课程设计报告(数字式秒表)

单片机系统

课程设计

成绩评定表

设计课题：数字秒表设计

学院名称：电气工程学院

专业班级：自动1202

学生姓名：杨雪飞

学号： 201223910304 指导教师：李攀峰

设计地点：31-630

设计时间：2014-12-29～2015-1-9

目录

1．方案论证 (1)

1.1整体设计思路 (1)

1.2整体设计框图 (1)

1.3整体方案论证 (2)

2．单元电路设计 (3)

2.15.0v电源电路....... (3)

2.2信号发生器的设计 (3)

2.2.1电路原理图设计 (4)

2.2.2元器件选择及参数计算 (5)

2.3计数器电路 (8)

2.4译码锁存电路 (9)

2.5数码显示电路 (11)

2.6控制电路 (12)

3．单元电路分析.. (13)

3.1电路形式 (14)

3.2原理分析 (14)

3.3参数选择 (14)

4．实验装调 (14)

4.1装调步骤与方法 (14)

4.2出现故障及处理 (15)

4.3记录数据 (15)

5．心得与体会 (16)

6．附录 (17)

6.1管脚图及功能 (17)

6.2仿真电路图 (19)

6.3原器件清单 (21)

1．方案论证

1.1 整体设计思路

这次我们组设计的数字秒表实际上是一个计数及其一些简单的控制电路，对10Hz的频率信号进行计数、锁存、清零及其显示。对10Hz时间信号必须做到准确稳定，通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。但是在要求不高的情况下也可使用555定时器构成的信号源。在对该信号进行分频使之成为有用信号及10Hz信号，再用计数器对其进行计数，再用译码显示电路进行显示，即可完成。

1.2 整体设计框图

我们经过分析，设计出两种方案

方案一：用CD4511译码锁存器进行译码和锁存，实现显示；用74LS160做十进制和六进制；用74Ls76做控制电路。框图如下：

方案二：用74LS48进行译码，用74LS373进行锁存，74LS76用作控制电路，其它和方案

一相同，框图如下:

1.3整体方案论证

单从设计角度来看，两者并无多大区别。

CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。也就是方案一所用芯片，这个方案所用芯片较少，连线简单。

而方案二，它的进位输入信号先通过74LS373锁存，输出信号在经过74LS48进行译码，最后送到数码显示管。这样就比方案一多用三个芯片，而且用74LS48时要加上拉电阻。

选择方案时，我们问过之老师实验室的芯片情况，老师说没有74LS373了。综上，我们选择了方案一。

2、单元电路设计

2.1 5.0v电源电路的设计

电路图如下图所示：

直流电压源的输入为220V交流电因此采用变压器直接变压的方法，使输出为9V的交流电，再利用整流桥将交流电变为直流电压，之后用1000uf电容作为滤波电路是为了是输出电压稳定采用7805作伪稳压电路，为后面的电路提供稳定的5v电压。

W7805的输出电压为5v，允许的最大输出电流为1.5A。5v电源的设计和组装。在设计中，我遇到了不少麻烦，比如说，参数的选择。

2.2 信号发生器的设计

数字式秒表由振荡器，分频器，计数器，译码器和显示电路所组成。振荡器产生的毫秒信号输入计数进行计数，并把累计结果以分，秒，毫秒的形式表示显示出来。振荡器是整个秒表的核心，它产生一个频率标准，其精度和稳定度基本决定了秒表的计时准确性和精度。由于555定时器的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活且电路结构简单计算简单。因此在本电路中采用NE555定时器构成的多谐振荡器作为振荡源，用来产生10HZ的脉冲信号。

在本电路中信号源由NE555定时器产生，NE 555定时器是一种中规模集成电路，外形

为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。这些都是我们数电中刚学过的知识。

2.2.1电路原理图设计

NE555构成的信号源

用proteus仿真时的图

2.2.2元器件选择及参数计算

555定时器的频率和占空比尤其外部所接的电阻和电容共同决定，因此只要选择好电容和电阻的参数就能够产生所需频率的脉冲。

频率：f=1.43/(R1+2R2)C=10Hz ，产生10Hz 频率

占空比：q=r1/(r1+2r2)=2/3

我们确定了C2=10uf ，然后算出电阻

所以，电容C1=0.01u ，C2=10u 定值电阻R=4.7K ，可变电阻R=1K,设计中可用两个4.8K 的电阻代替。而在实际连线时用电位器，以便调试。端口3为脉冲发生器的输出端口。

555定时器简介

集成555定时器有双极性型和CMOS 型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS 型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4．5～12V ，最大输出电流200mA 以内，并能与TTL 、CMOS 逻辑电平相兼容。其555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图

所示。

引脚功能：

V i1（TH ）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH 。 V i2（TR ）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR 。 V CO ：控制电压端。V O ：输出端。 Dis ：放电端。Rd ：复位端。

两定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R 组成的分压网络，产生31V CC 和32V CC 两个基准电个电压比较器C 1、C 2；一个由与非门G 1、G 2组成的基本RS 触发器（低电平触发）；放电三极管T 和输出反相缓冲器G 3。

Rd 是复位端，低电平有效。复位后, 基本RS 触发器的Q 端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。

分析图1的电路：在555定时器的V CC 端和地之间加上电压，并让V CO 悬空，则比较器C 1

的同相输入端接参考电压32V CC ，比较器C 2反相输入端接参考电压31V CC ，为了学习方便，我们规定：

当TH 端的电压>32V CC 时，写为V TH =1，当TH 端的电压<32V CC 时，写为V TH =0。

.

(a) 555的逻辑符号

(b) 555的引脚排列

图.2 555定时器逻辑符号

和引脚

图1 555定时器内部结构

Vi1(TH)

Vi2

Vco

..