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1、课题 1 简易数字秒表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。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。3. 设计要求：a) 量程 99.99 S，计时精度 1%秒，计时结果动态显示，十进制格式；b) 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；c) 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
2、时止；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（如图所示）：四无图 1 数字秒表总体框图5. 具体电路设计：基准时钟电路输入控制逻辑高位计数器低位计数器 译码驱动电路 显示电路 （1）基本计时功能图 2 基本计时电路由 5 片 74ls90 芯片构成分频、计数电路， 第一个 74l
3、s90 用来将实验箱上的 1kHz基准时钟脉冲十分频得到 100Hz 时钟脉冲，从而达到题目要求的测量精度 1%秒，后四个 74ls90 级联后用来计数，逢十进一，共有四位，故该秒表最大量程为 99.99 秒。由于实验箱上译码驱动电路和七段码显示器已经连在一起,故只需将 74ls90 正确级联即可。（2）启动、暂停功能图 3 启动、暂停电路只要能控制基准时钟脉冲的加入就能实现秒表的启动和暂停，故可选用与门，将一个开关与基准时钟脉冲相与。当开关接高电平时，脉冲加入，正常计数，秒表工作；当开关接低电平（地）时，脉冲截止，停止计数，秒表暂停。（3）清零功能图 4 清零电路由于 74ls90 有置零端
4、，故实现秒表清零功能比较简单，只需将四个计数用 74ls90的置零端连在一起，由一个开关统一控制即可。因为 74ls90 的置零端是高电平有效，所以当开关接高电平时，计数器清零，也就是秒表清零。（4）自动停止功能图 5 自动停止电路考虑到该秒表的最大量程为 99.99 秒，当计时到 99.99 秒时计数器会重新计数，也即秒表会从 00.00 秒开始自动重新计时，这有违正常的秒表功能，故到 99.99 秒时应该停止计时，并维持在 99.99 秒的读数不变，直到人工清零并重新开始计时。为了实现这一功能，首先要确定到达 99.99 秒状态时的特征，可以发现只有 99.99秒时四个计数用 74ls90
5、 的 Q3 和 Q0 端才同时输出高电平，因为 9 的二进制数是 1001。将四个 74ls90 的 Q3 和 Q0 端相与非，再同基准时钟脉冲相与，就能在到了 99.99 秒时截断时钟脉冲，从而使秒表停止计时。因为只有 99.99 秒时与非的结果为低电平，而其他任意时刻均为高电平。6. 所用元器件：74ls90 五个，74ls08 一个，74ls10 一个，74ls20 一个，74ls04 一个其中核心元器件是 74ls90，下面重点介绍其构成及功能。将 CKB 与 Q0 相连，时钟脉冲从 CKA 输入，构成 8421BCD 码十进制计数器。74ls90 有两个清零端 R0(1)、R0(2)
6、和两个置九端 R9(1)、R9(2)。该设计中仅用其清零功能。表 1 74ls90 功能表R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) Q3 Q2 Q1 Q01 1 0 X1 1 X 0X X 1 10 0 0 00 0 0 01 0 0 1X 0 X 00 X 0 X0 X X 0X 0 0 X计数7. 秒表总体逻辑电路图： 图 6 数字秒表的主体逻辑电路图逻辑开关 A 接地，逻辑开关 B 接高电位时，数字秒表开始计时；逻辑开关 B 接地时，实现暂停功能；逻辑开关 A 接高电位时，实现清零功能。8. 设计心得：通过对数字秒表的设计，我从其中学习到了很多东西。当我们拿到一个课题时，一定要先仔
7、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。接下来在实验箱上布线时要有足够的耐心，找准芯片的每个脚，连线不宜过快，否则很容易越连越乱，不得不返工重做。课题 2 汽车尾灯控制器1. 课题说明：汽车通常用尾灯来指示当前的运行状态，如左转弯、右转弯、紧急停车、夜间行驶、夜间停车等，有限个状态可用若干个灯的组合表示，通常是：右转弯时右灯闪烁，左转弯时左灯闪烁，紧急停车左右灯同时闪烁，夜间行车时左右小红灯长亮，安全停车所有灯全熄灭。2. 设计要求：(a)实验设计要求能反映左转弯、右转弯、夜间行车、紧急停车、安全停车等状态。(b)灯的闪烁频率符
8、合人的视觉习惯，1-2HZ 左右。(c)按要求完成实验。3. 实验设计步骤：(a) 控制需求分析，信号及属性定义。(b) 灯位置、数量以及变化规律的设计。(c) 电路原理设计分析，画出电路原理图。(d) 电路安装与实验调试。4. 实验设计原理：汽车尾灯控制器由时钟发生电路、分频电路、译码电路、开关驱动电路及终端显示电路五部分组成。本实验设计时钟脉冲源采用电路板上的 1kHZ 脉冲，74ls90 具有分频功能，分频电路由三片 74ls90 芯片组成，最终分频为 1HZ。74ls738 芯片及四个与门组成译码电路，74ls138 芯片 A0、A2 输入端接入输入脉冲，A2 端接低电平输出端， Y0
9、、Y1 、Y4、Y5分别与四个与门与 LED 灯相接。开关驱动电路由与门、或门、非门、与非门等门电路连接而成。5. 所用元器件：74ls00 二个，74ls86 一个，74ls138 一个，74ls10 一个，74ls04 一个其中核心元器件是 3-8 线译码器 74ls138，下面重点介绍其构成及功能。表 1 74ls138 功能表 图 1 74ls138 内部逻辑图 图 2 74ls138 管脚图 6. 设计总体框图：图 3 汽车尾灯控制电路原理框图7. 具体电路设计：（1）开关控制电路AG12开关控制电路显示、驱动电路译码电路三进制计数器尾灯电路S1 S2图 4 开关控制电路表 2 S1
10、、S0、CP 与 G、A 逻辑功能表开关驱动电路。设 74ls138 和显示驱动电路的使能信号分别为 G 和 A，根据总体逻辑功能表及组合得 G、A 与给定条件（S1，S0，CP）的真值表，如表 2 所示。由表 2 经整理得逻辑表达式为G=S1 S0A=S1S0 +S1S0CP=S1S0S1S0CP由上式得开关控制电路，如图 4 所示。当汽车正常行驶时不用按任何开关，此时汽车的尾灯全都是灭的。电路中逻辑开关 1 接低电平，逻辑开关 2 接高电平时，74ls138 输出端 15、14 在 cp脉冲的作用下循环为高低电平，因此使 D1、D2 灯循环闪烁，以表示汽车左转弯。电路中逻辑开关 1 接高电
11、平，逻辑开关 2 接低电平时，74ls138 输出端 11、10 在 cp脉冲的作用下循环为高低电平，因此使 D3、D4 灯循环闪烁，以表示汽车右转弯。电路中逻辑开关 1、2 同时接高电平时，A 端信号为 cp 脉冲，输出端 15、14、11、10均为高电平，此时 D1、D2、D3、D4 灯同时闪烁，以此表示紧急停车。（2）显示电路AG 开关控制 脉冲 使能信号S1 S0 Cp G A00110101XXXCP0110111CP CP 脉冲图 5 74ls138 译码、显示电路（3）夜间行车控制电路 逻辑开关 3 接高电位、4 接低电位时D5、D6 灯同时闪烁，表示夜间停车逻辑开关 3、4 同
12、时接高电位时 D5、D6灯长亮，表示夜间行车。 Cp 脉冲 8. 汽车尾灯总体逻辑图： 图 6 夜间行车控制电路图 7 汽车尾灯总体逻辑电路9. 设计心得：这个设计最重要的部分在于开关控制电路的设计上，它相当于整个电路的灵魂。由于元件数很多，布线也比较复杂，所以在试验箱上连线时一定要倍加小心。汽车尾灯的变化状态有很多种，该设计并未能全部表示出来，仍有很大的改进余地。在实际操作过程中我也遇到了很多问题，如接通开关后 LED 灯不亮、尾灯的变化规律与预期不一样等，这些都需要通过仔细检查后才能解决。最大的收获就是遇到问题不能手忙脚乱，而要结合自己掌握的知识冷静分析，这样才能提高我们的动手能力，也是对我们所学知识的复习和回顾。参考文献：1 谢自美. 电子线路设计.实验.测试 M，武昌：华中理工大学出版社342 高文焕. 电子技术实验M，北京：清华大学出版社3 章忠全. 电子技术基础实验与课程设计M，北京：中国电力出版社
