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1、- 1 -三位数字显示的计时系统设计- 2 -正文1、设计总体思路1.1课程设计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）1.2设计目的1)进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用。2)巩固加深理解数字电路的基本理论知识， 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握数字电路系统设计的基本方法及在面板上接线的方法、技术、要注意的问题。3)培养数字电路实物制作、调试、测
2、试、故障查找和排除的方法。4)培养细致、认真做实验的习惯。5)培养实践技能，提高分析解决实际问题的能力。6)学会运用仿真软件进行电路仿真。7)熟悉 555定时器产生脉冲的应用。- 3 -1.3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，
3、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)基本原理开机启动后，给第3 块 74LS192 一个信号，当上升沿到来时，74LS192的输出端输出加 1， 直到输出为 9 时， 产生进位信号，送到第 2 块 74LS192的 UP 端，直到第 2 块 74LS192 的输出为 6 时，使其置数为 0，同时给第一块 74LS192 的 UP 端一个信号使其输出加1，循环进行。74LS192的功能表见下表。MR PLCPUCPD功能H 清零L L 置数L H H H 保持L H H 加计数L H H 减计数- 4 -2)设计整体框图设计
4、框图如图 1-1 所示：图 1-1 三位数字显示的计时系统设计框图3、单元电路设计及单元电路图3.1.秒脉冲发生电路用 555组成多谐振荡器输出秒脉冲，工作原理如下：分显示秒十位显示秒个位显示十进制计数器1 块 74LS192 六进制计数器1 块 74LS192 十进制计数器1 块 74LS192 逻辑控制电路1 块 74LS76 秒脉冲操作控制按键- 5 -接通电源 Vcc 后，Vcc 经电阻 R1和 R2对电容 C 充电，其电压 Uc 由 0 按指数规律上升。当Uc2/3Vcc 时，电压比较器 C1和 C2的输出分别为 Uc1 =0、Uc2=1，基本 RS触发器被置 0，Q=0，Q=1，输
5、出 U0跃到低电平 U01.与此同时，放电管V 导通，电容 C 经电阻 R2和放电管 V 放电，电路进入暂稳态。随着电容C 放电， uc下降到 Uc1/3Vcc 时，则电压比较器C1和C2的输出为 Uc1=1、Uc2=0，基本 RS 触发器被置 1，Q=1，Q=0，输出 u0由低电平 U01跃到高电平 U0h。同时，因Q=0，放电管 V 截止，电源 Vcc又经过电阻 R1和 R2对电容充电。电路又返回前一个暂稳态。因此，电容C上的电压 Uc 将在 2/3Vcc和 1/3Vcc之间来回充电和放电， 从而使电路产生了振荡，输了矩形脉冲。多谐振荡器的振荡周期T 为：T=0.7（R1+R2）C 振荡频
6、率 f 为：CRR)21(7.01=1/T=f用 555组成多谐振荡器输出秒脉冲电路，其电路图如图1-2 所示：图 1-2 秒脉冲电路图- 6 -3.2.计时单元电路如图 1-3 所示。该电路用2 块 74LS192组成六十进制秒显示电路，1 块74LS192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。图 1-3 计数器显示电路图3.3.显示电路该电路采用 BCD 码数码管，如图1-4 所示。3.4.控制电路电路图如图 1-5 所示， 74LS76的Q(14 端子) 接计数器 74LS192的清零端 （MR端） ，按下清零按钮后，Q端由0Q变为1Q，从而使计数器
7、的 MR=1 ，使计数器清零。 74LS76的 Q端（11端子）接到与非门的一端，按下启动/ 停止键， Q端由 Q=0变为 Q=1 ，脉冲得以通过，即启动作用，再次按下启动/停止键， Q 端由 Q=1变为 Q=0 ，此时脉冲不能通过，即起暂停的作用。图 1-4 数码管图 1-4 数码管- 7 -图 1-5 控制电路图4、安装、调试步骤系统总电路如图1-6 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 74LS192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，
8、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。- 8 -图 1-6 总电路设计图- 9 -5、故障分析及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。5.1 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
9、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。5.2 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
10、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- 10 -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。5.3 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
11、 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。6、总结与设计调试体会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
12、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- 11 -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。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题， 经过与同学的交流和大量的搜寻资料， 终于把它给攻克了
13、,每当我打开电脑时，我总要看看我自己设计的电路图，总感觉有一种喜悦的心情，因为这是自己辛勤劳动的成果。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作能力. 7、附录元器件清单 (见下表 ) 名称型号数量/个四 2 输入与非门74LS00 1 六反相器74LS04 1 双 JK 触发器74LS76 1 十进制同步加 /减计数器74LS192 3 555定时器555 1 发光二极管2 数码管3 按钮开关2 电阻2(48K)、1(10K)电容1(0.1F)1(10F) - 12 -8、参考文献1.谢自美主编电子线路设计、 实验、测试武汉：华中理工出版社， 2000 2.郭照南主编电子技术与EDA 技术课程设计长沙：中南大学出版社，2010 3.阎石主编 .数字电子技术基础北京：高等教育出版社， 2006 4.郭照南主编 .电子技术基础实验与仿真 长沙：中南大学出版社， 2008 5.王俊峰主编 . 电工与电子技术实验教程 .郑州：黄河水利出版社， 2001 6.中国电子网 . http:/. 7.百度文库