电子技术课程设计论文电子秒表.doc

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1、天津机电职业技术学院电子技术课程设计论文电子秒表.完成时间：2009.12.302010.1.6 班级：08电气自动化三班 姓名： 学号： 前言 21世纪是一个电子技术和电子元件有更大发展的世纪。回顾百年来电子技术和电子工业发展的成就，举世瞩目。可以看到，从国民经济到日常生活的各个方面，电子产品无所不在，体事例无庸枚举，其发展前景未可限量。作为一个学习电子专业的大学生，我们不但要有扎实的基础知识、课本知识，还应该有较强的动手能力。现实也要求我们既精通电子技术理论，更要掌握电子电路设计、实验研究和调试技术。课程设计就是一个理论联系实际的机会。 本次设计主要完成具备基本功能的电子秒表的理论设计，电

2、子秒表是重要的记时工具,广泛运用于各行各业中。作为一种测量工具，电子秒表相对其它一般的记时工具具有便捷、准确、可比性高等优点，不仅可以提高精确度，而且可以大大减轻操作人员的负担，降低错误率。在写本报告的过程中，摘编了生产厂家和各种电子类报刊、参考书的资料，特向提供资料的同学及作者表示感谢。由于水平有限，报告中定有不妥之处，请提出宝贵意见。目录一、 题目-1二、 题目说明-1三、 原理介绍-1四、 单元电路设计-21、 时基信号发生器-22、 计数器-73、 译码器-114、 显示器-135、 防抖开关-15五、 总装图-17六、 名细表-18七、 分工情况-19八、 后记-20九、 参考资料-

3、21报告内容一 题目电子秒表二题目说明 秒表计时器常常用于体育竞赛及各种其他要求有较精确时间的各领域中。其中启/停开关的使用方法与传统的机械计时器相同，即按一下启/停开关，启动计时器开始计时，再按一下启/停开关计时终止。还可以利用普通计算器所具有的累加计数功能配合电子秒表，通过电路巧妙组合控制，实现流速仪计数计时的同步，装置操作简单，显示直观，能提高测速精度，且造价低廉，制作容易。任务要求1. 手动开关，具有起停控制作用。2. 计时精度0.01S。3. 计时范围00.0059.99S。三原理介绍原理框图 时基信号发生器计数器译码显示器防抖开关原理说明：按下启动按钮，时基信号发生器输出频率为10

4、0赫兹的方波脉冲，1传入计数器（小数点以前六十进制小数点后一百进制），计数器将方波脉冲转化成二进制信号输出，二进制信号传入译码器，译码器再将传入的二进制代码转化成与代码相对应的十进制数，译码器输出的相对应的信号能驱动显示器发光，将译码器中的十进制显示出来。四单元电路设计（一）.时基信号发生器作用：产生计时脉冲方波信号，波形的频率稳定。此次设计中选用的是时钟脉冲t1=t2产生此脉冲元件，过程的相关介绍1.LC振荡器 LC 振荡器会产生正弦波信号，正弦波信号经过加整形把正弦波转化成方波。在经过采样把连续的正弦波转化成方波脉冲信号。但是这种波在传播过程中会逐渐衰减，所以还要加放大装置。2.非门反向器

5、 这种电路产生的是尖脉冲 尖脉冲要经过整形才能转化成方波脉冲，方波脉冲才是我们需要的脉冲。3.方波发生器 方波发生器可直接产生方波，但是这种电路的结构比较复杂，而且其电较大，与LC振荡器相结合可起到整形作用。4.石英晶体振荡器 能够发出频率稳定的输出信号，跟外围的其它元件配合，产生正弦波信号震荡频率固定。2 直接输出时钟脉冲频率为100千赫兹需要加数字分频，三级十分频器才能得到所需脉冲5.555多谐振荡器 由555定时器组成的多谐振荡器，它是一个脉冲信号源，产生矩形波，可根据6，2角的输入情况来确定C1,C2电压比较器，由于 t1=t2,计算出R1,R2的值，使555多谐振荡器产生所需要的脉冲

6、信号。根据需要在此次设计中我们所选用的时基信号发生器是555多谐振荡器555多谐振荡器555定时器电路时一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件，就可以构成各种不同用途的脉冲电路，如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。CC7555集成定时电路外引线排列图管脚外引线排列12345678Uss_TROUT_RCOTHDUdd3555定时器引出端功能说明符号功能符号功能TH高处发端OUT输出_TR低处发端_R复位D放电端CO控制电压CC7555定时器是一种功能强、电路简单、使用十分灵活、便于调节的电路，具有功耗低、电源电压范围宽、输入阻抗极高、定时元件的选择范围大等特

7、点，但输出电流比双极型小。CC7555定时器功能表高出发输入端TH低处发输入端TR复位端R输出OUT放电管VXX00导通1/3UDD1/3UDD10导通1/3UDD1原状态原状态X23UDD时，C1输入高电平，否则，C1输出低电平；当U213UDD时，C2输出低电平，否则输出高电平555多谐振荡器由CC7555集成定时器构成的多谐振荡器。电路中奖高电平触发端和低电平触发端短接，并在放电回路中传入电阻R2.这里R1、R2和C为外接电阻和电容，它们均是定时元件。4 8 476 7555 32 1 5R1R2ucC+VDDuo0.01Ftuo0t2t1tuc0T(a) (b)CC7555构成的多谐振

8、荡器及工作波形 工作原理由于接通电源后，电容器两端电压UC=0，故TH端与TR端均为低电平，RS触发器置1（Q=1,Q=O）,输出UO为高电平，放电管V截止。当电源刚接通时，电源经R1R2对电容C充电，使其电压UC按指数规律上升，当UC上升到23UDD时，则RS触发器置0(Q=0,Q=1),输出UO为低电平，放电管V导通，我们把UC从13UDD上升到23UDD这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间t1的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数充=(R1+R2)C由于放电管V导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入第二暂稳态。放电时间常数放=R2C.随着C的放电，当UC下降到13UD

9、D时，RS触发器置1(Q=1,Q=0),输出U0高电平，放电管V截止，电容C放电结束，5UDD再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。如此反复，则输出可得巨型波形。由以上分析可知：电路靠电容C充电来维持第一暂稳态，其持续时间即为t1.电路靠电容C放电来维持第二暂稳态，其持续时间为t2。电路一旦起振后，UC电压总是在(1323)UDD之间变化。主要参数计算电路振荡周期T按下公式计算： T=t1+t2t1由电容C充电过程来决定uc(0+)=1/3UDD uc（）=+UDD充=（R1+R2）C则 t1=（R1+R2）Cln20.7(R1+R2)Ct2由电容放电过程来决定uc (0+)=2/3UDD

10、uc（）=0放=R2Cln20.7（R2）CT=t1+t2=0.7(R1+2R2)C其电路振荡频率 =1/T=1/0.7(R1+2R2)C显然改变R1，R2，C的值，就可以改变振荡器的频率。 多谐振荡器电路，由于电容充、放电途径不同，因而C的充电和放电时间常数不同，是输出脉冲的宽度t1和t2也不同。在实际应用中，常常需要调节t1和t2。在此，引进占空比的概念。输出脉冲的占空比为 。D=t1/(t1+t2)=(R1+R2)/(R1+2R2) 电路稍加改动，就可得到占空比可调的多谐振荡器，电路加了电位器RW，6并利用二极管V1和V2将电容C的充电回路分开，充电回路为R1、V1和C，放电回路为C、V

11、2和R2。该电路的振荡周期为T=t1+t2=0.7（R1+R2）C D=t1(t1+t2)=R1(R1+R2)调节电位器RW，即可改变R1和R2的值，并使占空比D得到调节，当R1=R2时，D=12（此时，t1=t2）,电路输出方波。已知t1=t2=0.005S C=10F T=0.01S R1=R2T=t1+t2=0.7（R1+R2）C计算得：R1= R2=0.7二极管的计算U62/3*5V二极管的击穿电压应当大于U6,二极管的最高反向工作电压约为反向击穿电压的2/ 3，U6的电压为最高反向工作电压，所以二极管的反向击穿电压为UBR=5V所选二极管的型号为LM78055V占空比可调的振荡器（二

12、）计数器 计数器是用来累计时钟脉冲个数的时序逻辑部件，它是数字系统中7用途最广泛的基本部件之一，几乎在各种数字系统中都有计数器。它不仅可以计数，还可以对时钟脉冲分频，以及构成时间分配器或时钟发生器，对数字系统进行定时、程序控制操作外，还能用它执行数字运算。目前TTL和CMOS电路构成的中规模计数器品种很多，应用也很广泛。通常集成计数器为BCD码十进制计数器、四位二进制加法计数器。另外，按预置功能和清零功能还可以分为同步预置、异步预置清零。相关计数器简介74LS290是用少量逻辑门，通过对74LS290外部不同方式的连接，可以组成任意进制的计数器。有置“0”功能、置“9”功能和计数功能，可构成二

13、进制计数器、五进制计数器、十进制计数器。所以74LS290又称“二一五一十进制集成计数器”。74LS161是一种同步四位二进制加法集成计数器，可用直接清零法构成任意进制计数器，也可用同步预置法构成任意进制计数器。CC40192为可预置BCD可逆计数器，其内部主要由四位D触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数和减记数分别有两个输入端输入。它具有复位、置数控制、并行数据、加计数、减记数、进位输出和错位输出在本次设计中选用的是74LS161型号的芯片制作一个六十进制的计数器和一个一百进制的计数器1. 集成计数器74LS16174ls161芯片管脚图874LS161 的功能表输 入输 出CrCTT

14、CTPCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000010d0d1d2d3d0d1d2d31111计 数110保 持110保 持74LS161具有如下功能：异步清零。当清零控制端Cr=0时，立即清零，与CP无关。同步预置。当预置端LD=0，而Cr=1时，在预置输入端D0D1D2D3预置某个数据，同时在CP脉冲上升沿作用下将D0D1D2D3端的数据装入计数器。保持。当Cr=LD=1时，只要控制端CTp和CTt中有一个为低电平就使每级触发器处于保持状态。计数。Cr=LD=CTp=CTt=1时，电路为四位二进制加法计数器。在CP脉冲作用下，电路按自然二进制递加，即由0000-0001-1111。当计到

15、1111时，进位输出端C0送出进位信号（高电平有效），即C0=Q3Q2Q1Q0CTt=1。功能扩展。74LS161有异步清零端Cr，利用反馈归零法，可组成任意进制计数器。9用两片74LS161组成的六十进制计数器原理说明：左边为个位十进制计数器，右边为十位六进制计数器。两篇计数器的CP脉冲相接，组成同步计数器，计数范围为059.当个位计数器到1001时，与门输入为1，十位计数器的CTT端变为1，再来一个CP脉冲，高位计数器加计1，否则只能为保持状态。当十位计数器计到5、个位计数器计到9时，与非门输出为1，在CTP=1和下一个CP脉冲的配合下，强制十位计数器装入0000.用两片74LS161组成

16、的一百进制计数器原理说明：原理说明：左边为个位十进制计数器，右边为十位十进制计数器。两篇计数器的CP脉冲相接，组成同步计数器，计数范围为099.当个位计数器到1001时，与门输入为1，十位计数器的CTT端变为1，再来一个CP脉冲，高位计数器加计1，否则只能为保持状态。当十位计数器计到9、个位计数器计到109时，与非门输出为1，在CTP=1和下一个CP脉冲的配合下，强制十位计数器装入0000.（三）、译码器1、相关译码器介绍8421BCD码译码器这种译码器的输入端子有四个，分别输入四位8421BCD二进制代码的各位，输入端子有10个。每当输入一组一组8421BCD码时，输出端子有10个端子中对应

17、于该二进制数所表示的十进制数的段子就输出高低电平，而其它端子保持原来的高低电平。74ls48译码器 74ls48是控制七段显示器显示的集成译码电路之一，A、B、C、D为BCD码输入端，A为最高位，YaYb为输入端，分别驱动七段显示器的ag输入端，高电平触发显示，可驱动共阴极发光二极管组成的七段显示器显示。其它端为使能端。此次设计中我们所选用的是74ls48译码器74ls48管脚图1174LS48的使能端RBI的功能如下：1）消隐输入BI/RBO。当BI =0时，不论其它个使能端和输入端处于任何状态，YaYg均输出低电平，显示器的七个字段全熄灭。这个端子是个双功能端子，即可以作输入端子，也可以作

18、输出端子。作输入端子用时，它是消隐输入BI；作输出端子用时，她是灭零输出RBO。2）灭零输出BI /RBO。RBO为灭零输出。当RBI =0，输入ABCD=0000时，RBO =0，利用该灭零输出信号可将多位显示中的无用零熄灭。在多位数字显示系统中，RBO与相邻数字译码芯片的灭零输入端RBI相连接，控制邻位的零是否应该熄灭。对含有整数和小数的数字译码电路，在整数部分，高位数字译码芯片的RBO端接相邻低位数字译码芯片的RBI；而在小数部分，低位数字译码芯片的RBO端接相邻高位数字译码芯片的RBI。3）试灯LT。当LT=0，BI /RBO =1时，YaYg输出全高，七段显示器全亮，用来测试个发光段

19、能否正常显示。4）灭零输入RBI。RBI为低电平有效，作用是将能显示的0熄灭。译码电路中整数部分最高位和小数部分最低位数字的译码芯片的RBI固定接0，而小数点前后两位的RBI固定接1。 12 （四）显示器74LS48可控制七段数码显示器显示的集成电路之一，它的输出信号能驱动七段显示器发光发光二极管，即LED是由半导体材料制成的PN结，在正向偏置13时会发光，具有工作电压低、体积小、寿命长、响应快等优点。常用的颜色有红、绿、黄。发光二极管的正向压降为2.2V2.6V，工作电流为510mA，其发光亮度基本与工作电流成正比。因此在使用发光二极管时，必须串限流电阻。发光二极管可工作于脉冲状态，在平均电

20、流相同的情况下，脉冲工作状态比直流工作状态的亮度增加约20%。发光二极管可以单个的形式使用，也可将几个发光二极管封装在一起，根据封装的形状有七段数码显示器、米字型显示器和点阵式显示器等不同的形式。当发光二极管导通时，点亮相应的笔划或点。控制这些发光二极管的亮与暗，即可显示不同的字符或符号。 多个发光二极管封装在一起的七段数码显示器按其连接形式可分为共阳显示器和共阴显示器。共阳显示器的阳极连接在一起，此时对阳极提供一正电压，通过限流电阻控制其阴极为高电平或是低电平来决定其暗或是亮。共阴显示器的阴极连在一起，此时可将阴极接地，通过限流电阻控制其阳极为高电平或是低电平来决定其亮或是暗。根据需要我们选

21、用共阴极接法共阴七段显示器的结构 14 七段显示器的显示形状 限压电阻的计算因为74LS48得额定电流为6mA额定电压为5.5V额定功率为125m七段数码显示器的参数应该是正向压降为2.2V2.6V，工作电流为510mA；74LS48译码器与七段数码显示器的电压差约为3V，工作电流为6mA，则限压电阻为500.（五）防抖开关1.基本RS触发器RS触发器有两个与非门交叉连接而成，如图是它的逻辑图。其中Sd为置1输入端，Rd为置0（复位）输入端在逻辑符号中用小圆圈表示输入信号为低电平有效。Q和Q是一对互补输出端 ，同时用它表示触发器的输出状态，即Q=1、Q=0表示触发器的1态，Q=0、Q=1表示触

22、发器的0态。Sd、Rd为触发器的两个输入信号；Qn为触发器的现态（初态），即输入信号作用前触发器Q端的状态；Qn+1为触发器的次态，即输入信号作用后触发器Q端的状态。基本RS触发器状态真值表SdRdQnQn+1说明000不允许0010101置1（Qn+1=1）01111000置0（Qn+1=0）10101100保持（Qn+1=Qn）111115当Sd=0、Rd=1时，不管触发器原来出于什么状态，其次态一定为1，即Qn+1=1，故触发器处于置1状态（位置状态）。当Sd=1、Rd=0时，不管触发器原来出于什么状态，其次态一定为0，即Qn+1=0，故触发器处于置0状态（复位状态）。当Sd=Rd=1时

23、，触发器状态保持不变，即Qn+1=Qn。当Sd=Rd=0时，触发器两个输出端Q和Q不互补，破坏了触发器的正常工作，使触发器失效。当输入条件同时消失时，触发器状态不定，即Qn+1=。这种情况在触发器工作时不允许出现。因此，使用这种触发器时，禁止Sd=Rd=0的输入状态出现。2. 防抖开关原理图工作原理：启动时，将开关置于1处，则1接地，从而使A端输入为低电平，从而A端显示0,B端显示1，此时Q=1，Q=0。停止时，将开关置于2处，则2接地，从而使B端输入为低电平， 从而B端显示0,A端显示1，此时Q=0，Q=1。16五总装图17六名细表元件规格型号参数个数电阻1W5K25W7 K2电容1F2二极

24、管LM78055V2ICCC7555174LS1614125 mW74LS486mA5.5V4数码管红色GEM5101AE2.2V2.6V，510mA418七分工情况封皮设计 马赛男前言 李丽美工作原理 马赛男和李丽美时基信号发生器 马赛男计数器 李丽美译码器 马赛男显示器 马赛男和李丽美防抖开关 李丽美和马赛男明细表 李丽美后记 马赛男资料查找 李丽美报告打字 马赛男和李丽美各一半单元电路图 马赛男和李丽美画各自负责的相关电路总装图 李丽美马赛男共同完成19八后记在本次课程设计中，我们选用了555定时器所构成的多谐振荡器，74ls161型号的计数器， 74ls48型号的的显示译码器，。通过这

25、些元器件组成的电子秒表电路。在设计过程中加强了我们动手、思考和解决问题的能力，是我们更深一步的了解了各元器件。知道了它们的结构知识，工作原理，电路分析，工作环境等专业知识。更多的了解了除了书本以外的知识，比如各个元器件在实际中的用处，它们的应用，它们的优缺点以及它们现在的市场价格和相对前景。这个对于还有一年即将面临着就业的我们来说是很重要的信息。在这个设计中，更是加强了我们的团队精神，两个人一组，虽然人数少，但是在此过程中也必须有默契的配合，才能够将此次设计做好最佳的效果。每当我们遇到不明白的情况两人查找资料看书共同讨论，通过这一次合作我们不但熟识了课程设计的整个过程，增强了对这一方面知识的了

26、解，而且更深刻的的体会到了合作的重要性，相信在以后的学习中我们将会有更好的成绩。课程设计的同时，让我们感受到了辛勤过后看到自己的成果，那时候的兴奋感觉。当我们在面对电脑坐了一天，手指在键盘上敲打了一天后的腰酸背痛终于看到了自己的成果的时候那种小小的满足感。让我们对于我们以后的生活学习更加有了信心和动力。课程设计的同时，让我们感受到了辛勤过后看到自己的成果，那时候的兴奋感觉。当我们在面对电脑坐了一天，手指在键盘上敲打了一天后的腰酸背痛终于看到了自己的成果的时候那种小小的满足感。让我们对于我们以后的生活学习更加有了信心和动力。一个星期的时间，小小的课程设计给了我们很多东西，不管是知识方面还是精神反

27、面，都让我们受益匪浅。20九参考资料课本：240页，241页，225页，223页，270页，271页，278页，283页284页，285页网上资料查找百度搜索电子秒表应用计算器和电子秒表在流速测量仪上的应用 - kwa-1989的日志 - 网易.百度搜索电子秒表显示器的型号豆丁网百度搜索计数器的种类 21ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVq

28、ULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HC

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