数字秒表的仿真与制作

课程设计任务书

学生姓名: 王吉阳专业班级: 电信1005 指导教师: 工作单位: 信息工程学院

题目: 数字秒表的设计仿真与制作

初始条件:

利用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器与必要的门电路等器件设计实现数字秒表的功能。用数码管显示时间计数值。(也可以用单片机系统实现)

要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)

1、课程设计工作量:1周内完成对数字秒表的设计、仿真、装配与调试。

2、技术要求:

①设计一个能测量8名运动员短跑成绩的数字秒表。要求用四位数码管显示时间,格

式为00:00s。

②秒表设置9个开关输入(清零开关1个与记录开关8个)。按下“记录”开关,则

将当前计数时间暂存并显示在数码管上。

③确定设计方案,按功能模块的划分选择元、器件与中小规模集成电路,设计分电路,

画出总体电路原理图,阐述基本原理。

3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。

全文用A4纸打印,图纸应符合绘图规范。

时间安排:

1、第1~2天,查阅相关资料,学习设计原理。

2、第3~4天, 方案选择与电路设计仿真。

3、第4~5天, 电路调试与设计说明书撰写。

4、第6天,上交课程设计成果及报告,同时进行答辩。

指导教师签名: 年月日

系主任(或责任教师)签名: 年月日

1 protues软件简介 (2)

2方案设计与选择 (3)

2、1 方案一:基于单片机系统实现数字秒表 (3)

2、2 方案二:基于组合逻辑电路的设计实现数字秒表 (4)

3电路图设计 (4)

3、1 计数电路设计 (4)

3、2 译码器及数码管显示电路的设计 (5)

3、3 锁存器电路的设计 (6)

3、4 防抖动开关的设计 (7)

3、5时钟脉冲发生器 (8)

4 protues仿真 (9)

4、1 电路原理图 (10)

5 硬件焊接 (10)

5、1 元件清单 (10)

5、2 焊接实物图 (11)

6 参考文献 (12)

1 protues软件简介

Proteus软件就是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件,Proteus软件有近20年的历史,在全球广泛使用,除了其具有与其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能就是,她的电路仿真就是互动的,针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件源码级的实

时调试,如有显示及输出,还能瞧到运行后输入输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,Proteus能够很容易的为用户建立了完备的电子设计开发环境。Proteus产品系列也包含了革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。不愧为一款非常优秀的单片机仿真软件。

Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15年来的持续开发,被《电子世界》在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品—“The Route to PCB CAD”。Proteus产品系列也包含了我们革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子

器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设

模型来对设计进行交互仿真。

其功能模块:—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具;PROSPICE混合模型SPICE 仿真; ARES PCB设计、

PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外,还可以结合微控制器软件使用动态的键盘,开关,按钮,LED s甚至LCD显示CPU模型、

》支持许多通用的微控制器,如PIC,***R,HC11以及8051、

》交互的装置模型包括:LED与LCD显示,RS232终端,通用键盘,

》强大的调试工具,包括寄存器与存储器,断点与单步模式

》IAR C-SPY 与Keil uVision2等开发工具的源层调试

》应用特殊模型的DLL界面-提供有关元件库的全部文件

Proteus与其它单片机仿真软件不同的就是,它不仅能仿真单片机CPU的工作情况,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真与程序调试时,关心的不再就是某些语句执行时单片机寄存器与存储器内容的改变,而就是从工程的角度直接瞧程序运行与电路工作的过程与结果。对于这样的仿真实验,从某种意义上讲,就是弥补了实验与工程应用间脱节的矛盾与现象。

2方案设计与选择

2、1 方案一:基于单片机系统实现数字秒表

利用C51单片机控制外围电路,通过编程定时计数,数码管显示,以及软件编程方法实现防抖动开关控制清零,启动,记录。从而实现数字秒表功能。

优点:实现的外围硬件电路设计简单,利用C语言编程的可移植性较强。

缺点:对C语言的编程能力要求高,需要重复调试程序来实现数字秒表的基本功能,调试电路的工作量大。

2、2 方案二:基于组合逻辑电路的设计实现数字秒表

通过组合逻辑电路的设计,包括计数器,译码器,锁存器,数码管,以及555定时器设计的脉冲发生器与门电路各个模块的硬件电路设计实现数字秒表的基本功能。

优点:减少电路调试的时间,通过仿真可以确定电路的基本线路。

缺点:对各个芯片的选择要求准确,设计电路图较复杂,制作硬件的条件要求高。对组合逻辑电路设计的基本方法要熟悉。

3电路图设计

本次课程设计选择基于组合逻辑电路的设计实现数字秒表

3、1 计数电路设计

图1

选择芯片74LS90

时钟脉冲信号从CKA输入,CKB连接Q0端,即可实现十进制计数;

利用两片74LS90的级联即可实现60进制的记数功能,将Q3端连接下个芯片的时钟输入端CKA,将下一个芯片的Q1,Q2端分别连接到两个芯片的清零端,R0(1),R0(2)。以此即可实现数字秒表的基本记数功能。

74LS90的功能表如图2