【正文】 名： *** 指 導(dǎo) 老 師： 班 級(jí)： 學(xué)號(hào) 2021 年 12 月 湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院電信 ****班 湖南工業(yè)大學(xué)《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 2 / 25 前 言 數(shù)字式秒表是一種常用的計(jì)時(shí)工具，以其價(jià)格低廉、走時(shí)準(zhǔn)確、使用方便、功能多而廣泛用于體育比賽中，下文介紹了如何利用中小規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件進(jìn)行數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中數(shù)字秒表的最大計(jì)時(shí)是 99 小時(shí) 59 分9/10 秒，也就是說分辨率是 秒，最后計(jì)數(shù)結(jié)果用數(shù)碼管顯示，需要實(shí)現(xiàn)清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停計(jì)時(shí)、繼續(xù)計(jì)時(shí)等功能。由于需要比較穩(wěn)定的信號(hào)，我們用 555 定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器 或石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生 100HZ 的信號(hào)，用六個(gè)數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)，最后在電路中加入了兩個(gè)控制開關(guān)一個(gè)控制電路的啟動(dòng)和暫停；另一個(gè)控制電路的清零。 數(shù)字 式秒表 從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。由 于需要比較穩(wěn)定的信號(hào)，所以信號(hào)發(fā)生系統(tǒng) 555定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器構(gòu)成，信號(hào)頻率為 100HZ。計(jì)數(shù)器由 74 –160構(gòu)成， 由 十進(jìn)制 計(jì)數(shù)器組成了一百進(jìn)制和六 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ，采用異步進(jìn)位方式。顯示器由數(shù)碼管構(gòu)成。該秒表最大計(jì)時(shí)值為 99 時(shí) 59 分 59 秒 9/10， “分 ”和 “99 時(shí) ”為一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成， “秒 ”為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。 湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院電信 ****班 湖南工業(yè)大學(xué)《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 5 / 25 第一章 系統(tǒng)概述 所為數(shù)字式秒表，所以必須有一個(gè)數(shù)字顯示。題目要求最大記數(shù)值為 99， 59， 59，那則需要六個(gè)數(shù)碼管。 選擇信號(hào)發(fā)生器時(shí)，有兩種方案：一種是用晶體震蕩器，另一種方案是采用集成電路555 定時(shí)器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。由于 555定時(shí)器的比較器靈敏度較高，輸出驅(qū)動(dòng)電流大，功能靈活，再加上電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算比較方便，所以 CP 脈沖是由 555 多諧振蕩器產(chǎn)生的。由于 數(shù)字式秒表 計(jì)數(shù)的需要，故需要在電路上加一個(gè)控制電路，該控制電路清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)數(shù)等控制功能，同時(shí) 100HZ 的時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。數(shù)字電子鐘的總體圖如圖所示。 秒信號(hào)發(fā)生器 167。 由此可見，石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率 f0 ，而與外接電阻，電容無關(guān) ，如石英晶體固有頻率是 5MHZ，那么輸出的頻率也是 5MHZ。它的頻率穩(wěn)定度（ Δfo / fo ）可達(dá) 1010~1011，足以滿足大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求。 ? 74LS90 計(jì)數(shù)器 74LS90 為中規(guī)模 TTL 集成計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)二分頻、五分頻和十分頻等功能，它由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 、 一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器 和一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 構(gòu)成。其具體功詳述如下： （ 1） 計(jì)數(shù)脈沖從 INA輸入， QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 （或二分頻器） 。 （ 3） 若將 INB和 QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由 INA輸入， QD作為輸出端，則構(gòu)成十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 （或十分頻器） 。 a) 異步清零 當(dāng) R0 R02均為 “1” ； R9 R92中有 “0” 時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即 QDQCQBQA=0000。 本設(shè)計(jì)采用的是 74LS90的五分頻和十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能 。 R01 R02 R91 R92 Q D QC QB QA 1 1 0 X 1 1 X 0 X X 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 X 0 X 0 0 X 0 X 0 X X 0 X 0 0 X 計(jì)數(shù) 湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院電信 ****班 湖南工業(yè)大學(xué)《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 8 / 25 167。首先，經(jīng)過四個(gè)分頻器 74LS90四次十分頻之后，得到 500HZ的頻率，最后，再經(jīng)過 74LS90一次五分頻，就得到了最終的 100HZ的信號(hào)源。由電路原理圖可見，該集成電路由下述 幾部分組成：串聯(lián)電阻分壓電路、電壓比較器 C1 和 C基本 RS 觸發(fā)器、放電三極管 T以及緩沖器 G組成。當(dāng) RD=0時(shí)，輸出 U0=0,T管飽和導(dǎo)通。正常工作時(shí)，應(yīng)將 RD接高電平。如果 5腳 Uic外接固定 電壓，則比較器 C C2的基準(zhǔn)電壓為 Uic和 Uic/2。 當(dāng) Ui62Ucc/3,Ui2Ucc/3 時(shí)，比較器 C1 和 C2 輸出均為高電平， 即 R=1, S=1.。 當(dāng) Ui62Ucc/3， Ui2Ucc/3時(shí)，比較器 C1輸出低電平，比較器 C2輸出高電平，即 R=0，S=1，基本 RS觸發(fā)器置 0，放電三極管 T導(dǎo)通，輸出 Uo=0。這種狀況對(duì)于基本 RS觸發(fā)器屬于禁止輸入狀態(tài)。 Uc上升至 2Ucc/3時(shí)， RS觸發(fā)器被復(fù)位，湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院電信 ****班 湖南工業(yè)大學(xué)《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 10 / 25 使 Uo=0,T導(dǎo)通，電容 C 通過 R2 到地放電， Uc 開始下降，當(dāng) Uc 降到 Ucc/3 時(shí)，輸出 Uo 又翻回到 1狀態(tài)，放電管 T截止，電容 C又開始充電。 圖 216 555構(gòu)成的多諧振蕩器電路圖 圖 217 555多諧振蕩器工作波形 167。 167。我們就可以得到一個(gè)頻率為 100HZ的脈沖了 湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院電信 ****班 湖南工業(yè)大學(xué)《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) 11 / 25 圖 218 555 構(gòu)成多諧振蕩器仿真圖 167。接在機(jī)械開關(guān) K的后面，防止開關(guān) K在打開和閉合時(shí)一些假信號(hào)串入邏輯電路。 分、秒、毫秒計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì) 167。經(jīng)方案論證，本課程計(jì)數(shù)器選擇方案如下： ? 100 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 乘數(shù)法：將兩片 74LS160 計(jì)數(shù)器直接級(jí)聯(lián)則可得到 100進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其電路連接如圖 NN 圖 234 74LS160 是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器只需將兩片 74LS160 級(jí)聯(lián)即可，而74LS161是十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器的連接相對(duì)而言較復(fù)雜 。綜上，我們選擇選擇了用 74LS160計(jì)數(shù)器。 74LS160 計(jì)數(shù)器的功能介紹 計(jì)數(shù)進(jìn) 74LS160D的引腳如右圖 235所示，從圖中可以看到 74LS160D共有 16個(gè)引腳嗎，其中有 Cp脈沖輸入引腳 clk（下降 沿有效）， LOAD為預(yù)置數(shù)控制端（低電平有效）， CLR為異步清 圖 235 零端（低電平有效）， A、 B、 C、 D為預(yù)置數(shù)輸入端， ENP和 ENT是計(jì)數(shù)使能端（高電平有效）， RCO是進(jìn)位輸出端， QD、 QC、 QB、 QA 分別是計(jì)數(shù)輸出位，其工作原理圖如圖 236所示 .