《电子设计自动化课程设计报告-简易数字秒表设计》

《电子设计自动化》
课程设计报告
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二00九年12 月16 日
目录
1.课程名称 (2)
2.设计任务和要求 (2)
2.1设计任务 (2)
2.2设计要求 (2)
3.方法选择与论证 (2)
3.1方案选择 (2)
3.2方案论证 (2)
4.方案的原理图 (3)
4.1方案原理图 (4)
4.2总体电路图，布线图以及说明 (5)
4.3单元电路设计及说明 (5)
5.电路调试 (8)
6.收获体会、存在问题和进一步的改进意见 (9)
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简易数字秒表
1.课程名称：《简易数字秒表》
2.设计任务和要求
2.1设计任务：
数字式秒表实现简单的计时与显示，按下启动键开始清零计时，按下停止键，计时停止。

具有“ 分”（00—59）“秒”( 00—59）数字显示，分辨率为1 秒。

计时范围从 00分 00 秒到 59 分 59 秒。

2.2设计要求：
阅读相关科技文献，上网搜索相关资料，设计多种方案设计，予以论证，最终选择最佳方案。

1、将提供的1024hz的方波源转换成1hz 的方波源。

2、秒表的范围为0-59分59秒。

3、最后用数码管显示。

3. 方法选择与论证
3.1.方案选择
在设计之初，我们有两个方案，都实现了59分59秒的结果，不过经过小组成员的讨论，一致选定采用方案二，该方案是在Proteus软件环境下实现的秒表计时功能，就制作上较方案一还是很不错的。

3.2. 方案论证
我们主要采用74LS90芯片和555计时器，74LS90 是二 -- 五十进制计数器，根据进制转换，很好的实现了六进制的功能，参考了各相关书籍及网上的一些资料，我们做好了现在的电路图，经过仿真，我们达到了预期的结果。

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4.方案的原理图
方案设计一：
4.1方案原理框图：
4.2总体电路图，布线图以及说明：
说明：上图是用EWB软件仿真的简易秒表设计的总体电路图，主体部分采用4片74LS160芯片构成进位计数器，据其引脚功能连线并设置相应使能和触发端；
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其中两个与非门是通过反馈输出进行6进制的控制，两个与门实现高位两片74LS160的使能控制，达到秒表计数的功能。

单击开关停止计数，在软件上通过启动开关可实现清零。

4.3元器件选择及说明：
74LS160的逻辑功能：74160为可预置的十进制计数器，异步清零端为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。

74160的预置是同步的。

当置入控制器为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端与数据输入端一致。

74160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现。

当ENP、ENT均为高电平时，在CP上升沿作用下输出端同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。

方案设计二：
4.1方案原理框图
本数字电子秒表设计由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电路等组成，如图4.1所示：
图4.1方案原理框图
4.2总体电路图，布线图以及说明
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图4.2 总体布线图
4.3单元电路设计及说明
4.3.1秒信号发生器单元：
秒信号发生器
利用555定时器构成的多谐振荡器产生秒脉冲发生器。

由于555定时器的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，再加上电路结构简单，计算比较简单。

利用555定时器构成的多谐振荡，在电路中我们选择数据如下：C＝0.1uF，R1=R2。

利用公式：f=1/(R1+2R2)Cln2
根据设计要求，需要精确到0.01s，故f＝100Hz，带入上式得：R1＝R2＝4.8KΩ。

在protues环境下的原理图中，取R1＝R2＝4.8KΩ，并且在R1支路串联一个1KΩ的电位器，来调节脉冲信号的精度。

此信号从555定时器的3引脚OUT端输出，送到计
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数器74LS90的脉冲输入端CP，作为计时脉冲。

4.3.2 时间计数单元：
图1.3 74LS90六进制时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。

要实现 0.1 秒计数，须设计一个 10 进制计数器；要实现秒计数，须设计一个 60 进制计数器；要实现分计数，须设计一个 10 进制计数器，这里选用 74LS90 实现。

表为74LS90功能表
输入输出
功能
清 0 置 9 时钟
QD QC QB QA
R0(1)、R0(2) S9(1)、S9(2) CP1 CP2
1 1 0
×
×
× × 0 0 0 0 清 0
0 × ×
1 1 × × 1 0 0 1 置 9
0 × × 0 0 ×
× 0
↓ 1 QA输出二进制计数
1 ↓ QDQCQB输出五进制计数
↓ QA
QDQCQBQA输出 8421BCD
码
十进制计数QD↓
QAQDQCQB输出 5421BCD
码
十进制计数
1 1 不变保持
十分之一秒计数器和分计数器是十进制，所以只需要将 74LS90 接成十进制即可。

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电路图如下：
图1.4 74LS90构成十进制计数器
74LS90 是二 -- 五十进制计数器，所以设计一个60进制秒计数器要用两个74LS90 ，当计数状态一到 01100000 立即清零。

但是用90实现六进制时须将QC,QA 分别接 R0(1)、R0(2)，这样由启动停止电路输出的启动停止秒表工作的信号就无法接到 R0(1)、R0(2)处控制。

所以本设计中改用 74LS92 实现 60 进制计数。

4.4元器件选择和电路参数计算的说明
本次设计选用的器件：74LS90×5,NE555×1,74LS26×4,AND×3,电阻若干。

本设计需要计算说明的是555芯片构成的秒信号发生器。

利用公式：
f=1/(R1+2R2)Cln2根据设计要求，需要精确到0.01s，故f＝100Hz，带入上式得：R1＝R2＝4.8KΩ。

4.5程序流程图及代码（由于本实验只用Proteus仿真，故没有代码）
5.电路调试（对调试中出现的问题进行分析、并说明解决的的措施；测试、记录、整理与结果分析）
对于方案一的调试以及相关解释：
a．由于74160的清零端低电平有效，那么当从右的第1片和第3片实现十进制就只用将清零端接高电平，让其不起作用。

b．在电路调试时，最左边的一片不好实现其计数功能，原因在于使能端没有设置好，最后将第1、2片的进位通过与门接到其ENP端口，将第3片的进位接到它的ENT 端，实现触发与计数。

c. 电路中置数是通过清零端实现的，置数端没有用，接高电平让其无效即可。

d. 此种方案接线仿真简单，清晰明了；但电路存在不稳定的可能，不好将其用
于实际的实现。

对于方案二的调试以及相关解释：
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在我们整个设计过程中，我们小组完成了秒信号发生器的设计，再用公式求出555中的电阻参数，实现了精确到0.01秒。

在此基础上我们完成了74LS90的六进制电路搭建及实现有效进位。

6.收获体会、存在问题和进一步的改进意见
经过分析和仿真，我们最后选择方案二为最终方案。

收获：了解熟悉相关软件、并知道比较其利弊；巩固相应电路实现的原理，加深理论知识的学习；懂得通过团队合作来完成任务、合理利用资源，合理安排时间。

存在的问题：在仿真过程中不能很好的实现清零。

改进的方案：我们小组成员讨论后单独用包括启动开关在内的三个开关来实现。

参考书目：
［1］《电工电子基础实验》，湖北师范学院电工电子实验教学示范中心系列教材，2007年8月［2］《电子技术基础二》，华中科技大学电子技术课程组编（康华光主编），高等教育出版社（第五版）
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