電路CAD課程設(shè)計(jì)三位數(shù)字顯示器

1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 電路CAD 課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱 三位數(shù)字顯示器 專業(yè)班級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名課程名稱電路CAD設(shè)計(jì)名稱三位數(shù)字顯示器設(shè)計(jì)周數(shù)1.5周指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)任務(wù)主要設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 三位數(shù)字顯示器2. 實(shí)現(xiàn)九分五十九秒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)：脈沖頻率:1.024kHz的方波源設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)要求1設(shè)計(jì)電路并繪制原理圖；2對原理圖進(jìn)行規(guī)則檢查并產(chǎn)生報(bào)告； 3對原理圖進(jìn)行仿真；4生成網(wǎng)絡(luò)表；5規(guī)劃電路板；6設(shè)置布線規(guī)則；7繪制出PCB板圖；8寫出設(shè)計(jì)報(bào)告主要參考資 料1康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京，高等教育出版社，2003年2何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，

2、杭州，浙江大學(xué)出版社，2001年6月3徐志國，荀殿棟，數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)用手冊，電子工業(yè)出版社，2003年4月4陳大欽，電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，北京，高等教育出版社，2008年7月5電子元件數(shù)據(jù)搜索引擎http：/6鄭鵬思，林遠(yuǎn)長，董前程，等編著，Protel 99SE入門與典型實(shí)例，北京，人民郵電出版社7電路CAD講義蕭寶瑾太原理工大學(xué)學(xué)生提交歸檔文件見課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)任務(wù)書指導(dǎo)教師簽名： 日期 三位數(shù)字顯示器 摘 要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用也越來越廣泛。人們對它的認(rèn)識也逐步加深。在秒表的設(shè)計(jì)上功能不斷完善，在時(shí)間的設(shè)計(jì)上不斷的精確，人們也利用了電子技術(shù)以及相關(guān)的知識解決了一些

3、實(shí)際問題。電子秒表廣泛應(yīng)用于對運(yùn)動物體的速度、加速度的測量實(shí)驗(yàn)，還可用來驗(yàn)證牛頓第二定律、機(jī)械能守恒等物理實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也適用于對時(shí)間測量精度要求較高的場合，如測定短時(shí)間間隔的儀表。秒表有機(jī)械秒表和電子秒表兩類。機(jī)械秒表與機(jī)械手表相仿，但具有制動裝置，可精確至百分之一秒；電子秒表用微型電池作能源，電子元件測量顯示，可精確至千分之一秒，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、體育運(yùn)動及國防等方面。目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、自動控制、電子測量儀表、電視、雷達(dá)、通信等各個(gè)領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代社會的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實(shí)際，數(shù)字電路課題設(shè)計(jì)的進(jìn)行使我們有了這個(gè)非常好的機(jī)會。本設(shè)計(jì)就是利用所學(xué)到的電子

4、元器件將脈沖源用數(shù)碼管顯示出來以制成簡易的數(shù)字秒表。 關(guān)鍵詞 數(shù)字秒表 計(jì)時(shí)目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求41.1 設(shè)計(jì)的目的及思想 4 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)要求 42 方案的論證及討論42.1 設(shè)計(jì)原理4 3單元模塊設(shè)計(jì)6 控制模塊63.2.2 分頻模塊7 計(jì)數(shù)器模塊83.2.4 譯碼器模塊9 數(shù)碼顯示模塊10 電路的特點(diǎn)及改進(jìn)113.2.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果124 原理圖及元器件清單165 結(jié)論與心得16致 謝17參考文獻(xiàn)17裝訂線裝訂線專業(yè)班級 學(xué)號 姓名 成績 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1. 設(shè)計(jì)的目的及思想 通過本課程設(shè)計(jì)計(jì)算、安裝調(diào)試、資料整理、撰寫報(bào)告等環(huán)節(jié)，初步掌握電子設(shè)計(jì)方法以及完成數(shù)字秒

5、表的電路設(shè)計(jì)。 數(shù)字式秒表，首先需要一個(gè)數(shù)字顯示。按設(shè)計(jì)要求，須用數(shù)碼管來做顯示器。題目要求最大記數(shù)值為9分59秒，則需要兩個(gè)7段數(shù)碼管1作為秒位和兩個(gè)7段數(shù)碼管作為分位。在選擇譯碼器的時(shí)候，有多種選擇，如74LS46，74LS47，74LS48等4-7線譯碼器2，本設(shè)計(jì)采用74LS48。秒表核心部分計(jì)數(shù)器，使用四個(gè)74LS290計(jì)數(shù)器構(gòu)成，這種連接方式簡單，使用元器件數(shù)量少。要求計(jì)數(shù)分辨率為1秒，而提供的是一個(gè)頻率為1.024kHz的方波源，所以必須使用分頻器將該波源分頻，分頻器采用兩個(gè)74LS161和一個(gè)74LS290。為了減小設(shè)計(jì)的誤差，還需要設(shè)計(jì)在開關(guān)端設(shè)計(jì)消抖電路。 2. 設(shè)計(jì)任務(wù)及

6、主要技術(shù)要求 利用計(jì)數(shù)、譯碼、顯示等單元電路設(shè)計(jì)簡易數(shù)字秒表。 技術(shù)要求： 1.現(xiàn)提供一個(gè)頻率為1.024kHz的方波源，要求設(shè)計(jì)一個(gè)秒表。 2.秒表時(shí)間范圍是059分59秒。 3.要求時(shí)間用數(shù)碼管顯示出來。 二、方案設(shè)計(jì)與論證 方案 裝訂線設(shè)計(jì)原理顯示模塊 設(shè)計(jì)原理 譯碼模塊計(jì)數(shù)模塊分頻模塊優(yōu)化與改進(jìn)控制模塊 圖1 簡易數(shù)字秒表原理總框架圖裝訂線三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 裝訂線1 控制模塊 圖2 消抖控制開關(guān)控制模塊由兩個(gè)機(jī)械開關(guān)和一個(gè)基本RS觸發(fā)器組成，并且基本RS觸發(fā)器與電阻相連具有消抖作用3，接在機(jī)械開關(guān)的后面，防止開關(guān)在打開和閉合時(shí)一些假信號串入邏輯電路。Vcc=5V (a) (b

7、)圖3 基本RS觸發(fā)器(a)邏輯符號 (b)功能表裝訂線2 分頻模塊 圖4 分頻器給出的脈沖源是1.024kHz的方波源，要將其分頻為1Hz的脈沖，采用兩個(gè)74LS161和一個(gè)二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS290，兩個(gè)74LS161并行連接實(shí)現(xiàn)256分頻，然后再經(jīng)過一個(gè)74LS290實(shí)現(xiàn)4分頻，之后出來的脈沖信號進(jìn)入計(jì)數(shù)器4。 圖5 74161和74LS290的引腳圖表1 74161功能表 裝訂線表2 74LS290的功能表復(fù)位輸入置位輸出時(shí)鐘輸出RoARoBS9AS9BCPQ3Q2Q1Q011 0 * *0000 * 0* * 1 1 *1001 * 0* 0 計(jì)數(shù) 0 * 0 * 計(jì)數(shù) 0

8、* * 0 計(jì)數(shù) * 0 0 * 計(jì)數(shù) 3 計(jì)數(shù)器模塊 信號經(jīng)過分頻器出來以后是1Hz的脈沖信號，進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器由四個(gè)二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS290組成，通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0A、R0B對計(jì)數(shù)器清零，借助S9A、S9B將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下： (1)計(jì)數(shù)脈沖從CP0輸入，Q0作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 裝訂線(2)計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，Q3Q2Q1作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (3)若將CP0和Q0相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，Q3、Q2、Q1、Q0作為輸出端， 則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (4

9、)清零、置9功能。 a) 異步清零 當(dāng)RoA、RoB均為“1”；S9A、S9B中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即Q3Q2Q1Q00000。 b) 置9功能 當(dāng)S9B、S9A均為“1”；RoA、RoB中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即Q3Q2Q1Q01001。四個(gè)74LS290中兩個(gè)六進(jìn)制、兩個(gè)十進(jìn)制，從秒位到分位分別為十進(jìn)制、六進(jìn)制、十進(jìn)制、六進(jìn)制，每接收到一個(gè)信號計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一，也即秒位上加一秒，到十秒后向前一個(gè)74LS290進(jìn)一，60秒時(shí)向分位上進(jìn)一，由此實(shí)現(xiàn)秒表的059分59秒。 4 譯碼器模塊 譯碼器部分用四個(gè)74LS48來實(shí)現(xiàn)譯碼功能，四個(gè)74LS48先分別與四個(gè)計(jì)數(shù)器相連，在分別與四個(gè)

10、七段顯示數(shù)碼管相連，74LS48是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器。 圖6 74LS48引腳圖裝訂線表3 74LS48功能表 圖7 譯碼器與數(shù)碼管連接圖5 數(shù)碼顯示模塊 秒表的數(shù)字顯示部分由四個(gè)7段數(shù)碼管5組成，7段數(shù)碼管又分共陰和共陽兩種顯示方式。如果把7段數(shù)碼管的每一段都等效成發(fā)光二極管的正負(fù)兩個(gè)極，那共陰就是把a(bǔ)bcdefg這7個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極連接在一起并接地；它們的7個(gè)正極接到7段譯碼驅(qū)動電路74LS48的相對應(yīng)的驅(qū)動端上（也是abcdefg）。此時(shí)若顯示數(shù)字1，那么譯碼驅(qū)動電路輸出段bc為高電平，其他段掃描輸出端為低電平，以此類推。如果7段數(shù)碼管是共陽顯示電路，那就需要選用74LS

11、47譯碼驅(qū)動集成電路。共陽就是把a(bǔ)bcdefg的7個(gè)發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個(gè)負(fù)極接到74LS47相應(yīng)的abcdefg輸出端上。本設(shè)計(jì)使用共陰方式的數(shù)碼管。裝訂線圖8 7段數(shù)碼管引腳圖6 電路的特點(diǎn)及改進(jìn) 本電路核心是計(jì)數(shù)器，其中的74LS290是學(xué)過的元件，但必須四個(gè)74LS290分別接成十進(jìn)制與六進(jìn)制，并與譯碼器、數(shù)碼管顯示器連接起來，讓信號按要求顯示出來，經(jīng)過了仔細(xì)分析才得到好的解決方法。 另外，一般的秒表都要求在達(dá)到最大量程時(shí)自動停止計(jì)數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，我分析了電路，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)達(dá)到最大量程時(shí)，74LS290計(jì)數(shù)器兩個(gè)六進(jìn)制的QbQc和兩個(gè)十進(jìn)制的QaQd

12、輸出端口都為1，這種情況下讓每一個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出相與，之后再相與非，這樣的話就可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)達(dá)到59分59秒時(shí)，不再輸入脈沖信號，計(jì)數(shù)器也就不計(jì)數(shù)，是數(shù)碼顯示器保持在59分59秒的位置。 裝訂線 圖9 自動停止電路7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 原理圖 裝訂線PCB 裝訂線網(wǎng)絡(luò)表 裝訂線 四、總原理圖及元器件清單 1總原理圖 裝訂線2元器件清單 名稱類型個(gè)數(shù)七段顯示數(shù)碼管顯示4個(gè)74LS48譯碼4個(gè)74LS290計(jì)數(shù)、分頻5個(gè)74161（74LS161）分頻2個(gè)基本RS觸發(fā)器控制1個(gè)定值電阻（10K）2個(gè)微動開關(guān)控制2個(gè)電源（5V）8個(gè)與門二輸入4個(gè)與非門四輸入、三輸入2個(gè)或門二輸入3個(gè)非門1個(gè)五、結(jié)論與心得 通過

13、這次設(shè)計(jì)，我感受頗多，首先感受到合作的益處，很多時(shí)候遇到百思不得其解的困難，在隊(duì)友的輕描淡寫中就解決了，此次設(shè)計(jì)用時(shí)兩周最大的困難就是計(jì)數(shù)器的控制部分，怎樣才能讓它順利的完成清零，計(jì)數(shù)，保持，并循環(huán)使用，我試過比較器，譯碼器，最后是因?yàn)橐粋€(gè)實(shí)驗(yàn)讓我想起了用觸發(fā)器，因?yàn)樗斜３?，移位的功能，為了讓它能持續(xù)的輸出序列我用到了166芯片，最后在老師的修訂下用了一根反饋線順利的完成了0 1 0 序列的輸出。同時(shí)也感謝老師的幫助,在遇到棘手問題時(shí),老師總可以給與我們最好的解決思路和辦法,才讓這次課設(shè)得以順利完成。 設(shè)計(jì)是個(gè)不斷改善不斷簡化的過程，在不斷簡化的過程中讓我體會到設(shè)計(jì)的快樂，設(shè)計(jì)給我?guī)淼某删透?，雖是個(gè)小小的設(shè)計(jì)但能提高我的思考能力和動手能力。希望在今后多一些這樣的機(jī)會，在實(shí)踐中成長，同時(shí)，自己在學(xué)習(xí)的過程中也要多積累總結(jié)，多實(shí)踐，掌握好軟件。 裝訂線參考文獻(xiàn)1康