三位数字显示的计时系统_课程设计

三位数字显示的计时系统设计

正文

1、设计总体思路

1.1课程设计要求

设计并制作一个简易的三位数字显示计时系统，供运动员比赛计时用，要求如下：

1)精确到秒，最大计时为9分59秒；

2)开机时自动清零；

3)具有启停输入控制功能，按下启停输入控制键时，开始计时，再次按

下时，停止计时。

4)用7段数码管显示时间；

5)功能扩展（自选）

1.2设计目的

1)进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用。

2)巩固加深理解数字电路的基本理论知识，学习基本理论在实践中综合

运用的初步经验，掌握数字电路系统设计的基本方法及在面板上接线的方法、技术、要注意的问题。

3)培养数字电路实物制作、调试、测试、故障查找和排除的方法。

4)培养细致、认真做实验的习惯。

5)培养实践技能，提高分析解决实际问题的能力。

6)学会运用仿真软件进行电路仿真。

7)熟悉555定时器产生脉冲的应用。

1.3设计总体思路

1)主电路

用3个7段数码管显示时间，3块74LS192同步加减计数器实现计时功能，时钟脉冲用555定时电路产生秒脉冲，1块74LS76实现清零和启停功能。

2)控制电路

按下清零按钮后，使74LS192的清零端为高电平，使其清零。

按下暂停/继续按钮后，使74LS192的CP端为高电平，不再有上升沿输入，使其保持之前的数据不变，再次按下按钮后，74LS192的CP端为

低电平，当下一个高电平输入时，将有上升沿，使74 LS192计数，从而实现暂停/继续功能。

2、基本原理及框图

1)基本原理

开机启动后，给第3块74LS192一个信号，当上升沿到来时，74LS192的输出端输出加1，直到输出为9时，产生进位信号，送到第2块74LS192的UP端，直到第2块74LS192的输出为6时，使其置数为0，同时给第一块74LS192的UP端一个信号使其输出加1，循环进行。74LS192的功能表见下表。

2)设计整体框图

设计框图如图1-1所示：

图1-1 三位数字显示的计时系统设计框图3、单元电路设计及单元电路图

3.1.秒脉冲发生电路

用555组成多谐振荡器输出秒脉冲，工作原理如下：

接通电源Vcc 后，Vcc 经电阻R 1和R 2对电容C 充电，其电压Uc 由0按指数规律上升。当Uc ≥2/3Vcc 时，电压比较器C 1和C 2的输出分别为U c1 =0、U c2=1，基本RS 触发器被置0，Q=0，Q =1，输出U 0跃到低电平U 01.与此同时，放电管V 导通，电容C 经电阻R 2和放电管V 放电，电路进入暂稳态。随着电容C 放电，u c 下降到U c ≤1/3Vcc 时，则电压比较器C 1和C 2的输出为U c1=1、U c2=0，基本RS 触发器被置1，Q=1，Q =0，输出u 0由低电平U 01跃到高电平U 0h 。同时，因Q =0，放电管V 截止，电源V cc 又经过电阻R 1和R 2对电容充电。电路又返回前一个暂稳态。因此，电容C 上的电压Uc 将在2/3V cc 和1/3V cc 之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输了矩形脉冲。多谐振荡器的振荡周期T 为： T=0.7（R 1+R 2）C 振荡频率f 为：

C R R )21(7.01

=

1/T =f

用555组成多谐振荡器输出秒脉冲电路，其电路图如图1-2所示：

图1-2 秒脉冲电路图

3.2. 计时单元电路

如图1-3所示。该电路用2块74LS192组成六十进制秒显示电路，1块74LS192组成分显示电路，当00秒递增到59后，进位到分，同时使其置0。

图1-3 计数器显示电路图

3.3. 显示电路

该电路采用BCD 码数码管，如图1-4所示。

3.4. 控制电路

电路图如图1-5所示，74LS76的Q (14端子)接计数器

74LS192的清零端（MR 端）

，按下清零按钮后，Q 端由0=Q 变为1=Q ，从而使计数器的MR=1，使计数器清零。74LS76的Q 端（11端子）接到与非门的一端，按下启动/停止键，Q 端由Q=0变为Q=1，脉冲得以通过，即启动作用，再次按下启动/停止键， Q 端由Q=1变为Q=0，此时脉冲不能通过，即起暂停的作用。

图1-4 数码管

图1-5 控制电路图

4、安装、调试步骤

系统总电路如图1-6所示。设计出来后按以下步骤进行安装。

1)按照真值表和管脚图用3块74LS192安装成最大为9分59秒的计时器，

使其能正确显示。

2)按照管脚图和原理图对应接好数码管，使其准确显示数字。

3)安装控制电路，按下清零按钮后，计数器可以清零，按下启动/停止键

后，能启动，再次按下启动/停止键，能暂停，再次按下启动/停止键，能继续。

4)把已插入但未连接的线理清楚，然后把它们对应接入正确位置，使电路

接通。

实践表明，一个电子装置，即使用仿真软件仿真没问题，但接实物时，往往不能达到设计的预期效果。因此电子产品做出来之后，不仅要仿真，更要进行实物测试。这是因为设计者在设计时，很难考虑到实际的各种情况及其所处环境对电路的影响程度。

图1-6 总电路设计图

5、故障分析及电路改进

在电路的调试过程中，可谓是历经艰难险阻，通过排除故障后，才把电路给测试通过。

5.1故障产生原因

对于新设计电路来说，调试中产生的故障原因主要有以下几种情况。

1)元器件、接口处损坏。电子电路中通常有很多的元器件在安装的过

程中，由于某种不正确操作，容易损坏电子器件。电子器件损坏后，

将使电路不能实现它的功能。

2)电子器件与面包板接触不良。由于线与接口处孔的大小不是很适

合，接上的线比较容易脱落：由于管脚没插好，也会导致接触不良。

3)安装的接线电路与原理图不一致，主要是某些管脚比较靠近，接线

时没注意就接错了。

4)某些电子器件的没用到的端子没有接地线或接高电平。

5)竞争与冒险现象。当电子器件的两端同时同时变化时，容易产生竞

争冒险现象，导致电路显示不稳定。

5.2故障的分析方法

在电路的调试过程中不可避免的出现各种各样的问题，在查找故障时，需要耐心和细心，一步一步地检查。

1)安装前，对每个器件进行检查，是否有管脚缺失，是否与功能表的各

项功能一致。

2)在安装时要逐个安装、调试，检查是否达到了预定的要求。

3)在断电情况下，观察是否有器件没有与面包板接触好，是否有线脱落