电子秒表的设计与制作.PPT

电子秒表的设计与制作 张长命 目的 利用数电课程中学习的单元逻辑电路和逻辑门，设计电子秒表，了解计数器、显示器、译码器、触发器、单稳电路、多谐振荡器的原理及应用，熟悉仪器设计、安装、调试的基本方法和步骤。 1 设计要求 a）利用逻辑电路设计两位电子秒表，实现9.9秒计时。 b）设计两个按钮，控制“启动”和“停止”操作。也可设计单按钮，按一下“启动”，再按一下“停止”。 2 任务 a）方案选择与论证。方案的原理框图，单元电路设计与计算说明，元器件选择和电路参数计算说明，画出总体电路图。 b）利用Multisim等仿真软件，进行仿真分析。 c）利用Protel99、Altium Designer等软件画出原理图、印制电路板 （pcb）图。 d）电路安装（面包板）、调试。 e）写课程设计报告。 3、时间安排 a）电路设计1 ?3天。 b）电路安装1天。 c）调试1天。 d）课程设计报告1?3天。 4 总体方案设计 5 单元设计 5.1 多谐振荡器 采用555时基电路组成多谐振荡器，产生50Hz的脉冲信号，周期为20ms。 参数计算：振荡周期T=20ms=0.02s 计算公式：T=0.7(R1+2R2)C 占空比q=（R1+R2）/（R1+2R2）， 取C=0.33μF， 0.7(R1+2R2)x0.33x10-6=20x10-3 R1+2R2=20x103/0.7x0.33=86.58x103 取占空比q=3/4， R1=2R2 R2=86.58x103/4=21.645K 取标称值R2=20K R1=86.58K-40K=46.58K 考虑到元器件的误差，R1用一个固定电阻和一个电位器代替，对振荡周期进行微调。R1取标称值39K，电位器取10K。 C2为滤波电容，取0.01μF。 5.2 0.1秒脉冲发生器 五进制计数器对多谐振荡器产生的20ms脉冲计数，输出5X20ms=0.1秒脉冲，采用二-五-十进制计数器74LS90，按五进制计数器接线对多谐振荡器输出的20ms脉冲计数，由于该芯片无进位端，计够5个数时Q3=1，计第6个数时Q2清零，故用Q3作为进位端，输出0.1秒脉冲。 图3 0.1秒脉冲发生器 5.3 启动/停止电路 设置两个按键，分别控制电子秒表的启动或停止。由与非门组成基本RS触发器，两按键分别控制R、S端，使触发器复位或置位。采用置位启动方式，Q端控制门开关，为高电平时打开门输出计数脉冲，开始计数。低电平时关闭门，禁止计数脉冲输出。启动计数时应同步清空计数器，因此，采用Q输出清零脉冲。 5.4 复位电路 由RS触发器输出的清零信号是低电平信号，而计数器需在启动时复位，启动后输入脉冲时计数，因此需将复位电平转换成复位脉冲，其宽度既能满足计数器复位的需要，又低于计数脉冲周期，保证启动后准确计数。计数值在停止计数时应保持，因此又要求停止计数时不清零。 根据以上分析，采用微分电路将清零信号下跳沿转换成微分脉冲，其幅度应大于门电路的阈值电压VT。再由单稳触发器将微分脉冲转换成宽度满足要求的复位脉冲。 74LS90的功能表可知，R端为高电平时复位，低电平时计数。因此，用非门将V01反相输出V0，送至74LS90的R端，清零后保持计数状态。 输出脉冲宽度应远小于计数脉冲，选C=4700P，R=470Ω, tw=0.85RC=0.85x470x4700X10-12=1.88μs,远小于20ms的脉冲宽度，不影响计数。 单稳触发器用窄脉冲触发，要求触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度，采用微分电路，既要保证微分脉冲足够窄，又要保证稳态时门输入为高电平。 选择分压电阻为1.5K和1K，分压VI2=5x1K/(1.5K+1K)=2V，大于高电平最小值1.8V，满足稳态时门输入为高电平。设清零信号高电平为3.6V，稳态时电容C上电压值VC=1.6V，清零信号变为低电平0.3V时，选微分电容510P，充电时间常数1.5Kx510x10-12。