电子秒表实验报告

电子技术设计性

实训报告

学 号: 211002146 姓 名: 邱富烨 同 组 人: 夏文彬 班 级: 指导老师: 林雪健 日 期: 2012.09.07

目 录

一.实训目的---------------------------------------------------3 二.设计功能要求---------------------------------------------3 三.电路设计---------------------------------------------------4

(一)电路框图--------------------------------------------4 (二)单元电路分析-------------------------------------4 四.设计总图及其工作原理---------------------------------5

(一)工作原理--------------------------------------------5 (二)元件清单--------------------------------------------5 五. 电路调试--------------------------------------------------6

(一) 调试过程--------------------------------------------6 (二)故障分析与排除-----------------------------------7 六.实训心得---------------------------------------------------8

一. 实验目的

1. 对芯片74LS160芯片以及555的功能的更形象的认知。 2.增强使用EWB软件的能力。

3.进一步提高独立分析问题和解决问题的能力。 4.掌握数字系统的分析和设计方法。

5.对数字集成电路的综合应用有进一步的认识和理解。 二. 设计题目:制作一个简易的电子秒表 功能要求: 1 2

具有两位数码显示。分别显示1/10秒和秒计数。

有两个按键分别控制启动(开始计时)/停止和清零。功能表如下:

要完成题目要求的电子秒表功能,系统应具有如下几部分电路:

1.定时电路;题目要求最小计时单位为1/10秒,即100ms。这部分电路必须能准确的产生周期为100ms(频率为10Hz)的时钟信号。

2.计时电路:题目要求系统具有两位显示器,分别显示秒和1/10秒信号。所以本系统应具有两个十进制计数器,分别对定时信号进行计数,以产生1/10秒和秒计数。系统计数范围从0.0~9.9秒。

3.显示译码驱动电路:将计数器的计数结果(BCD码)通过译码器译成七段显示码并驱动LED数码管显示出来。

4.控制电路:根据题目要求,本电子秒表应具有两个按键。其中一个控制秒表的启/停,本按键应有自锁功能,按一次启动计时,再按一次停止计时。另一个按键控制清“0”,本按键不需自锁,按下时系统清“0”;放开时系统回复正常计时功能。系统电路结构框图如图1所示。

图1

系统结构框图

四、电路设计方案:

1、定时电路:系统的定时电路要求产生周期为100ms的时钟信号。由于在此实验前我们学过555定时器,故可用时钟信号发生器来实现。

定时器是电子秒表的核心,其作用是产生一个标准频率10赫兹的脉冲信号。振荡频率的精度和稳定度决定了秒表的质量(如图2 ),图3为脉冲信号宽度。

100ms时钟信号发生器

图2 时钟信号发生器

2、计时电路:本电路需要两位十进制加法计数器,对定时电路的时钟信号进行计数。

可用两片74LS160实现。74LS160是同步十进制加法计数器,其功能表如下: 应用两片74LS160组合级联可构成10进制计数器。其级联方式可分为串行进位方式和并行进位方式两种。串行进位方式接法如图3所示。

图3 串行进位方式连接图

在串行进位方式中,将高位的74LS160的CP与低位的进位端C相接,当低位计数器计满产生进位时就会给高位计数器一个脉冲,使高位计数器加1。

图4、 并行进位方式连接图

并行进位方式接法如图4所示。它是将高低位计数器的CP接在一起并将低位计数器的进位C与高位计数器的EP接起来。当低位计数器尚未计满时,其进位端C输出低电平使高位计数器处于保持状态(不计数);当低位计数器计满产生进位时,C输出高电平使高位计数器处于计数状态,定时脉冲一到高位计数器加1。同时低位计数器回零,C输出低电平,高位计数器又处于保持状态直到第二个进位脉冲的到来。

3、显示译码电路

显示译码电路根据显示器件的不同可有不同的器件选择,如74LS47(适合于驱动共阳接法的LED数码管)和74LS48(适合于驱动共阴接法的LED数码管),本实验提供的器件为共阴LED数码管,所以选用74LS48。其电路为如下图5:

图5、74LS48与共阴LED数码管组成的译码显示电路

4、控制电路

系统要求具有清“0”和启/停按键。对于清零功能,根据计数器74LS160的功能表,我们知道,74LS160提供了清零引脚,只要将该引脚置低电平,计数器既实现清零功能。具体接法如图6。

图6、实现清零功能电路

对于启/停控制,我们从74LS160的功能表可知,当ET端为低电平,计数器将处于保持状态(停止记数)。当ET端为高电平且其他控制引脚均满足计数条件时,计数器才开始计数。我们可采用图7的电路来实现启/停控制。当开关按下时,ET=“0”;放起时,ET=“1”。

五、应用EWB电子仿真软件进行设计仿真 1、定时电路的仿真调试

在计算机上运行EWB并调出时钟发生信号仿真运行达到预定目标,电路产生周期为100ms 的时钟信号。 2、计时及控制电路。

按并行进位方式接法,电路工作正常。按串行方式接法,结果出现了当低位计数到“9”时,高位立即显示“1”的情况。经分析,原来74LS160的进位C属于超前进位。当低位计数到“9”时,进位端即产生一从“0”到“1”的跳变。而74LS160的CP输入端是上升沿有效的,此时高位的计数器即从“0000”变为“0001”了,所以出现 了“19”的显示结果。要解决这一问题,只需将进位信号作为控制ENT端的一个信号,因为ENT为高电平有效,所以进位“0”到“1”的跳变不用担心超前进位而产生“19”

的情况。

图8 并行进位示意图

3、显示译码电路

按设计方案接线,电路逻辑正常。

由上设计方案,该实现电子秒表功能的电路如下图9:

图9、实现电子秒表功能的电路

4、测试结果:

本电路通过两个开关R、Space来实现电路的控制启动(开始计时)/停止和清零,其测试结果为:

第一个数码管显示的是1/10秒,第二个数码管显示的是1秒,测试结果为:两个数码管显示的数字为00-99,即系统计数范围从0.0~9.9秒。 由此可知,该电路测试结果正确。

实物图

六、总结

通过了这次的计数器电路的设计以及硬件电路的实现,我更好地掌握了各方面的知识。首先是74LS160的功能,懂得实际应用上,应用串行和并行方式进行连接电路实现计数器的级联电路,进一步可以利用多片芯片设计各进制的计数电路。通过设计重启和停止,启动计数键,我更好的理解了74LS160各引脚的功能和用法。在利用555产生时钟信号时,我也学会了用这个芯片输出不同的频率的信号。利用软件进行仿真时,我对EWB软件的功能有了进一步的认识并且会用其他一些复杂一些的功能。

学这门课就应该实践和理论结合在一起,像这次做计数器就是一个很好的途径。因为这样可以加深对理论知识的理解,还可以增强个人的动手能力以及设计、开放的能力。

电子技术设计性

实训报告

学 号: 211002146 姓 名: 邱富烨 同 组 人: 夏文彬 班 级: 指导老师: 林雪健 日 期: 2012.09.07

目 录

一.实训目的---------------------------------------------------3 二.设计功能要求---------------------------------------------3 三.电路设计---------------------------------------------------4

(一)电路框图--------------------------------------------4 (二)单元电路分析-------------------------------------4 四.设计总图及其工作原理---------------------------------5

(一)工作原理--------------------------------------------5 (二)元件清单--------------------------------------------5 五. 电路调试--------------------------------------------------6

(一) 调试过程--------------------------------------------6 (二)故障分析与排除-----------------------------------7 六.实训心得---------------------------------------------------8

一. 实验目的

1. 对芯片74LS160芯片以及555的功能的更形象的认知。 2.增强使用EWB软件的能力。

3.进一步提高独立分析问题和解决问题的能力。 4.掌握数字系统的分析和设计方法。

5.对数字集成电路的综合应用有进一步的认识和理解。 二. 设计题目:制作一个简易的电子秒表 功能要求: 1 2

具有两位数码显示。分别显示1/10秒和秒计数。

有两个按键分别控制启动(开始计时)/停止和清零。功能表如下:

要完成题目要求的电子秒表功能,系统应具有如下几部分电路:

1.定时电路;题目要求最小计时单位为1/10秒,即100ms。这部分电路必须能准确的产生周期为100ms(频率为10Hz)的时钟信号。

2.计时电路:题目要求系统具有两位显示器,分别显示秒和1/10秒信号。所以本系统应具有两个十进制计数器,分别对定时信号进行计数,以产生1/10秒和秒计数。系统计数范围从0.0~9.9秒。

3.显示译码驱动电路:将计数器的计数结果(BCD码)通过译码器译成七段显示码并驱动LED数码管显示出来。

4.控制电路:根据题目要求,本电子秒表应具有两个按键。其中一个控制秒表的启/停,本按键应有自锁功能,按一次启动计时,再按一次停止计时。另一个按键控制清“0”,本按键不需自锁,按下时系统清“0”;放开时系统回复正常计时功能。系统电路结构框图如图1所示。

图1

系统结构框图

四、电路设计方案:

1、定时电路:系统的定时电路要求产生周期为100ms的时钟信号。由于在此实验前我们学过555定时器,故可用时钟信号发生器来实现。

定时器是电子秒表的核心,其作用是产生一个标准频率10赫兹的脉冲信号。振荡频率的精度和稳定度决定了秒表的质量(如图2 ),图3为脉冲信号宽度。

100ms时钟信号发生器

图2 时钟信号发生器

2、计时电路:本电路需要两位十进制加法计数器,对定时电路的时钟信号进行计数。

可用两片74LS160实现。74LS160是同步十进制加法计数器,其功能表如下: 应用两片74LS160组合级联可构成10进制计数器。其级联方式可分为串行进位方式和并行进位方式两种。串行进位方式接法如图3所示。

图3 串行进位方式连接图

在串行进位方式中,将高位的74LS160的CP与低位的进位端C相接,当低位计数器计满产生进位时就会给高位计数器一个脉冲,使高位计数器加1。

图4、 并行进位方式连接图

并行进位方式接法如图4所示。它是将高低位计数器的CP接在一起并将低位计数器的进位C与高位计数器的EP接起来。当低位计数器尚未计满时,其进位端C输出低电平使高位计数器处于保持状态(不计数);当低位计数器计满产生进位时,C输出高电平使高位计数器处于计数状态,定时脉冲一到高位计数器加1。同时低位计数器回零,C输出低电平,高位计数器又处于保持状态直到第二个进位脉冲的到来。

3、显示译码电路

显示译码电路根据显示器件的不同可有不同的器件选择,如74LS47(适合于驱动共阳接法的LED数码管)和74LS48(适合于驱动共阴接法的LED数码管),本实验提供的器件为共阴LED数码管,所以选用74LS48。其电路为如下图5:

图5、74LS48与共阴LED数码管组成的译码显示电路

4、控制电路

系统要求具有清“0”和启/停按键。对于清零功能,根据计数器74LS160的功能表,我们知道,74LS160提供了清零引脚,只要将该引脚置低电平,计数器既实现清零功能。具体接法如图6。

图6、实现清零功能电路

对于启/停控制,我们从74LS160的功能表可知,当ET端为低电平,计数器将处于保持状态(停止记数)。当ET端为高电平且其他控制引脚均满足计数条件时,计数器才开始计数。我们可采用图7的电路来实现启/停控制。当开关按下时,ET=“0”;放起时,ET=“1”。

五、应用EWB电子仿真软件进行设计仿真 1、定时电路的仿真调试

在计算机上运行EWB并调出时钟发生信号仿真运行达到预定目标,电路产生周期为100ms 的时钟信号。 2、计时及控制电路。

按并行进位方式接法,电路工作正常。按串行方式接法,结果出现了当低位计数到“9”时,高位立即显示“1”的情况。经分析,原来74LS160的进位C属于超前进位。当低位计数到“9”时,进位端即产生一从“0”到“1”的跳变。而74LS160的CP输入端是上升沿有效的,此时高位的计数器即从“0000”变为“0001”了,所以出现 了“19”的显示结果。要解决这一问题,只需将进位信号作为控制ENT端的一个信号,因为ENT为高电平有效,所以进位“0”到“1”的跳变不用担心超前进位而产生“19”

的情况。

图8 并行进位示意图

3、显示译码电路

按设计方案接线,电路逻辑正常。

由上设计方案,该实现电子秒表功能的电路如下图9:

图9、实现电子秒表功能的电路

4、测试结果:

本电路通过两个开关R、Space来实现电路的控制启动(开始计时)/停止和清零,其测试结果为:

第一个数码管显示的是1/10秒,第二个数码管显示的是1秒,测试结果为:两个数码管显示的数字为00-99,即系统计数范围从0.0~9.9秒。 由此可知,该电路测试结果正确。

实物图

六、总结

通过了这次的计数器电路的设计以及硬件电路的实现,我更好地掌握了各方面的知识。首先是74LS160的功能,懂得实际应用上,应用串行和并行方式进行连接电路实现计数器的级联电路,进一步可以利用多片芯片设计各进制的计数电路。通过设计重启和停止,启动计数键,我更好的理解了74LS160各引脚的功能和用法。在利用555产生时钟信号时,我也学会了用这个芯片输出不同的频率的信号。利用软件进行仿真时,我对EWB软件的功能有了进一步的认识并且会用其他一些复杂一些的功能。

学这门课就应该实践和理论结合在一起,像这次做计数器就是一个很好的途径。因为这样可以加深对理论知识的理解,还可以增强个人的动手能力以及设计、开放的能力。


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