三位數(shù)字顯示的計時系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　三位數(shù)字顯示的計時系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　正 文</b></p><p><b>　　設(shè)計總體思路</b></p><p><b>　　課程設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計并制作一個簡易的三位數(shù)字顯示計時系統(tǒng)，供運動員比賽

2、計時用，要求如下：</p><p>　　精確到秒，最大計時為9分59秒；</p><p><b>　　開機時自動清零；</b></p><p>　　具有啟停輸入控制功能，按下啟停輸入控制鍵時，開始計時，再次按下時，停止計時。</p><p>　　用7段數(shù)碼管顯示時間；</p><p><b&

3、gt;　　功能擴展（自選）</b></p><p><b>　　設(shè)計目的</b></p><p>　　進一步熟悉和掌握常用數(shù)字電路元器件的應(yīng)用。</p><p>　　鞏固加深理解數(shù)字電路的基本理論知識，學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計的基本方法及在面板上接線的方法、技術(shù)、要注意的問題。</p>

4、<p>　　培養(yǎng)數(shù)字電路實物制作、調(diào)試、測試、故障查找和排除的方法。</p><p>　　培養(yǎng)細致、認真做實驗的習(xí)慣。</p><p>　　培養(yǎng)實踐技能，提高分析解決實際問題的能力。</p><p>　　學(xué)會運用仿真軟件進行電路仿真。</p><p>　　熟悉555定時器產(chǎn)生脈沖的應(yīng)用。</p><p>

5、<b>　　設(shè)計總體思路</b></p><p><b>　　主電路</b></p><p>　　用3個7段數(shù)碼管顯示時間，3塊74LS192同步加減計數(shù)器實現(xiàn)計時功能，時鐘脈沖用555定時電路產(chǎn)生秒脈沖，1塊74LS76實現(xiàn)清零和啟停功能。</p><p><b>　　控制電路</b></p&

6、gt;<p>　　按下清零按鈕后，使74LS192的清零端為高電平，使其清零。</p><p>　　按下暫停/繼續(xù)按鈕后，使74LS192的CP端為高電平，不再有上升沿輸入，使其保持之前的數(shù)據(jù)不變，再次按下按鈕后，74LS192的CP端為低電平，當(dāng)下一個高電平輸入時，將有上升沿，使74LS192計數(shù)，從而實現(xiàn)暫停/繼續(xù)功能。</p><p><b>　　基本原理

7、及框圖</b></p><p><b>　　基本原理</b></p><p>　　開機啟動后，給第3塊74LS192一個信號，當(dāng)上升沿到來時，74LS192的輸出端輸出加1，直到輸出為9時，產(chǎn)生進位信號，送到第2塊74LS192的UP端，直到第2塊74LS192的輸出為6時，使其置數(shù)為0，同時給第一塊74LS192的UP端一個信號使其輸出加1，循環(huán)進行。7

8、4LS192的功能表見下表。</p><p><b>　　設(shè)計整體框圖</b></p><p>　　設(shè)計框圖如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 三位數(shù)字顯示的計時系統(tǒng)設(shè)計框圖</p><p>　　單元電路設(shè)計及單元電路圖</p><p><b>　　秒脈沖發(fā)生電路</b

9、></p><p>　　用555組成多諧振蕩器輸出秒脈沖，工作原理如下：</p><p>　　接通電源Vcc后，Vcc經(jīng)電阻R1和R2對電容C充電，其電壓Uc由0按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)Uc≥2/3Vcc時，電壓比較器C1和C2的輸出分別為Uc1</p><p>　　=0、Uc2=1，基本RS觸發(fā)器被置0，Q=0，=1，輸出U0躍到低電平U01.與此同時，放電管V導(dǎo)

10、通，電容C經(jīng)電阻R2和放電管V放電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C放電，uc下降到Uc≤1/3Vcc時，則電壓比較器C1和C2的輸出為Uc1=1、Uc2=0，基本RS觸發(fā)器被置1，Q=1，=0，輸出u0由低電平U01躍到高電平U0h。同時，因=0，放電管V截止，電源Vcc又經(jīng)過電阻R1和R2對電容充電。電路又返回前一個暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容C上的電壓Uc將在2/3Vcc和1/3Vcc之間來回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生了振蕩，輸了矩形脈沖。多諧振

11、蕩器的振蕩周期T為：</p><p>　　T=0.7（R1+R2）C</p><p><b>　　振蕩頻率f為：</b></p><p>　　用555組成多諧振蕩器輸出秒脈沖電路，其電路圖如圖1-2所示：</p><p>　　圖1-2 秒脈沖電路圖</p><p><b>　　計時單元電

12、路</b></p><p>　　如圖1-3所示。該電路用2塊74LS192組成六十進制秒顯示電路，1塊74LS192組成分顯示電路，當(dāng)00秒遞增到59后，進位到分，同時使其置0。</p><p>　　圖1-3 計數(shù)器顯示電路圖</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　該電路采用BCD

13、碼數(shù)碼管，如圖1-4所示。</p><p><b>　　控制電路</b></p><p>　　電路圖如圖1-5所示，74LS76的(14端子)接計數(shù)器74LS192的清零端（MR端），按下清零按鈕后，端由變?yōu)椋瑥亩褂嫈?shù)器的MR=1，使計數(shù)器清零。74LS76的Q端（11端子）接到與非門的一端，按下啟動/停止鍵，Q端由Q=0變?yōu)镼=1，脈沖得以通過，即啟動作用，再次按

14、下啟動/停止鍵， Q端由Q=1變?yōu)镼=0，此時脈沖不能通過，即起暫停的作用。</p><p>　　圖1-5 控制電路圖</p><p><b>　　安裝、調(diào)試步驟</b></p><p>　　系統(tǒng)總電路如圖 1-6所示。設(shè)計出來后按以下步驟進行安裝。</p><p>　　按照真值表和管腳圖用3塊74LS192安裝成最大

15、為9分59秒的計時器，使其能正確顯示。</p><p>　　按照管腳圖和原理圖對應(yīng)接好數(shù)碼管，使其準(zhǔn)確顯示數(shù)字。</p><p>　　安裝控制電路，按下清零按鈕后，計數(shù)器可以清零，按下啟動/停止鍵后，能啟動，再次按下啟動/停止鍵，能暫停，再次按下啟動/停止鍵，能繼續(xù)。</p><p>　　把已插入但未連接的線理清楚，然后把它們對應(yīng)接入正確位置，使電路接通。</

16、p><p>　　實踐表明，一個電子裝置，即使用仿真軟件仿真沒問題，但接實物時，往往不能達到設(shè)計的預(yù)期效果。因此電子產(chǎn)品做出來之后，不僅要仿真，更要進行實物測試。這是因為設(shè)計者在設(shè)計時，很難考慮到實際的各種情況及其所處環(huán)境對電路的影響程度。</p><p>　　圖1-6 總電路設(shè)計圖</p><p><b>　　故障分析及電路改進</b></p

17、><p>　　在電路的調(diào)試過程中，可謂是歷經(jīng)艱難險阻，通過排除故障后，才把電路給測試通過。</p><p><b>　　故障產(chǎn)生原因</b></p><p>　　對于新設(shè)計電路來說，調(diào)試中產(chǎn)生的故障原因主要有以下幾種情況。</p><p>　　元器件、接口處損壞。電子電路中通常有很多的元器件在安裝的過程中，由于某種不正確操作

18、，容易損壞電子器件。電子器件損壞后，將使電路不能實現(xiàn)它的功能。</p><p>　　電子器件與面包板接觸不良。由于線與接口處孔的大小不是很適合，接上的線比較容易脫落：由于管腳沒插好，也會導(dǎo)致接觸不良。</p><p>　　安裝的接線電路與原理圖不一致，主要是某些管腳比較靠近，接線時沒注意就接錯了。</p><p>　　某些電子器件的沒用到的端子沒有接地線或接高電平。

19、</p><p>　　競爭與冒險現(xiàn)象。當(dāng)電子器件的兩端同時同時變化時，容易產(chǎn)生競爭冒險現(xiàn)象，導(dǎo)致電路顯示不穩(wěn)定。</p><p><b>　　故障的分析方法</b></p><p>　　在電路的調(diào)試過程中不可避免的出現(xiàn)各種各樣的問題，在查找故障時，需要耐心和細心，一步一步地檢查。</p><p>　　安裝前，對每個器件進

20、行檢查，是否有管腳缺失，是否與功能表的各項功能一致。</p><p>　　在安裝時要逐個安裝、調(diào)試，檢查是否達到了預(yù)定的要求。</p><p>　　在斷電情況下，觀察是否有器件沒有與面包板接觸好，是否有線脫落的現(xiàn)象，是否按照了原理圖上進行安裝，是否有器件沒有接通電源。</p><p>　　在通電情況下，用一根導(dǎo)線接到共陰極的LED上，另一端接到待檢查處，從信號源到輸

21、出一一進行檢查，觀察是否與仿真時的情況一致，是否與預(yù)期的電平一致。</p><p><b>　　電路的改進</b></p><p>　　在電路的調(diào)試過程中，由于器件本身的原因，需對電路做進一步改進，如從09直接跳到19，正確的跳轉(zhuǎn)應(yīng)該是從09跳到10，這時就需在進位的同時給置數(shù)端一個信號，使其在進位的同時置0，從而達到預(yù)期目標(biāo)。</p><p>

22、;　　由于仿真與實際的區(qū)別，在調(diào)試的時候發(fā)現(xiàn)與74LS192的清零端相連接的JK觸發(fā)器輸出端的高低電平恰好與仿真時相反，從而使得開機時不能清零，當(dāng)把CR輸入端子交換后，發(fā)現(xiàn)恰好達到預(yù)期效果。</p><p><b>　　總結(jié)與設(shè)計調(diào)試體會</b></p><p>　　經(jīng)過兩個星期的實習(xí)，過程曲折可謂一言難盡。在此期間我失落過，也曾熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后腰酸

23、背痛的復(fù)雜心情，到最后調(diào)試出來后的喜悅之情。 也許生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。設(shè)計確實很辛苦，尤其是當(dāng)某些問題思考了很久，卻無法解決時，那種郁悶的心情，可謂是無法用言語進行表達。但再苦也是值得的，我們通過課程設(shè)計，</p><p>　　使我們認識到了自己理論知識的缺陷，我們學(xué)會了怎樣去進行電路的設(shè)計。首先，要逐個分析它要實現(xiàn)的功能，然后考慮用那些元器件可以實現(xiàn)這種功能；其次，要查找這些元器件的

24、資料，包括功能表及工作原理等等；然后，做出連接圖，用仿真軟件進行仿真：最后進行實物連接、調(diào)試。 通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，經(jīng)過與同學(xué)的交流和大量的搜尋資料，終于把它給攻克了,每當(dāng)我打開電腦時，我總要看看我自己設(shè)計的電路

25、圖，總感覺有一種喜悅的心情，因為這是自己辛勤勞動的成果。</p><p>　　總體來說,這次課程設(shè)計使我受益匪淺.在設(shè)計與仿真的過程中特別有趣，提高了我的設(shè)計水平,增加了我們的實際操作能力.</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　元器件清單(見下表)</p><p><b>　　參考文獻

26、</b></p><p>　　謝自美主編《電子線路設(shè)計、實驗、測試》武漢：華中理工出版社，2000</p><p>　　郭照南主編《電子技術(shù)與EDA技術(shù)課程設(shè)計》長沙：中南大學(xué)出版社，2010</p><p>　　閻石主編.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　郭照南主編.《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與仿