数字电路课程设计及仿真(秒表)

《电子电路CAD》课程设计报告
学院: 电力学院
专业: 电子科学与技术
学期：2014-2015第一学期
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目录
第一章设计概述 (2)
1.1课题说明 (2)
1.2 设计内容 (2)
1.3 设计要求 (2)
1.4 总体设计思路 (2)
第二章单元电路的设计 (3)
2.1 分频进位功能的实现 (3)
2.2 分频电路 (4)
2.3 计数电路 (4)
2.4 计数清零功能的实现 (4)
2.5 开关驱动电路 (5)
第三章原理图绘制 (6)
第四章仿真图
总结 (10)
参考文献 (10)
1. 实验设计指标及要求：
1.1课题说明：
在体育比赛、时间准确测量等场合通常要求计时精度到1%秒（即10 ms ）甚至更高的计时装置，数字秒表是一种精确的计时仪表，可以担当此任。

本课题的设计任务设计一个以数字方式显示的计时器，即数字秒表。

1.2设计内容：
a) 数字秒表需求分析，信号及属性定义；
b) 电路原理设计、分析、参数计算，画出电路原理图； c) 电路安装与实验测试。

1.3设计要求：
d) 量程99.99 S ，计时精度1%秒，计时结果动态显示，十进制格式；
e) 设置启动、清除信号，清除信号使输出结果，使电路复位到初始状态；
f) 设置暂停、停止信号，暂停、停止时均保持当前结果，直到清除信号有效时止；
1.4总体设计思路：
数字秒表由4个部分组成：精确的时钟源、十进制计数器、译码器、七段码或液晶显示电路。

时钟源产生符合精度要求的基准时钟，本设计中取10毫秒即可。

十进制计数器需要4个，分别对应4个十进制位，输出为BCD 码。

若采用七段码显示器则译码器完成BCD 到七段码的译码，由4位显示电路动态显示结果。

综上所述，数字秒表应具有以下结构（如图1所示）：
图 1
2.单元电路设计：
2.1分频、进位功能的实现：
数字秒表由四部分组成：精确的时钟源，十进制计数器，译码器，七段码显示电路。

本实验设计时钟脉冲源采用电路板上的1000HZ 脉冲，74ls90芯片具有2-5-10进制功能，
由5片74ls90芯片构成分频、计数电路，第一片74ls90芯片将直接输入的1000HZ 脉冲源分成100HZ ，后四片74ls90芯片再逐次进行10H 、1HZ 、0.1HZ 的分频工作，与此同时后4片74ls90芯片组成十进制计数器与四个终端显示由七段译码显示器连接以显示电路输出结果。

74ls90功能表：
图2 74ls90管脚图
表1 74ls90 BCD 十进制计数时序
CPa Q3 Q2 Q1 Q0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0 1 1
0 0 1 1 0 0 0 1 0 1
0 1 0 1 0 1
1KHZ
2.2 分频电路如图3：
图3
2.3 计数电路：
此电路需要4个十进制计数器，4个计数器由低位到高位连接起来，每一级的输入脉冲是前一级的十分之一，输出则需要正确连接七段码显示电路，其电路如图4。

图 4（注：12，9，8，11脚分别接数码管）
2.4 计数、清零功能的实现：
将CK B 与Q 0相连，时钟脉冲从CK A 输入，构成8421BCD 码十进制计数器。

74ls90有两个清零端R 0(1)、R 0(2)和两个置九端R 9(1)、R 9(2)。

在此电路中仅使用其清零功能见表2：
表 2
当R0(1) R0(2)都接高电平时，实现清零功能。

当R0(1) R0(2)都接低电平时，实现计数功能。

故将4个十进制计数器的R0(1) R0(2)相连，由开关S2控制，实现计数和清零功能。

2.5 开关驱动电路如图5：
图 5
当S1打开时，脉冲不可以通过与门，计数电路就会停止，实现暂停功能，当S1闭合时，恢复计数；当S1闭合，S2断开时，R0(1) R0(2)都接低电平，实现计数功能。

当S1闭合，S2闭合时，R0(1) R0(2)都接高电平，实现清零功能。

将S1和S2想与是为了实现当电路处于暂停状态时不能使用清零功能。

2.6 总体电路设计：
U6A
把三部分电路连接起来就得到了整个秒表的电路图（如图6）。

图 6
首先S1为断开状态，S2也为断开状态，秒表显示为四个0，即清零状态；这时如果突然将S1闭合，则秒表开始工作，如果再将S1断开的话，秒表就会清零；要想将秒表暂停，先把S1闭合，再将S2闭合即可。

系统仿真如下：
开关1、2均闭合清零，开关2打开开始计时：
开关1、2均打开时清零，此时闭合1继续计时：
开关1、2均闭合暂停，开关2打开开始计时
3 参考文献:
（1）作者：合肥工业大学数字电路课程组编《实验与课程设计实训》
（2）作者：西安电子科技大学出版社《数字电子技术基础》
4实验总结和心得体会：
通过本次课程设计，把我们在课堂上学到的数字电路知识运用到实际当中。

如各种常见芯片的功能，各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计，在此次设计中，当然会遇到许多问题，毕竟这是第一次做一个很实际的硬件的器件。

在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。

当我们拿到一个课题时，一定要先仔细分析要求，然后做出总体设计方案，再进一步细化各单元电路，最后将整个电路组合在一起，画出最终的逻辑电路图。

下来就是在实际动手连接电路时的问题，由于种种客观方面的原因，导致我们连电路的时候要非常的仔细，尽量一次成功，毕竟连好再回来查已经是非常的麻烦了，那花的就是大功夫了。

最后，在通过这几天的设计实习，让我真正理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。

通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。