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1、武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 邓坚 李波 工作单位： 自动化学院 题 目: 数字跑表设计 初始条件：1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2 用到的元件：实验板、电源、连接导线、74 系列芯片、555 芯片或微处理器等。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 设计一个具有、 分 、 秒 、 1/100 秒的十进制数字显示的计时器。2 要有外部开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时功能；3 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排：第 1 天 下达课程设计任务书，根据
2、任务书查找资料；第 24 天 进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；第 5 天 提交电路图，经审查后领取元器件；第 68 天 组装电路并调试，检查错误并提出问题；第 911 天 结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第 1214 天 补充完成课程设计报告和答辩。指导教师签名： 2011 年 6 月 26 日系主任（或责任教师）签名： 2011 年 6 月 26 日武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书目 录引 言 .I1设计意义及要求 .21.1设计意义 .21.2设计要求 .22方案设计 .32.1设计思路 .22.2设计方案 .32.2.1设计方案一电路图 .32.2.2设计方
3、案二电路图 .32.3方案比较 .43部分电路设计 .63.1脉冲输出电路 .63.2 74LS192计数电路 .73.3译码及显示电路 .94调试与检测 .114.1调试中故障及解决方案 .114.2调试与运行结果 .11数字跑表的仿真操作步骤及使用说明 .13结 束 语 .14参 考 文 献 .15附录 .16本科生课程设计成绩评定表 .18武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书1引 言在当今随着各个领域的高科技快速发展，社会生产力的发展个社会信息化程度的提高，人们各方面综合素质的提高，世界更新换代的节奏与人们生活的步伐也越来越快，在这告诉发展的当今世界，时间对人们来说无疑是极其宝贵的，时
4、间就是金钱。随着人们各方面素质的提高，不仅科学领域得到了飞速发展，在当今世界体育领域也飞速发展，运动员们都朝着“更高、更快、更强”目标发展，特别是短跑比赛要求计时器要有足够的精度，这样就出现了本课题研究的数字跑表，用以测量完场某项体育运动所用时间。用于径赛、游泳、自行车、赛马等对计时器精度要求在百分之一秒。当今世界的电子科技发展迅猛，其中单片机就是很好的例子，高性能、低功耗、低价格等特性极大丰富了市场。但为了实践我们的理论知识，使理论与实践相结合本设计不采用单片机技术，而用简单的电器元件组成。数字钟是一种数字电路技术是实现的时分秒及时装置，与机械式时钟相比具有更高的精准性和直观性，且无机械装置
5、具有更长的使用寿命，因此得到广泛使用。钟表的数字化给人们生活带来了极大方便，而且大大扩展了钟表元原先的报时功能，因此研究数字钟及扩大其应用，具有非常现实的意义。关键词:数字跑表，芯片，数码显示管武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书21 设计意义及要求1.1 设计意义数字钟的是采用数字电路实现对时、分、秒、数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭、车站、码头办公室等公共场所，成为人们日常生活不可或缺的必需品，由于数字集成电路和石英晶体振荡器的广泛应用，是数字钟的精度远远超过了老式钟表，钟表是数字化给人们生活带来了极大方便，并拥有更多功能，自动振铃、定时广播，自动起灭路灯等。所有这些都以钟表数字化为
6、基础。图 1-1 数字跑表结构框图1.2设计要求1）运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2）用到的元件：实验板、电源、连接导线、74 系列芯片、555 芯片或微处理器等。3）设计一个具有、 分 、 秒 、 1/100 秒的十进制数字显示的计时器。4）要有外部开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时功能；5）严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。直流电源 振荡器 计数器译码器显示电路武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书32方案设计2.1设计思路数字跑表顾名思义主要由数字计数电路组成，选用的芯片也应该是有计数、清零、暂停功能的，例如 74LS290、74LS192、74LS390
7、 等等，这里我个人选用的是 74LS192 芯片，在后面章节中会详细说明其用途。计数电路部分的选材结束后就要考虑显示电路了，显示电路光靠显示数码管绝对是不可以的，所以当然要有译码电路，并且显示管和译码器的共阴、共阳要相互对应。由于我选用的是共阴极的 7 段数码管所以与之配套的译码器有 74LS48、74HC4511、74LS49 等，这里我选用的是 74HC4511。设计要求有百分秒的计时，所以要在电路中加入振荡器，使得输出脉冲频率为 100Hz，所以我选用 555 定时器组成的多谐振荡器（具体设计方案见后面章节） 。本数字跑表首先要从低位的百分秒计时器开始，按照系统时钟进行计数，计数至 10
8、0后向秒计数器进位，同时百分秒有 99 变为 00。计数器以百分秒计数器的进位位为时钟进行计数，计数至 60 后向分计数器进位，分计数器以秒计数器的进位位为时钟进行计数。2.2设计方案2.2.1设计方案一电路图个人设计电路采用由 555 定时器组成的多谐振荡器作为触发器，根据公式可计算出 R1=510、R 2=3K、C=2.2 ，此时 T 为 0.01s。计数器F76LS192 当 CPU 遇到上升沿且 CPD= =1 时开始计数，当 CPD=CPU= 时保持即暂停。LDLDU1、U2 为 100 进制，当 U1 从 0 跳到 9 时，由 TCU 进位端给 U2 一个下降沿脉冲，使 U2 开始
9、计数。当 U2 到 9 时再给 U3 一个下降沿脉冲，U3 开始计时。即 U1、U2 组成了从 0099 的 100 进制计数。U3 作为秒的个位依然是 10 进制的计数方式，而秒十位确是 6 进制计数通过以下方式实现。要实现 6 进制即 0101 接受一个脉冲后直接跳变到 0000，所以将Q1、Q2 接到与门后反馈回 MR 清零端，完成 6 进制。分的计数与其同理。为了保证电路清零功能，将 74LS192 的 MR 清零端接入高平，为了保证 6 进制芯片的同时清零，将 U4 的Q1、Q2 相与后与清零总线输入两输入或门接到 U4 的 MR 清零端，U6 同理。到此完成计数功能。译码器的选择与
10、共阴极七段显示器相配，选用 74LS4511，为是译码器正常工作将 、LT高电平，LE 接到低电平，同时将 QA-QG 分别按顺序接到显示器上。BIsCRT)21(43.武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书4D015 Q031 12D210 Q2639 37UP5 TCU12DN4 D3PL1MR4U174LS192D015 Q031 12D210 Q2639 37UP5 TCU12DN4 D3PL1MR4U274LS192D015 Q031 12D210 Q2639 37UP5 TCU12DN4 D3PL1MR4U374LS192D015 Q031 12D210 Q2639 37UP5 T
11、CU12DN4 D3PL1MR4U474LS192D015 Q031 12D210 Q2639 37UP5 TCU12DN4 D3PL1MR4U574LS192D015 Q031 12D210 Q2639 37UP5 TCU12DN4 D3PL1MR4U674LS192A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B2QC1D0QE9F15QG4U774HC451A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B2QC1D0QE9F15QG4U874HC451A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B2QC1D0QE9F15QG4U974HC451A7B1C2D6LT3BI4L
12、E/STB5 QA13B2QC1D0QE9F15QG4U1074HC451A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5 QA13B2QC1D0QE9F15QG4U174HC451A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13B2QC1D0QE9F15QG4U1274HC45112 3U13:A74LS3245 6U13:B74LS32SW1S-SPDT12 3U14:A74LS0845 6U14:B74LS08910 8U14:C74LS08R4 DC7Q3GND1VC8TR2 TH6CV5U155R150R23kC12uC21uSW2S-SPDT清 零开 始 /暂 停2.2.2设计方案二电
13、路图小组采取的方案中。依然以 555 定时器组成的多谐振荡器作为脉冲发生器，只是电阻以及电容的值不同，但终究 f=100HZ。其中计数电路选用的芯片为 74HC390，其中 CKB 与Q0 相连使得计数方式为 8421 码，CKA 为下降沿触发。百分秒为 100 进制计数即 0099，秒和分都是 60 进制。当 74HC390 为十进制时，即 1001 跳变到 0000 此时将 Q3 接到下一位的 CPA 就会给其一个下降的脉冲，开始计时。秒的十位是 6 进制，与之前介绍的74LS192 类似，将 Q1、Q2 相与与总清零线输入两输入端得或门后接到秒时位的清零端，完成到 6 的清零，同时将 Q2 连到分的各位，使得到 0110 时给分个位一个脉冲，分计数器开始计时。
