三位数字显示的计时系统(课程设计)

湖南工程学院课程设计课程名称数字电子技术课题名称三位数字显示的计时系统专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导教师2013年12 月27 日湖南工程学院课程设计任务书课程名称：数字电子技术题目：三位数字显示的计时系统专业班级：班学生姓名：学号：指导老师：审批：任务书下达日期2013 年12 月16 日星期一设计完成日期2013 年12 月27 日星期五设计内容与设计要求一、任务与要求：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）二、设计要求：1、设计思路清晰，给出整体设计框图；2、设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；3、总电路设计；4、计算机仿真5、安装调试电路；6、写出设计报告；主要设计条件1.提供直流稳压电源、示波器；2.提供 TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。

说明书格式1、课程设计封面；2、课程设计任务书；3、说明书目录；4、设计总体思路，基本原理和框图；5、单元电路设计（各单元电路图）；6、总电路设计（总电路图）；7、安装、调试步骤；8、故障分析与电路改进；9、总结与设计调试体会；10、附录（元器件清单）；11、参考文献；12、课程设计成绩评分表。

进度安排第一周星期一上午安排任务、讲课。

星期一～星期五上午查资料、设计第二周1、计算机仿真2、测试元器件3、调试单元电路4、调试总电路5、调试验收6、写课程设计报告书星期五下午答辩地点：实验楼四楼电子综合实验室参考文献《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编《电子技术课程设计指导》彭介华、主编高等教育出版社《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编华中理工出版社。

目录一、设计总体思路，基本原理和框图 (1)1、设计总体思路 (1)1) 主电路 (1)2) 控制电路 (1)2、基本原理及框图 (2)1) 基本原理 (2)2）设计整体框图 (3)二、单元电路设计 (4)1、函数信号发生器 (4)2、计时单元电路 (4)3、显示电路 (5)六、总电路设计 (6)七、安装、调试步骤 (7)八、故障分析与电路改进 (8)1、故障产生原因 (8)2、故障的分析方法 (8)3、电路的改进 (9)九、总结与设计调试体会 (10)十、附录 (13)十一、参考文献 (14)一、设计总体思路，基本原理和框图1、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) 基本原理设计说明：三位数字显示计数系统电路一般由时钟信号输入装置（发生秒脉冲）、计数器、数字显示装置、和控制电路几大部分组成。

秒信号和控制信号送入计数器使其进行计数及其他状态切换，把计数的结果在显示译码器中以秒的十进制数字显示出来。

控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数等状态切换，本电路的秒脉冲可采用函数信号发生器产生脉冲信号。

此计时系统是由函数信号发生器接成的多谐振荡器产生稳定的高频脉冲信号作为时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲.秒计数器计满60后向分计数器进位，计数器的输出经译码器送显示器，图所示为电路流程图。

时间计数电路一般采用10进制计数器如74LS160N来实现时间计数单元的计数功能。

本次设计中选择74LS160N。

由其内部逻辑框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。

译码驱动及显示单元电路.选择ＬＥＤ数码管作为显示单元电路。

由译码器把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。

这里的LED 数码管是采用共阴的方法连接的。

2）设计整体框图振荡器电路计数器 计数器 计数器显示器 显示器 显示器二、单元电路设计1、函数信号发生器函数信号发生器用于产生所需脉冲，电路图如图所示：2、计时单元电路如图所示。

该电路用2块74LS160组成秒显示电路，1块74LS1160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。

由7段数码管显示，如图所示六、总电路设计三位数字显示计时系统的总电路图如下：七、安装、调试步骤系统总电路接线图如下所示，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74LS160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。

八、故障分析与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。

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。

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，是否有线脱落的现象，是否按照了原理图上进行安装，是否有器件没有接通电源。

4)在通电情况下，用一根导线接到共阴极的LED上，另一端接到待检查处，从信号源到输出一一进行检查，观察是否与仿真时的情况一致，是否与预期的电平一致。

3、电路的改进1）在电路的调试过程中，由于器件本身的原因，需对电路做进一步改进，如从09直接跳到19，正确的跳转应该是从09跳到10，这时就需在进位的同时给置数端一个信号，使其在进位的同时置0，从而达到预期目标。

2）由于仿真与实际的区别，在调试的时候发现与74LS192的清零端相连接的JK触发器输出端的高低电平恰好与仿真时相反，从而使得开机时不能清零，当把CR输入端子交换后，发现恰好达到预期效果。

九、总结与设计调试体会经过这次的数电课程设计，我从中学会了如何在遇到问题时，自己去思考问题所在之处，通过实践去解决问题。

总体来说,这次课程设计使我受益匪浅.在设计与仿真的过程中特别有趣，提高了我的设计水平,增加了我们的实际操经过两个星期的实习，过程曲折可谓一言难尽。

在此期间我失落过，也曾热情高涨。

从开始时满富盛激情到最后腰酸背痛的复杂心情，到最后调试出来后的喜悦之情。

也许生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

设计确实很辛苦，尤其是当某些问题思考了很久，却无法解决时，那种郁闷的心情，可谓是无法用言语进行表达。

但再苦也是值得的，我们通过课程设计，使我们认识到了自己理论知识的缺陷，我们学会了怎样去进行电路的设计。

首先，要逐个分析它要实现的功能，然后考虑用那些元器件可以实现这种功能；其次，要查找这些元器件的资料，包括功能表及工作原理等等；然后，做出连接图，用仿真软件进行仿真：最后进行实物连接、调试。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和pcb连接图，和芯片上的选择。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。

在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。

从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。

我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。

我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。

也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。