日止
教研室主任曲延华2013年6月11日批准
秒表
1设计主要内容及要求
1.1设计目的:
(1)掌握秒表的构成、原理与设计方法;
(2)熟悉集成电路的使用方法。
1.2基本要求:
(1)能进行分、秒、0.1秒、0.01秒计时,有独立的时间显示电路;
(2)显示完毕后清零并发出响声。
1.3发挥部分:
(1)预置定时报警(例如1分钟跑等项目)
(2)其他。
2设计过程及论文的基本要求
2.1设计过程的基本要求
(1)基本部分必须完成,发挥部分可任选1个方向:
(2)符合设计要求的报告一份,其中包括逻辑电路图、印刷电路板图各一份;
(3)设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交;报告的电子档需在规定时间内在单独在网络教学平台上交。
2.2课程设计论文的基本要求
(1)参照毕业设计论文规范打印,文字中的小图需打印。
项目齐全、不许涂改。
(2)装订顺序:
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文(设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算(重要)、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍)、小结、参考文献、附录(逻辑电路图与印刷电路板图)。
3时间进度安排
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
2013.7.1
学生根据任务书做出原始框图并画出初步逻辑电路图
点名
2
2013.7.2
检查框图及初步逻辑图完成情况,检查及纠正错误
打分
3
2013.7.3
检查及改正逻辑图,并用EDA软件仿真逻辑图
打分
4
2013.7.4
讲解印刷电路板图绘制及报告书写,仿真各部分电路波形
打分
5
2013.7.5
报告书写,答辩,收报告
打分
2013-06-23
沈阳工程学院
电子技术课程设计成绩评定表
系(部):
自动控制工程系班级:
电自专111学生姓名:
崔永恒
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料;能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真,遵守纪律,出勤情况是否良好,能够独立完成设计工作,
0.2
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务,工作量饱满,难度适宜。
0.2
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
0.5
5
4
3
2
指导教师评审成绩
(加权分合计乘以12)
分
加权分合计
指导教师签名:
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性;有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满,难度适中。
0.5
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
0.3
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
(加权分合计乘以8)
分
加权分合计
评阅教师签名:
年月日
课程设计总评成绩
分
摘要
电子式秒表是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,无机械装置,具有较长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
电子式秒表从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
本次实验所做电子式秒表由信号发生系统和计时系统构成。
由于需要比较稳定的信号,所以信号发生系统555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器构成,信号频率为100HZ。
计时系统由计数器、译码器、显示器组成。
计数器由74LS160构成,由十进制计数器组成了一百进制和六十进制计数器,采用异步进位方式。
译码器由74LS48构成,显示器由数码管构成。
具体过程为:
由晶体震荡器产生100HZ脉冲信号先进入计数器,然后传入译码器,将4位信号转化为数码管可显示的7位信号,结果以“分”、“秒”、“10毫秒”依次在数码管显示出来。
该秒表最大计时值为59分59.99秒,“10毫秒”为一百进制计数器组成,“分”和“秒”为六十进制计数器组成。
关键词多谐振荡器,计时,计数器,译码器,显示器
1.设计题目
1.1设计任务
电子式秒表,必须要有数字显示。
按设计要求,用七段数码管来做显示器较合理。
题目要求最大记数值为59,59,99,那则需要六个数码管。
选择信号发生器时,采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。
其核心部分使用六个74LS160计数器采用串联方式构成,这种连接方式简单,使用元器件数量少。
由于555定时器的比较器灵敏度较高,输出驱动电流大,功能灵活,再加上电路结构简单,计算比较方便,所以CP脉冲是由555多谐振荡器产生的。
电子式秒表实际上是一个频率(100HZ)进行计数的计数电路。
由于电子式秒表计数的需要,故需要在电路上加一个控制电路,该控制电路清零、启动计时、暂停及继续计数等控制功能,同时需要一个分频电路把100kHZ分成100HZ的时间信号达到到准确稳定。
通常使用石英晶体振荡器电路构成电子钟。
电子钟的总体图如图所示。
由图可见,数字电子钟由以下几部分组成:
555振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器;秒表控制开关;一百进制秒、六十进制分计数器和六十进制秒计数器;以及秒、分的译码显示部分等。
1.2设计要求
1.1设计目的:
(1)掌握秒表的构成、原理与设计方法;
(2)熟悉集成电路的使用方法。
1.2基本要求:
(1)能进行分、秒、0.1秒、0.01秒计时,有独立的时间显示电路;
(2)显示完毕后清零并发出响声。
1.3发挥部分:
(1)预置定时报警(例如1分钟跑等项目)
(2)其他。
2.设计框图
3.设计思路
电子式秒表,就需要显示数字。
根据设计要求,要用数码管来做显示器。
题目要求最大记数值为59分59.99秒,则需要一个8段数码管作为秒位(有小数点)和五个7段数码管作为分秒位。
要求计数分辨率为0.01秒,那么我们需要相应频率的信号发生器。
选择信号发生器时,采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。
秒表核心部分——计数器,此次选择74LS160计数器。
它具有同步置数和异步清零功能。
主要是利用它可以十分频的功能。
实现一百进制秒、六十进制分计数器和六十进制秒计数器。
计数脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器,产生100赫兹脉冲。
如果精度要求高,也可采用石英振荡器。
在选择译码器的时候,有多种选择,如74LS47,74LS48等4-7线译码器。
如果选择7447,则用来驱动共阴极数码管;如果选择7448,则用来驱动共阴极数码管。
在选择数码显示管时,可以利用六个数码管;也可以借鉴简易数字频率计中的四位数码管来显示后四位,再用两个数码管显示分钟的两位。
本次设计中选择前一种方法。
在报警装置上选用555多谐振荡器给蜂鸣器信号,使其发声。
4.原理设计图
4.1秒信号产生电路
4.1.1工作原理
本设计信号产生源为555定时器构成多谐振荡器电路
多谐振荡器的工作原理
多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路,由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波,故称为多谐振荡器。
多谐振荡器没有稳态,只有两个暂稳态,在自身因素的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换,故又称它为无稳态电路。
由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示,R1,R2和C是外接定时元件,电路中将高电平触发端(6脚)和低电平触发端(2脚)并接后接到R2和C的连接处,将放电端(7脚)接到R1,R2的连接处。
由于接通电源瞬间,电容C来不及充电,电容器两端电压uc为低电平,小于(1/3)Vcc,故高电平触发端与低电平触发端均为低电平,输出uo为高电平,放电管VT截止。
这时,电源经R1,R2对电容C充电,使电压uc按指数规律上升,当uc上升到(2/3)Vcc时,输出uo为低电平,放电管VT导通,把uc从(1/3)Vcc上升到(2/3)Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态,其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。
充电时间常数T充=(R1+R2)C。
由于放电管VT导通,电容C通过电阻R2和放电管放电,电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关,放电时间常数T放=R2C0随着C的放电,uc下降,当uc下降到(1/3)Vcc时,输出uo。
为高电平,放电管VT截止,Vcc再次对电容c充电,电路又翻转到第一暂稳态。
不难理解,接通电源后,电路就在两个暂稳态之间来回翻转,则输出可得矩形波。
电路一旦起振后,uc电压总是在(1/3~2/3)Vcc之间变化。
4.1.2工作波形
4.1.3参数计算
由555定时器和外接元件R1、R2、C1、C2、构成多谐振荡器,2脚和6脚相连。
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C1充电,以及C1通过R2向放电端DIS放电,使电路产生振荡。
输出信号的时间参数是:
T=(R1+2R2)Cln
R1=5.1kT=0.01s即f=100Hz可求得R2=70K
实际实验操作中是调节滑动变阻器从而得到想要的输出信号。
图4.多谐振荡器输出频率
4.2分、秒、毫秒计数器电路
4.2.1计数器电路
74LS160的管脚图及功能表如下:
74LS160为异步清零计数器,即
端输入低电平,不受CP控制,输出端立即全部为“0”,功能表第一行。
74LS160具有同步预置功能,在
端无效时,
端输入低电平,在时钟共同作用下,CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA,即所谓“同步”预置功能(第二行)。
和
都无效,ET或EP任意一个为低电平,计数器处于保持功能,即输出状态不变。
只有四个控制输入都为高电平,计数器(161)实现模10加法计数,Q3Q2Q1Q0=1001时,RCO=1。
这里我们选择用计数器74LS160芯片,通过乘数法或反馈置数法构成100进制和60进制计数器。
4.2.2100进制计数器
乘数法:
将两片74LS160计数器直接级联则可得到100进制计数器。
其电路连接如图。
图5.100进制计数器
4.2.360进制计数器
乘数法:
将一片74LS160设置成六进制计数器,再将其与一片74LS160级联,即可得到一个60进制计数器。
其电路连接如图。
4.2.4计数器最终连线图
一百进制和六十进制计数器之间、六十进制和一百进制之间的接法如下图所示。
4.3显示译码电路
4.3.1译码器电路
在这里我们采用74LS48D和RPACK来构成译码部分,其仿真电路图如图所示。
图8.译码器电路
图9.译码器部分
4.3.2显示器匹配电路图
7段数码管又分共阴和共阴两种显示方式。
如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极,那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地;它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上(也是abcdefg)。
此时若显示数字1,那么译码驱动电路输出段bc为高电平,其他段扫描输出端为低电平,以此类推。
如果7段数码管是共阴显示电路,那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。
共阴就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上,其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。
无论共阴共阴7段显示电路,都需要加限流电阻,否则通电后就把7段译码管烧坏了。
限流电阻的选取是:
5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。
发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V,为计算方便,通常选2V即可。
发光二极管的工作电流选取在10-20ma,电流选小了,7段数码管不太亮,选大了工作时间长了发光管易烧坏。
对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数。
下图是八段数码管(LED)的示意图,图中引脚6为VCC的为共阴数码管,引脚6为GND的为共阴数码管。
本设计采用共阴数码管与74LS48匹配。
其连接图如图所示。
图9.译码显示电路
4.3.3译码器与数码管匹配电路的仿真图
4.4报警电路
4.4.1清零报警电路
当次电路接受到高电平信号,蜂鸣器会工作,发出声响给以提醒。
图10.译码显示部分
4.5全图展示
5..工作过程分析
对电路进行仿真运行后,计数器开始接受由555多谐振荡器产生的脉冲信号,秒表开始计数。
计数中按下S2,各清零端接地计数器清零,蜂鸣器电路分别接通接受到信号,发出声音。
再按下S2,秒表开始重新计时。
6.总结
一周的数电课程设计在紧张而又忙碌中结束了,虽然付出了很多时间,但是在这次课设中,真的收获了很多。
可刚开始接到这个设计题目时,我的大脑一片空白,根本不知如何下手。
老师也看出了我们的苦恼,就讲了一些设计步骤以及一些设计过程中的需要注意的问题。
在老师的指导下,我开始在网上和图书馆查阅相关资料。
好在辛苦没有白费,在老师和同学的帮助下,终于设计出了一个原理图。
不过,在设计由555定时器构成的多谐振荡器时,发现自己的专业知识还是有一定的欠缺,接好了电路却无法正常运行,通过老师的帮助和同学之间的交流,发现自己设计的电路有很多错误,例如把本应该接高电平的端口接了低电平,线路接错端口等等,在把错误一点一点的改正了过来使其运行成功之后,看着自己设计的电路成功运行还是有一点小小的成就感的。
通过本次电子技术课程设计,我对Multisim10电路设计与仿真的应用有了一定的了解,对数字电子技术有了进一步的认识,初次接触软件,发现还是有一定困难的,知道了设计一个简单的电路并让其正确运行不是一件简单的事情。
本次课程设计让我认识到了实际操作与理论知识有很大的联系,同时也认识到了自己动手能力的欠缺,通过老师的帮助和同学之间的交流使我更加深刻的认识到了团队合作的重要性,在困难面前只要齐心协力就没有攻克不了的难题。
通过本次课程设计不仅巩固了课本知识,增加了学习兴趣,又考验了我们借助互联网查阅资料和组织材料的综合能力。
7.致谢
在本次课程设计过程中,我要特别感谢曲延华老师,面对我设计电路中存在的错误,她能帮我仔细的找出并给予了耐心的指导,从而让我的课程设计得以顺利完成,同时,也感谢在调试过程中帮助我的同学。
曲老师和各位同学的帮助,不仅帮助我顺利的完成了本次课程设计,也极大增加了我对数字电子技术这门课程的兴趣,特此致谢。
8.参考文献
[1]《电子技术课程设计指导》湖南大学出版。
[2]《数字电子技术基础》华中科技大学出版。
[3]《实用电子电路手册(数字电路分册)》编写组编。
实用电子电路手册(数字电路分册)。
北京;人民教育出版社,1992。
[4]《1992年全国高等学校电子技术课程教学研究会课程设计选题集》,1992.大连;
[5]秦宏,电子技术基础[M].西安:
电子科技大学出版社
[6]孙梅生,李美莺,徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京:
高等教育出版社
[7]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉:
华中理工大学出版社
[8]张玉璞,李庆常.电子技术课程设计[M].北京:
北京理工大学出版社
附录A
附录B
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
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