(論文)數(shù)字式秒表設(shè)計及進(jìn)階 (課程設(shè)計)最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻(xiàn)

電子課程設(shè)計論文題目 數(shù)字式秒表設(shè)計及進(jìn)階 學(xué) 院 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 一、 內(nèi)容摘要本設(shè)計所實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式秒表是電子設(shè)計技術(shù)中最基本的設(shè)計實(shí)驗(yàn)之一。該數(shù)字計數(shù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)較簡單，是由微動開關(guān)、抖動消除電路、三狀態(tài)控制電路、微分及整形清零電路、上電復(fù)位電路、01秒脈沖發(fā)生器、閘門計數(shù)控制電路、譯碼及顯示電路組成的電子秒表，其中核心的部分為01秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)、譯碼及顯示電路部分，而其它部分是為使電子秒表在0199秒范圍內(nèi)測定時間附加上的一些外圍控制電路。本設(shè)計報告由內(nèi)容摘要、設(shè)計任務(wù)指標(biāo)、系統(tǒng)方案論證、元件清單、單元電路設(shè)計、電路圖及電路工作原理、組裝調(diào)試、設(shè)計成果的評價、課程設(shè)計心得體會和參考文獻(xiàn)十大部分組成，力求將整個系統(tǒng)的設(shè)計過程、原理、以及心得體會完整的呈現(xiàn)出來。二、 設(shè)計任務(wù)及指標(biāo)1 通過本課程設(shè)計計算、安裝調(diào)試、資料整理、撰寫報告等環(huán)節(jié)，初步掌握電子設(shè)計方法以及完成數(shù)字秒表的電路設(shè)計。2 利用基本RS觸發(fā)器、脈沖發(fā)生器及計數(shù)、譯碼、顯示等單元電路設(shè)計數(shù)字秒表。3 由2位數(shù)碼管顯示計數(shù)時間，顯示分辨率為0.1s，計時誤差小于5%。4 在實(shí)驗(yàn)裝置上或者利用仿真軟件完成數(shù)字秒表的線路連接和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)上電自動清零、啟動計時顯示、暫停計時顯示以及重新計時等控制功能。三、 系統(tǒng)設(shè)計方案論證1 數(shù)字式秒表，首先需要一個數(shù)字顯示。按設(shè)計要求，須用數(shù)碼管來做顯示器。題目要求最大記數(shù)值為9.9秒，則需要一個8段數(shù)碼管作為秒位（有小數(shù)點(diǎn)）和一個7段數(shù)碼管作為分秒位。要求計數(shù)分辨率為0. 1秒，那么我們需要相應(yīng)頻率的信號發(fā)生器。選擇信號發(fā)生器時，有兩種方案：一種是用晶體震蕩器，另一種方案是采用集成電路555定時器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。秒表核心部分計數(shù)器，使用兩個74LS390計數(shù)器構(gòu)成，這種連接方式簡單，使用元器件數(shù)量少。計數(shù)脈沖是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，產(chǎn)生10赫茲脈沖，如果精度要求高，也可采用石英振蕩器。在選擇譯碼器的時候，有多種選擇，如74LS46，74LS47，74LS48等4-7線譯碼器。為了減小設(shè)計的誤差，還需要設(shè)計在開關(guān)端設(shè)計消抖電路、微分電路、整形電路。為了滿足上電復(fù)位，還應(yīng)該設(shè)計上點(diǎn)復(fù)位電路。2 系統(tǒng)框圖如下：四、 設(shè)計所需元器件材料清單如下圖：五、 單元電路設(shè)計1. 消抖電路：消抖原理：具有鎖存功能所致，由兩個集成與非門元件構(gòu)成。接在機(jī)械開關(guān)K的后面，防止開關(guān)K在打開和閉合時一些假信號串入邏輯電路。2. 上電復(fù)位電路：復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。3. 微分電路：由0.01 電容和1.5K電阻構(gòu)成。從電容端加入的信號，經(jīng)過電容、電阻，在電阻端輸出的信號波形相當(dāng)于進(jìn)行了一次微分，故稱這種電路為微分電路。4. 0.1s脈沖發(fā)生器： T=0.1s，f=10Hz=1/0.695(R1+2R2)C 為產(chǎn)生10Hz頻率脈沖，經(jīng)過計算并實(shí)際調(diào)整，方案為電容C=2.2u，定值電阻R1=430歐R2=27.4千歐。（經(jīng)過仿真誤差不超過2%）端口OUT為0.1s脈沖發(fā)生器的輸出端口。5. 計數(shù)器電路：雙二五十進(jìn)制加法計數(shù)器74LS390芯片功能簡介：如圖所示，74LS390芯片內(nèi)有兩組計數(shù)器，每組計數(shù)器中有兩個計數(shù)器（一個二進(jìn)制、一個五進(jìn)制），共有4個計數(shù)器。它們可以單獨(dú)計數(shù)，清零信號是共用的，異步清零高電平有效，即RD=1清零。A、B為時鐘脈沖信號入端，QDQCQBQA為輸出端。該計數(shù)器可以根據(jù)不同的輸入與輸出的選擇組成三種進(jìn)制的計數(shù)器。8421碼加權(quán)計數(shù)器：QA與B連接，A端輸入脈沖信號，QD、QC、QB、QA輸出見計數(shù)器工作波形圖：6. 譯碼器電路：譯碼器電路是將數(shù)碼轉(zhuǎn)換為一定的控制信號。在此由74LS48集成元件構(gòu)成，它能將一個二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換為輸出端的電平信號以控制顯示器。7. 七段數(shù)碼管（LED）：7段數(shù)碼管又分共陰和共陽兩種顯示方式。如果把7段數(shù)碼管的每一段都等效成發(fā)光二極管的正負(fù)兩個極，那共陰就是把a(bǔ)bcdefg這7個發(fā)光二極管的負(fù)極連接在一起并接地；它們的7個正極接到7段譯碼驅(qū)動電路74LS48的相對應(yīng)的驅(qū)動端上（也是abcdefg）。此時若顯示數(shù)字1，那么譯碼驅(qū)動電路輸出段bc為高電平，其他段掃描輸出端為低電平，以此類推。如果7段數(shù)碼管是共陽顯示電路，那就需要選用74LS47譯碼驅(qū)動集成電路。共陽就是把a(bǔ)bcdefg的7個發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個負(fù)極接到74LS47相應(yīng)的abcdefg輸出端上。無論共陰共陽7段顯示電路，都需要加限流電阻，否則通電后就把7段譯碼管燒壞了。限流電阻的選取是：5V電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除上10ma到15ma得數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管的工作電壓一般在1.8V-2.2V，為計算方便，通常選2V即可。發(fā)光二極管的工作電流選取在10-20ma，電流選小了，7段數(shù)碼管不太亮，選大了工作時間長了發(fā)光管易燒壞。對于大功率7段數(shù)碼管可根據(jù)實(shí)際情況來選取限流電阻及電阻的瓦數(shù)。下圖是八段數(shù)碼管（LED）BS201的示意圖，圖中引腳6為VCC的為共陽數(shù)碼管，引腳6為GND的為共陰數(shù)碼管。本設(shè)計采用共陰數(shù)碼管與74LS48匹配，同時并入一個四輸入內(nèi)置譯碼器的7段數(shù)碼管，以驗(yàn)證譯碼部分的功能（注：驗(yàn)證成功后，兩種組合數(shù)碼管可以只保留一個）。數(shù)碼管與74ls48連接圖：六、 電路圖及電路工作原理1 各部分工作原理如下：消抖電路：它是由兩個74LS00集成與非門元件構(gòu)成。接在機(jī)械開關(guān)K的后面，防止開關(guān)K在打開和閉合時一些假信號竄入邏輯電路。上電復(fù)位電路：它由2.2電容和47K電阻構(gòu)成。利用電容充放電可以產(chǎn)生脈沖，作為清零復(fù)位用。微分電路：它是由0.01u電容和1.5K電阻構(gòu)成.從電容端加入的信號，經(jīng)過電容、電阻，在電阻端輸出的信號波形相當(dāng)于進(jìn)行了一次微分，故稱這種電路為微分電路。整形電路：它是由與門74LS08集成與門元件構(gòu)成。在信號由一端輸入，起到整形的作用。0.1秒脈沖發(fā)生器電路：它由555集成定時器元件和外圍的電阻和電容等元件構(gòu)成。調(diào)節(jié)電阻或電容的數(shù)值，可以改變脈沖發(fā)生器的輸出頻率。計數(shù)器電路：從進(jìn)位制來分，有二進(jìn)制計數(shù)器，十進(jìn)制計數(shù)器等多種形式。在此采用的是二十進(jìn)制計數(shù)器即8421編碼方式。由74LS390構(gòu)成一位輸出電路。譯碼器電路：是將數(shù)碼轉(zhuǎn)換為一定的控制信號。在此由74LS48集成元件構(gòu)成，它能將十個二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換為輸出端上的電平信號以控制顯示器。顯示器電路：有輝光數(shù)碼管和熒光數(shù)碼管等多種顯示電路。在此采用的是共陰極七段LED顯示器。2 電路工作原理： 1.上電時，上電復(fù)位電路1產(chǎn)生復(fù)位信號，經(jīng)整形后，使兩個計數(shù)器清零；上電復(fù)位電路2，使三狀態(tài)控制電路復(fù)位。電子秒表處于復(fù)位狀態(tài)。 2.當(dāng)?shù)谝淮伟磩游娱_關(guān)K，經(jīng)消抖電路后產(chǎn)生第一個單脈沖作為D觸發(fā)器的時鐘，使三狀態(tài)控制電路的輸出端Q1產(chǎn)生高電平，經(jīng)與門后，使0.1秒脈沖進(jìn)入計數(shù)器計數(shù)，并譯碼、顯示出來。 3.當(dāng)?shù)诙伟磩游娱_關(guān)K，產(chǎn)生第二個單脈沖使三狀態(tài)控制電路輸出端Q1輸出低電平Q2輸出高電平，關(guān)閉與門，使計數(shù)停止。 4.第三次按動微動開關(guān)，產(chǎn)生第三個單脈沖，使三狀態(tài)控制電路復(fù)位，同時輸出端Q2輸出一個高電平，經(jīng)微分電路及整形，產(chǎn)生一個窄脈沖，使計數(shù)器回零。至此，電子秒表又進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 5.當(dāng)再按動微動開關(guān)K時，電子秒表又進(jìn)入計數(shù)狀態(tài)。七、 組裝調(diào)試本設(shè)計采用EDA電路仿真對設(shè)計電路進(jìn)行了調(diào)試。運(yùn)用軟件Multisim。在調(diào)試的過程中遇到不少的問題，經(jīng)過多次反復(fù)的檢查和排除，最終實(shí)現(xiàn)了全部功能。調(diào)試方法：按模塊調(diào)試，在每個模塊的輸入端加理想的調(diào)試信號，在輸出端接示波器，觀察輸出波形，如果波形符合設(shè)計預(yù)期，則說明此模塊工作正常，否則可按從輸出到輸入的順序逐一排查，直到解決問題。當(dāng)各模塊調(diào)試無誤后，將各模塊連接起來，同時要注意接口的電平匹配問題。本次課程設(shè)計在仿真組裝調(diào)試過程中曾出現(xiàn)以下故障：故障1：脈沖發(fā)生器（555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器）沒法實(shí)現(xiàn)0.1s的脈沖信號。原因：參數(shù)不對。排除方法：利用f=1.43/R1+2R2)C適當(dāng)?shù)倪x取定值電阻、電容的大小并用頻率計檢測。故障2：數(shù)碼管顯示亂碼。原因：計數(shù)器74LS390管腳接線錯誤，LED數(shù)碼管的共極性弄反（按共陽極的接線方法接線）。排除方法：對計數(shù)器正確接線，調(diào)整數(shù)碼管的陰陽極接線（按共陰極接線方法接線）。故障3：數(shù)碼管數(shù)字跳動頻率不均勻。原因：輸入信號不是規(guī)則并且穩(wěn)定的脈沖方波。排除方法：用示波器觀察脈沖輸出和微分電路輸出端的波形，加入一個與門作為整形模塊，同時，這樣還能達(dá)到減小誤差的目的。故障5：無法實(shí)現(xiàn)上電清零功能。原因：電容參數(shù)不對。排除方法：改變上電清零電路電容的大小，通過示波器觀察直到產(chǎn)生清零信號。八、 設(shè)計成果的評價通過一周的實(shí)踐，電路的設(shè)計仿真圓滿的完成了設(shè)計目標(biāo)中提到的幾種功能并且將誤差控制在了2%以內(nèi)，但仍然有一些美中不足，主要問題是數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，經(jīng)過分析我認(rèn)為主要原因有二：一是軟件的“虛擬時間”不穩(wěn)定，軟件仿真時需要以0.00001s為單位運(yùn)算，將現(xiàn)實(shí)時間拉長，CPU負(fù)荷較大使仿真的“虛擬時間”難以像現(xiàn)實(shí)時間一樣平穩(wěn)。二是各級芯片以及門電路有一定的延遲時間，有些部分還可能存在競爭冒險。在實(shí)驗(yàn)的后期我們還去實(shí)驗(yàn)室搭電路，但由于時間有限，我們對面包板又不夠熟悉，最終未能完全實(shí)現(xiàn)。由于一周的課程設(shè)計時間短暫，設(shè)計結(jié)果并不完善，但在以后的學(xué)習(xí)中，相信我們可以為這個設(shè)計完善現(xiàn)有功能，增加新的功能。九、 課程設(shè)計心得體會一周的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，雖然很辛苦，但給我?guī)砹藦奈从羞^的體驗(yàn)與喜悅。在設(shè)計實(shí)踐的過程中，我深深的體會到必須要有扎實(shí)的知識基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。在整個電路的設(shè)計過程中，花費(fèi)時間最多的是利用Multisim 仿真，因?yàn)橐郧皼]有學(xué)過這個軟件，所以我們要從頭學(xué)起，自行摸索的學(xué)習(xí)。我們在各個單元電路的連接上花費(fèi)了大量時間。我們在設(shè)計時曾做出了兩套方案以及仿真電路，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，這才確定了我們的電路。實(shí)習(xí)過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，要考慮到各個元器件的功能和特性，要翻閱大量資料，參考別人的經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能把自己的電路設(shè)計的成功。通過這次對數(shù)字式秒表的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字秒表的原理與設(shè)計理念。在此次的數(shù)字秒表設(shè)計過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)、管腳圖、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。而且這些知識是對我們大學(xué)生來說十分寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是無法在課堂上獲得的，是現(xiàn)今社會最重視的同時也是我們最需要提高的部分。在設(shè)計電路中,完成電路圖只是完成了設(shè)計的一小部分，更加困難的是對電路的驗(yàn)證和糾錯，在這過程中我接觸到了很多未接觸過的檢查方法和思想。在電路的仿真過程中出錯的主要原因都主要是接線的錯誤所引起的。接線的時候一定要細(xì)心，不要接錯，同時也要學(xué)會如何判別芯片的功能，要是芯片不具備要求的功能，或者，不匹配，即使接線再正確也出不來結(jié)果。對自己的設(shè)計要仔細(xì)考慮，是否可行，尤其是進(jìn)位輸出，著重看看進(jìn)位的CP脈沖是否正確等?？傮w來說，通過這次課程設(shè)計學(xué)習(xí)，我越發(fā)感覺電子設(shè)計不是死板的東西，是有很大科學(xué)性與藝術(shù)性的。不同芯片的使用，不同的接線方法，不同的變量，不同的實(shí)現(xiàn)思路，經(jīng)過組合后幾乎可以稱之為藝術(shù)。這次課程設(shè)計使我對各種電路都有了大概的了解，也學(xué)會了常用EDA軟件的使用，在平時的理論學(xué)習(xí)中遇到的問題都一一解決，加深了我對專業(yè)的了解，培養(yǎng)了我對學(xué)習(xí)的興趣，為以后的學(xué)習(xí)打下了好的開端，我受益匪淺。同時，讓我明白：電子設(shè)計容不得紙上談兵，只有自己動手實(shí)