電子秒表計時電路的設(shè)計

1、電子秒表的設(shè)計電子秒表的設(shè)計摘要摘要: :目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計算機，自動控制，電子測量儀表，電視，雷達，通信等各個領(lǐng)域。例如在現(xiàn)代測量技術(shù)中，數(shù)字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能強，而且容易實現(xiàn)測量的自動化和智能化。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，尤其是中、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會更廣泛地滲透到國民經(jīng)濟的各個部門，并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。隨著現(xiàn)代社會的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實際，數(shù)字電路課題設(shè)計的進行使我們有了這個非常好的機會，通過這種綜合性訓(xùn)練，我們的動手能力、實際操作能力、綜合知識應(yīng)用能力得到了更好的提升。本次畢業(yè)設(shè)計的題目是電子

2、秒表.電子秒表是用于測量較短且較精確的時間,它在體育運動項目上有著廣泛的應(yīng)用.本次設(shè)計中應(yīng)用了多種數(shù)字電路中的單元電路,如基本 RS 觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計數(shù)器,譯碼顯示器等.我相信通過本次實驗,將進一步加深對各數(shù)字單元電路的理解,同時也對基礎(chǔ)電子設(shè)計有一定的了解,為今后的學(xué)習(xí)和工作打下一定的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:電子秒表;基本 RS 觸發(fā)器;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器;時鐘發(fā)生器;計數(shù)器;譯碼顯示器The Design of Digital StopwatchAbstract: Current digital electronics technology has been widely use

3、d in computers, automatic control, electronic measuring instruments, TV, radar, communications and other fields. For example, in the modern measurement technology, digital measuring instrument is not only accurate than analog gauges, powerful, and easy measurement of automation and intelligence. Wit

4、h the integration of technology, particularly in large-scale and ultra large scale integrated circuit development, application of digital electronic technology will be more widely infiltrated into all sectors of the national economy, and will have more profound impact. With modern society, the rapid

5、 development of electronic technology, requires us to integrate theory with practice, digital circuit design the project so that we have this great opportunity, through this comprehensive training, our ability, practical skills, ability of comprehensive knowledge applications get better promotion. T

6、he course design is the subject of electronic stopwatch. Stopwatch is a shorter and more accurate for measuring time, it projects in sports has been widely used. The design of the application of a variety of digital circuit elements in the circuit, such as basic RS flip-flop, one-shot, the clock gen

7、erator and counter, decoder display. I believe that through this experiment, will further deepen the understanding of the digital cell circuits, but also on the basis of a certain electronic design understanding for future study and work to lay a certain foundation. Keywords: electronic stopwatch, t

8、he basic RS flip-flop, one-shot, the clock generator, counters, decoding display 目目 錄錄1 1 電子秒表介紹電子秒表介紹.1 12 2 電子秒表功能要求及元器件介紹電子秒表功能要求及元器件介紹.3 32.1 電子秒表基本功能.32.2 元器件介紹 .32.2.1 74LS00 與非門 .32.2.2 基本 RS 觸發(fā)器.42.2.3 555 定時器 .52.2.4 555 多諧振蕩器 .72.2.5 74LS90 計數(shù)器 .82.2.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器.103 3 電路設(shè)計電路設(shè)計.1 11 13.1 電路設(shè)計方

9、案.113.1.1 工作原理.113.1.2 計數(shù)器工作波形圖 .113.2 核心電路設(shè)計 .133.2.1 計數(shù)器設(shè)計.133.2.2 主控電路設(shè)計.134 4 PCBPCB 板的制作板的制作 .1 15 54.1 PCB 板設(shè)計的設(shè)計原則7.154.1.1 布局.154.1.2 布線.154.1.3 焊盤.164.2 PCB 板電路抗干擾措施.164.2.1 電源線設(shè)計.164.2.2 地線設(shè)計.164.3 制板 .164.4 焊接的基本常知識 .174.5 元器件的安裝 .185 5 系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試.1 19 95.1 基本 RS 觸發(fā)器的調(diào)試 .195.2 555 多諧振蕩器的調(diào)試.

10、195.3 計數(shù)器的調(diào)試 .195.4 譯碼器的調(diào)試 .205.5 電子秒表的整體調(diào)試 .205.6 系統(tǒng)的功能.205.7.1 設(shè)計小結(jié).215.7.2 設(shè)計收獲及體會.215.7.3 改善設(shè)計的建議.21參考文獻參考文獻.2 23 3致謝致謝.2 24 4附錄附錄 1 1 電子秒表裝配圖電子秒表裝配圖.2 25 5附錄附錄 2 2 電子秒表電子秒表 PCBPCB 版圖版圖.2 26 6附錄附錄 3 3 電子秒表實驗原理圖電子秒表實驗原理圖.2 27 7附錄附錄 4 4 電子秒表電路板實圖電子秒表電路板實圖.2 28 811 1 電子秒表介紹電子秒表介紹電子秒表是一種較先進的電子計時器，目前

11、國產(chǎn)的電子秒表一般都是利用石英振蕩器的振蕩頻率作為時間基準(zhǔn)，采用6 位液晶數(shù)字顯示時間。電子秒表的使用功能比機械秒表要多， 它不僅能顯示分、秒，還能顯示時、日、月及星期，并且有1l00s的功能。一般的電子秒表連續(xù)累計時間為59min 59.99s，可讀到1l00s，平均日差 0.5s。 電子秒表配有三個按鈕，如圖所示。圖中為秒表按鈕， 為功能變換按鈕， 為調(diào)整按鈕，基本顯示的計時狀態(tài)為 “時” 、 “分” 、 “秒” 。 電子秒表的基本使用方法如下： (1) 在計時器顯示的情況下，將按鈕 按住 2s，即可出現(xiàn)秒表功能，如圖（a）所示。按一下按鈕 開始自動計秒，再按一下 按鈕，停止計秒，顯示出所

12、計數(shù)據(jù)，如圖（ b）所示。按住 兩秒，則自動復(fù)零，即恢復(fù)到圖（a）所示狀態(tài)。 圖 1.1 電子秒表(2) 若要紀(jì)錄甲、乙兩物體同時出發(fā)，但不同時到達終點的運動，可采用雙計時功能方式。即首先按住 兩秒鐘，秒表出現(xiàn)如圖（ a）所示的狀態(tài)。然后按一下 ，秒表開始自動計秒。待甲物體到達終點時再按一下 ，則顯示甲物體的計秒數(shù)停止，此時液晶屏上的冒號仍在閃動，內(nèi)部電路仍在繼續(xù)為乙物體累積計秒。把甲物體的時間記錄下后，再按一下 ，顯示出乙物體的累積計數(shù)。待乙物體到達終點時，再按一下 ，冒號不閃動，顯示出乙物體的時間。這時若要再次測量就按住 兩秒，秒表出現(xiàn) (a)所示的狀態(tài)。若需要恢復(fù)正常計時顯示，可按一下

13、，秒表就進入正常計時顯示狀態(tài)，在圖(c)中顯示出 9h 17min 18s。(3) 若需要進行時刻的校正與調(diào)整，可先持續(xù)按往 ，待顯示時、分、秒的計秒數(shù)字閃動時，松開 ，然后間斷地按 ，直到顯示出所需要調(diào)整的正確秒數(shù)時為止。如還需校正分，可按一下 2，此時，顯示分的數(shù)字閃動，再間斷地按 ，直到顯示出所需的正確分數(shù)時為止。時、日、月及星期的調(diào)整方法同上。32 2 電子秒表功能要求及元器件介紹電子秒表功能要求及元器件介紹2.12.1 電子秒表基本功能電子秒表基本功能 電子秒表通過十分巧妙的設(shè)計僅用 8 塊數(shù)字芯片便實現(xiàn)了其計數(shù)功能。結(jié)構(gòu)簡單成本低廉。電子秒表的顯示是由 2 位 LED 數(shù)碼管組成，

14、能夠顯示 0S-9.9S。當(dāng)需要計時的時候只需要按下計時按鈕就可以計時，當(dāng)需要暫停與清零時也可以通過控制按鈕就可以實現(xiàn)。2.22.2 元器件介紹元器件介紹2.2.12.2.1 74LS0074LS00 與非門與非門（一）電路組成 與非門 74LS00 是一種四 2 輸入的與非門，其內(nèi)部有四個兩輸入端的與非門，其電路圖和引腳及其真值表如圖 2.1 所示 在圖 2.1 中,引腳 7 和 14 分別接地(GND)和電源(+5V 左右)。圖 2.1 74LS00 與非門電路圖和引腳以及真值表（二）工作原理1 1.輸入有低電平時 設(shè)輸入端 A 為低電平 0.35V，B 為高電平 3.4V。由圖2.2 可

15、知，與 A 端相連的肖特基二極管 VD3 正偏，流過 R1 的 IR1 通過 VD3 流入A 輸入端。假設(shè) UVD3=0.35，則 UB2=0.7V，三極管 V2、V5、V6 截止，UC2 約為5V 左右。V3 和 V4 導(dǎo)通，輸出高電平 UOH=UC2-UBE3-UBE4=5-0.7-0.7=3.6V。考慮到 R4 上存在著電壓，應(yīng)產(chǎn)生一定的電流，V3的基極也有一定的電流，在 R2上會產(chǎn)生一定的壓降，實際的輸出高電平約為 3.4V。在此狀態(tài)下，輸出管 V54截止，故稱截止?fàn)顟B(tài)或關(guān)門狀態(tài)。此時，V3 和 V4 導(dǎo)通，從輸出端看進去的等效電阻是很R120kR28kR5120kR44kR31.5k

16、R63kVD1VD5VD6VD4VD3VD2V2V6V3V4V5+VCCABY圖 2.2 74LS00 與非門工作原理小的，相當(dāng)于射極跟隨器的輸出電阻。2. 輸入全為高電平時 輸入全為高電平 3.4V，VD3、VD4截止，電源電壓VCC 通過電阻 R1向 V2注入基極驅(qū)動電流，使 V2飽和，V2導(dǎo)通后，就向 V5的基極注入電流，使 V5管工作于抗飽和狀態(tài)，故輸出低電平 UOL=0.35V。這時，UE2=0.7V，UC2=UE2+UCES2=1V，UC2這個電壓不足以使 V3和 V4都導(dǎo)通,所以 V4截止,輸出端和電源之間可看成開路,減少了電路功耗.此時,輸出管 V5飽和導(dǎo)通,故稱為導(dǎo)通狀態(tài)或開

17、門狀態(tài)。由以上分析可知，當(dāng)電路的任一輸入端有低電平時，輸出為高電平；當(dāng)輸入全為高電圖平時，輸出為低電平，即偶 0 或 1，全 1 出 0。電路輸出與輸入為與非邏輯關(guān)系，即 Y=AB2.2.22.2.2 基本基本 RSRS 觸發(fā)器觸發(fā)器用集成與非門構(gòu)成的基本 RS 觸發(fā)器屬于低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器,有直接置位和復(fù)位的功能。本次設(shè)計所用的基本 RS 觸發(fā)器構(gòu)成圖如圖2.3K2Q15圖 2.3 基本 RS 觸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖基本 RS 觸發(fā)器的一路輸出 Q1 作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入,另一路輸出 Q2 作為多諧振蕩器輸出端的控制信號。R SQ1 Q21 00 10 11 01 1保持0 0禁止表 2.1 基

18、本 RS 觸發(fā)器的功能表根據(jù)基本 RS 觸發(fā)器的功能表（表 2.1）可知，當(dāng)按動按鈕開關(guān) S2 到接地時，則門 1 的輸出 Q1=1（高電平） ，門 2 的輸出 Q2=0（低電平） ，S2 復(fù)位后Q1、Q2 的狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān) S1，則 Q2 由 0 變?yōu)?1，為計數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備。Q1 由 1 變?yōu)?0，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。該基本 RS觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。2.2.32.2.3 555555 定時器定時器2555 定時器（又稱時基電路）是一個模擬與數(shù)字混合型的集成電路。按其工藝分雙極型和 CMOS 型兩類，其應(yīng)用非常廣泛。之所以稱為 555

19、，是因為該集成電路內(nèi)部有三個 5K 的分壓電阻。圖 2.4 是 555 定時器內(nèi)部組成框圖。它主要由兩個高精度電壓比較器 A1、 A2，一個 RS 觸發(fā) 器，一個放電三級管和三個5K 電阻的分壓器而構(gòu)成。K2K1Q1 Q261 腳：外接電源負端 VSS或接地，一般情況下接地。2 腳：低觸發(fā)端。 3 腳：輸出端 Vo。TL123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Jun-2005Sheet of File:E:書書書書書書書書書書書書書書.ddbDrawn By:5K5K5K+-TQ&Q+-AASRV1V21DQVTHTLVR

20、CCVSS1284563712CD圖 2.4 555 定時器內(nèi)部組成框圖4 腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、DRDRTLTH 處于何電平，時基電路輸出為“0” ，該端不用時應(yīng)接高電平。 5 腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只 0.01F 電容接地，以防引入干擾。6腳：TH 高觸發(fā)端。 7 腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。8 腳：外接電源 VCC，雙極型時基電路 VCC的范圍是 4.5 16V，CMOS 型時基電路 VCC的范圍為 3 18V。一般用 5V。555 定時器的

21、功能見表 2.2清零端DR高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TLQn+1放電管T功能00導(dǎo)通直接清零1CCV32CCV310導(dǎo)通置 01CCV32CCV311截止置 11CCV32CCV31Qn不變保持7表 2.2 555 定時器的功能表由于 555 定時器有著特定的功能，它可構(gòu)成多種數(shù)字元件，例如 555 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等，因此 555 定時器在電子技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。2.2.42.2.4 555555 多諧振蕩器多諧振蕩器3 本次設(shè)計中所用的多諧振蕩器是由 555 定時器構(gòu)成，其電路圖如圖2.5對于 555 多諧振蕩器，當(dāng)電源接通后，電容 C 被充電，VC 上升，當(dāng) VC

22、上升到 2/3VCC 時，觸發(fā)器被復(fù)位，同時放電 BJT T 導(dǎo)通，此時 V0 為低電平，電容 C 通過 R2 和 T 放電，使 VC 下降。當(dāng)下降到 1/3VCC 時， 圖 2.5 555 定時器電路圖觸發(fā)器又被置位，V0 翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器放電所需時間為：TPL=R2Cln2=0.7R2C （2-1）當(dāng)放電結(jié)束時，T 截止，VCC 將通過 R1、R2 向電容 C 充電，VC 由 1/3VCC上升到 2/3VCC 所需的時間為： TPH=（R1+R2）C ln2=0.7（R1+R2）C （2- Vo82）當(dāng) VCC 上升到 2/3VCC 時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一

23、個周期性的方波，其頻率為： F=1/（TPL+TPH）=1.43/（R1+2R2）C （2-3）在本次設(shè)計中，555 多諧振蕩器為計數(shù)器（1）提供頻率為 50HZ 的矩形脈沖信號。2.2.52.2.5 74LS9074LS90 計數(shù)器計數(shù)器74LS90 計數(shù)器是一種異步的二-五-十進制加法計數(shù)器，它既可以作為二進制的計數(shù)器，又可以作為五進制和十進制的加法計數(shù)器。在本次設(shè)計中它既被用來構(gòu)成五進制計數(shù)器（1） ，又被用來構(gòu)成十進制計數(shù)器（2）與計數(shù)器（3） 。圖 2.6 為 74LS90 的引腳排列圖。 圖 2.6 為 74LS90 的引腳排列圖通過不同的連接方式，74LS90 可以實現(xiàn) 4 種不

24、同的邏輯功能；而且還可以借助 R0（1） 、R0（2）對計數(shù)器清零，借助 R9（1） 、R9（2）將計數(shù)器置 9，表 2.3 為其功能表。其具體功能如下：（1） 當(dāng)計數(shù)器脈沖從 CK1 輸入，QA 作為輸出端，為二進制計數(shù)器。（2） 當(dāng)計數(shù)器脈沖從 CK2 輸入，QD QC QB 作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。9（3） 若將 CK2 和 QD 相連，計數(shù)脈沖由 CP1 輸入，QA QB QC 和 QD 作為輸出端，則構(gòu)成異步 8421 碼十進制加法計數(shù)器。表 2.3 74LS90 計數(shù)器功能表4（4） 若將 CK1 和 QA 相連，計數(shù)脈沖由 CP2 輸入，QA QB QC 和 QD 作

25、為輸出端，則構(gòu)成異步 5421 碼十進制加法計數(shù)器。（5） 清零、置 9 功能。a 異步清零：當(dāng) R0（1） 、R0（2）均為“1” ，且 R9（1） 、R9（2）中有“0”時，可以實現(xiàn)異步清零功能，即 Q3Q2Q1Q0=0000。 輸入 輸出 清 0 置 9 時鐘R0（1）R0（2）R9（1）R9（2）CKA CKBQD QC QB QA 功能 1 1 0 X X 0 X X 0 0 0 0 清 00 X X 0 1 1 X X 1 0 0 1 置 9 1 QA 輸出 二進制計數(shù) 1 QD QC QB 輸出 五進制計數(shù) QAQD QC QB QA 輸出 8421BCD 碼 十進制計數(shù)QD Q

26、D QC QB QA 輸出 5421BCD 碼 十進制計數(shù)0 XX 00 X X 0 1 1 不變 保持10 b 置 9 功能：當(dāng) S9（1） 、S9（2）均為“1” ，且 R0（1） 、R0（2）中有“0”時，可以實現(xiàn)置 9 功能，即 QAQBQCQD=1001。 74LS90 計數(shù)器除了有以上功能外還有分頻作用。因 74LS90 計數(shù)器可以構(gòu)成二、五、十三種計數(shù)器，即可實現(xiàn)二分頻、五分頻和十分頻。 2.2.62.2.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖 2.7 為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖 2.8 為各點波形圖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)脈沖信號 V1 由基本 RS 觸發(fā)器 端提供，輸

27、出負脈沖 V0 通過非門加到計數(shù)器的清除端 R。靜態(tài)時，門 4 應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻 R 必須小于門的關(guān)門電阻 ROFF。定時元件 RC 取值不同，輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的 RP 和 CP。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計數(shù)器提供清零信號。圖 2.7 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11 圖 2.8 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器各點波形圖3 3 電路設(shè)計電路設(shè)計3.13.1 電路設(shè)計方案電路設(shè)計方案 根據(jù)題目的要求，主要設(shè)計一個計數(shù)系統(tǒng)、譯碼驅(qū)動、數(shù)碼顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、一個穩(wěn)壓電源。其主要核心技術(shù)在于產(chǎn)生秒信號的計數(shù)脈沖與計數(shù)器之間的級聯(lián)。其組成原理框圖如圖 3.1 所

28、示，原理圖見附錄三。數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管譯碼驅(qū)動器譯碼驅(qū)動器譯碼驅(qū)動器計數(shù)器3計數(shù)器2計數(shù)器1控制端頻率振蕩源穩(wěn)壓電源 3.1 電路組成原理框圖3.1.13.1.1 工作原理工作原理 電子秒表是由頻率振蕩源產(chǎn)生 50HZ 的脈沖信號經(jīng)控制端送入 0.01S 位計數(shù)器開始計數(shù)，而 0.01S 計數(shù)器位的構(gòu)成是五進制計數(shù)器當(dāng)其記滿 5 個脈沖時自動歸零，同時也會產(chǎn)生一個進位脈沖 0.1S 位計數(shù)器 0.1S 位就開始工作，而120.1S 位計數(shù)器的構(gòu)成是十進制計數(shù)器當(dāng)其記滿 10 個脈沖自動歸零，同時也會產(chǎn)生一個進位脈沖 1S 位計數(shù)器 1S 位就開始工作它的構(gòu)成也是一個十進制計數(shù)器。當(dāng)其記滿后會自

29、動歸零。3.1.23.1.2 計數(shù)器工作波形圖計數(shù)器工作波形圖 計數(shù)器工作波形圖5如圖 3.2 所示。13圖 3.2 計數(shù)器工作波形圖3.23.2 核心電路設(shè)計核心電路設(shè)計 3.2.13.2.1 計數(shù)器設(shè)計計數(shù)器設(shè)計 在這里 74LS90 計數(shù)器(1)接成五進制的形式所構(gòu)成，它是用來將由多諧振蕩器產(chǎn)生的 50HZ 的矩形方波進行計數(shù)。用來記錄秒表的 0.01S 位。見圖 3.36圖 3.3 計數(shù)器級聯(lián)圖 計數(shù)器（2）是由 74LS90 計數(shù)器接成十進制形式構(gòu)成的，它是用來記錄秒表的 0.1S 位，并用譯碼顯示器來顯示。由于計數(shù)器（2）是十進制，當(dāng)其計數(shù)14到 9 的時候，就會產(chǎn)生進位信號，而該

30、進位信號就作為計數(shù)器（3）的輸入信號。計數(shù)器（3）也是由 74LS90 計數(shù)器接成十進制形式構(gòu)成的，只是它是作為秒表的高位計數(shù)單位，即最小計數(shù)單位為 1 秒，并用譯碼顯示器來顯示。當(dāng)其計數(shù)到 9 的時候就會返回到 0，此時計數(shù)器就會重新開始計數(shù)，秒表也會重新開始顯示時間。 3.2.23.2.2 主控電路設(shè)計主控電路設(shè)計 （1）基本 RS 觸發(fā)器與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器之間的聯(lián)接。 基本 RS 觸發(fā)器通過其輸出端的復(fù)位和置零來控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是否工作。當(dāng)其輸出端 Q1 為高電平時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不能被觸發(fā)，即停止工作；當(dāng)其輸出端 Q1 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能被觸發(fā)，即開始工作。 （2）基本 R

31、S 觸發(fā)器與 555 多諧振蕩器之間的聯(lián)接。由于多諧振蕩器屬于自激型的振蕩器，不需要外界的觸發(fā)信號就能產(chǎn)生矩形脈沖方波?；?RS 觸發(fā)器與多諧振蕩器之間的聯(lián)接是通過用一個與非門將兩者的輸出端相連，因此只有當(dāng)基本 RS 觸發(fā)器的輸出為高電平時，與非門才能打開，此時多諧振蕩器所產(chǎn)生的信號才能通過與非門輸出去。在這里基本 RS 觸發(fā)器就起到了控制多諧振蕩器輸出的作用。154 4 PCBPCB 板的制作板的制作4.14.1 PCBPCB 板設(shè)計的設(shè)計原則板設(shè)計的設(shè)計原則774.1.14.1.1 布局布局 首先，要考慮電氣要求、散熱、封裝尺寸等。在確定 PCB 尺寸后再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電

32、路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。 1 盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠離。 2 某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方 3 重量超過 15g 的元器件、應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機的機箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件。 4 對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機的結(jié)構(gòu)要求。若是機

33、內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上方便于調(diào)節(jié)的地方；若是機外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應(yīng)。16 5 應(yīng)留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置 4.1.24.1.2 布線布線 1 輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。2 印制攝導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為 0.05mm、寬度為 1 15mm 時通過 2A 的電流，溫度不會高于 3，因此導(dǎo)線寬度為 1.5mm 可滿足要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選 0.020.3mm 導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間

34、距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至 58mm。3 印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。4.1.34.1.3 焊盤焊盤焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D 一般不小于(d+1.2)mm，其中 d 為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。4.24.2 PCBPCB 板電路抗干擾措施板

35、電路抗干擾措施4.2.14.2.1 電源線設(shè)計電源線設(shè)計 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。4.2.24.2.2 地線設(shè)計地線設(shè)計8 地線設(shè)計的原則是： 1 數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而租，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。172 接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗，

36、使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應(yīng)在 23mm 以上。3 接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。4.34.3 制板制板對于手工自制印刷電路板，按板面的實際設(shè)計尺寸剪裁敷銅板可用鋼鋸沿邊線鋸開，將敷銅板表面處理后，直接在銅箔面涂保護層。表面處理 可用水砂紙去氧化層和油污。然后將打印好 PCB 轉(zhuǎn)印紙鋪在敷銅板上通過熱壓機將 PCB印在敷銅板上，然后在板子放入配好的三氯化鐵溶液中，濃度在 2842%之間，不斷搖晃，加速反應(yīng)。待把能看見的銅都腐蝕完了之后把扳子從三氯化鐵溶液中取出來用清水洗凈，用砂紙將沒有被腐蝕的銅表面沙干凈。然后再

37、把已經(jīng)配好的松香酒精溶液立即涂在洗凈晾干的印制電路板上，使它分布均勻且很薄，再加熱烘干到不粘手為止。最后在鉆孔，完成制板的最后工作。4.44.4 焊接的基本常知識焊接的基本常知識9首先是選擇電烙鐵。對于小型的電子制作項目，20W 的烙鐵就能滿足要求。如果初學(xué)焊接時使用大功率烙鐵，很容易燙壞元件。 再次，注意焊錫與助焊劑的選用。千萬不要使用酸性助焊劑，否則對烙鐵頭和電路板都有腐蝕作用。最好使用含松香芯的焊錫絲，用松香或松香酒精溶液作助焊劑。砂紙打磨是重要的過程，否則更難上錫甚至上不上錫。正確的方法是用細砂紙輕磨幾下，再用烙鐵頭磨蹭引腳。如果引腳只有少數(shù)部位能上錫，這種元器件就得用砂紙多磨幾下引腳

38、，否則會成為虛焊的隱患。 搪錫后，將引腳插入通孔，用鑷子夾住引腳根部，再用烙鐵接觸引腳和通孔。一旦焊錫流滿通孔，應(yīng)立即移開烙鐵。此時應(yīng)注意：第一，烙鐵應(yīng)與引腳接觸；第二，焊接的時間要短，一般不宜超過三秒；第三，撤離烙鐵后千萬不可晃動引腳，必須要焊錫凝固后再松開鑷子。焊接質(zhì)量可從焊錫是否填滿通孔、18焊點是否圓滑光亮來判斷。對于焊點周圍的松香焊渣，可用乙醇擦去，千萬不要使用含有氯化物的溶劑、汽油或肥皂水。手工焊接對焊點的要求1.電連接性能良好；2.有一定的機械強度；3.光滑圓潤。造成焊接質(zhì)量不好的常見原因1.焊錫用量過多，形成焊點的錫堆積；焊錫過少，就不足一包裹焊點。2.冷焊。焊接時烙鐵溫度過低

39、或加熱時間不足，焊錫未完全熔化，浸潤，焊錫表面不光亮（不光滑） ，有細小裂紋（如同豆腐渣一樣?。?。 3.夾松香焊接。焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香，造成電連接不良。 4.焊錫的連橋。指焊錫量過多，造成元器件的焊點之間短路。這在對超小元器件及細小印刷電路板進行焊接時要尤為注意。 5.焊劑過量。焊點周圍松香殘渣很多。當(dāng)少量松香殘渣留時，可以用電烙鐵再輕輕加熱一下，讓松香揮發(fā)掉，也可以用蘸有無水酒精的棉球，擦去多余的松香或焊劑。 6.拖尾：即焊點表面的焊錫形成尖銳的突尖。是由于加熱溫度時間過長或焊劑過多掌握不當(dāng)，以及烙鐵離開焊點時角度不當(dāng)造成的。 7.虛焊：焊點表面好像很飽滿，實際上和焊盤

40、并沒有接觸，造成虛焊，一般不易查出，所以在焊接中一定要注意。4.54.5 元器件的安裝元器件的安裝在安裝元件時，我們應(yīng)該對元件進行檢測使它能達到電路所需的要求，應(yīng)盡量避免裝錯元件不然調(diào)試時會出現(xiàn)很多麻煩，然后仔細對照原理圖和元件裝配圖進行安裝。 ，再進行元器件的安裝焊接，在安裝焊接時應(yīng)注意避免虛焊、假焊現(xiàn)象，并且要注意掌握焊接時間。如果焊接時間過長就有可能將元器件損壞。195 5 系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試由于整個電路系統(tǒng)是由多個小模塊構(gòu)成，因此在對整個系統(tǒng)調(diào)試之前，應(yīng)先對各個小模塊進行調(diào)試。因整個系統(tǒng)都是數(shù)字電路，因此可以用 ISIS 仿真軟件（ISIS 仿真軟件是一種既能畫圖又能仿真的軟件，它是通過

41、高低電平的顯示來進行調(diào)試。 ）來對其進行調(diào)試。5.15.1 基本基本 RSRS 觸發(fā)器的調(diào)試觸發(fā)器的調(diào)試10 基本 RS 觸發(fā)器是由集成與非門構(gòu)成，可以根據(jù)其功能進行調(diào)試。其功能表如表 3.1。由基本 RS 觸發(fā)器的功能表可以看出，基本 RS 觸發(fā)器屬于低電平觸發(fā)。當(dāng)輸入端 R、S 分別為“1” 、 “0”時，輸出端 Q1、Q2 就分別為“0” 、 “1” ；當(dāng)輸入端 R、S 分別為“0” 、 “1”時，輸出端 Q1、Q2 就分別為“1” 、 “0” ；當(dāng)輸入端R、S 都為“1”時，輸出端 Q1、Q2 保持不變。通過 ISIS 仿真軟件，這些情況都能進行測試。當(dāng)基本 RS 觸發(fā)器正常工作時，在

42、觸發(fā)器的各輸入或輸出端都能用紅色的小點（代表高電平“1” ） 、綠色的小點（代表低電平“0” ）來顯示，這樣就能直觀的測試基本 RS 觸發(fā)器的工作是否正常。5.25.2 555555 多諧振蕩器的調(diào)試多諧振蕩器的調(diào)試20 本次設(shè)計用的多諧振蕩器是由 555 構(gòu)成的可調(diào)頻振蕩器，由于其本身就具有自激功能，不需要外界的觸發(fā)，因此在調(diào)試時可以用一個示波器來觀察其輸出波形，并測試波形的頻率，要求得到頻率為 50HZ 的方波。該多諧振蕩器的可調(diào)頻是通過調(diào)節(jié)電阻 R1 來實現(xiàn)的，根據(jù)其頻率公式（公式 3.4）就可看出只要 R1、R2、C 的參數(shù)取得恰當(dāng)，就可以獲得頻率為 50HZ 的方波信號。5.35.3

43、 計數(shù)器的調(diào)試計數(shù)器的調(diào)試 本次設(shè)計中用的三個計數(shù)器都是由 74LS90 構(gòu)成，可以根據(jù)其功能表（表3.3）來對其進行調(diào)試。具體調(diào)試情況如下：（1）將計數(shù)器（1）接成五進制形式，R0（1） 、R0（2） 、R9（1） 、R9（2）接邏輯開關(guān)輸出插口，CP2 接單次脈沖源，CP1 接高電平“1” ，QD QCQBQA 接實驗設(shè)備上的輸入端 D、C、B、A，按表 3-2 測試其邏輯功能。（2）將計數(shù)器（2）及計數(shù)器（3）都接成 8421 碼十進制形式，同時 R0（1） 、R0（2） 、 R9（1） 、R9（2）接邏輯開關(guān)輸出插口，CP2 接單次脈沖源，CP1 接高電平“1” ，QD QCQBQA

44、接實驗設(shè)備上的輸入端 D、C、B、A，按表 3-2 測試其邏輯功能。 （3）將計數(shù)器（1） 、 （2） 、 （3）級聯(lián)，按表 3.3 測試其邏輯功能。5.45.4 譯碼器的調(diào)試譯碼器的調(diào)試74LS248 有以下一些特征：（1）A、B、C、D 為 BCD 碼的輸入端。 （2）a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 為譯碼顯示器的輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動共陰極 LED 數(shù)碼管。（3）LT 為測試輸入端，當(dāng) LT=“1”時，譯碼輸出全為“1” 。（4）BI 為消隱輸入端，當(dāng) BI=“1”時，譯碼輸出全為“0” 。根據(jù) 74LS248 的以上這些特征以及參照其功能表（表 3.4）對其進行調(diào)試，

45、在調(diào)試的過程中可以借助 LED 數(shù)碼管的顯示功能，這樣可以直觀的觀察74LS248 是否正常工作。215.55.5 電子秒表的整體調(diào)試電子秒表的整體調(diào)試各單元模塊調(diào)試正常后，按方案的連接方式將各模塊的實際電路在 ISIS 軟件上連接起來，進行電子秒表的總體調(diào)試。先按一下按鈕開關(guān) K2，此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān) K1，則計數(shù)器清零后便開始計時，觀察數(shù)碼管顯示計數(shù)情況是否正常，如不需要計時或暫停時，按一下開關(guān) K1，則計時立即停止，但數(shù)碼管保留所計時之值。對于電子秒表的準(zhǔn)確精度，可以利用電子鐘或手表的秒計時對電子秒表進行測試。5.65.6 系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能本次設(shè)計的電子秒表系統(tǒng)是用于測量較短而且較精確的時間，它具體有以下一些功能：（1）整個系統(tǒng)由兩個開關(guān)（S1、S2）控制。（2）系統(tǒng)在應(yīng)用之前能清零，即電子秒表開始計時之前，顯示器應(yīng)顯示零。（3）如果不需要計時或需要中途暫停計時，則秒表能及時停止計時，但能保留停止計時之前所計的時間。（4）電子秒表的計時范圍在：0S 到 9.9S 之間。5.7.15.7.1 設(shè)計小結(jié)設(shè)計小結(jié)本次課程設(shè)計的題目是電子秒表。在選定這個題目后我們并沒有立即