1、廣東工業大學華立學院 課 程 設 計（論文）課程名稱 模擬電子技術 題目名稱 信號發生器學生學部（系）信息與計算機學部 專業班級 09信息工程1班 學    號 學生姓名 指導教師 2011年 6月27 日廣東工業大學華立學院課程設計（論文）任務書一、 課程設計（論文）的內容數字電子計時器一般有振蕩器、分頻器、譯碼器和顯示器等幾部分組成，這些都是數字電路應用最廣泛的基本電路。本設計要求設計一個數字電子秒表，該秒表具有顯示、連續計時、直接清零、啟動計時和停止計時等功能。二、課程設計（論文）的要求與數據1. 要求秒表范圍0.1-9.9秒，設計精度為0.1秒；2. 要求

2、用一個開關控制三種工作狀態，其轉換順序為清零-計時-停止-清零。3. 要求畫好電路圖，闡明電路的工作原理，說明設計思想；三、課程設計（論文）應完成的工作1. 完成數字電子秒表的設計（包括計數器設計、555振蕩模塊設計、時序控制電路設計、數碼顯示器設計），繪制電路原理圖；2. 完成課程設計報告的撰寫。四、課程設計（論文）進程安排序號設計（論文）各階段內容地點起止日期1收集數字電子秒表等相關資料，確定設計方案綜合樓3042011.6.162011.6.192進行數字電子秒表的設計，繪制電路原理圖綜合樓3042011.6.202011.6.243進行課程設計報告的撰寫綜合樓3042011.6.252

3、011.6.274完成設計，驗收上交綜合樓3042011.6.282011.6.30五、應收集的資料及主要參考文獻【1】鄧保青.數字電子技術實驗指導書.【2】王毓銀.數字電路邏輯設計（脈沖與數字電路 第三版）.高等教育出版社，2003.11.【3】康華光.電子技術基礎-數字部分（第四版）.高等教育出版社，2006.6.【4】李大友.數字電路邏輯設計.清華大學出版社，2007.12.【5】閻石.數字電子技術基礎（第四版）.高等教育出版社，2005.6.發出任務書日期：2011年6月1日 指導教師簽名：計劃完成日期： 2011 年6月30日 教學單位責任人簽章：目 錄 1前言.12設計目的與任務1

4、2.1設計目的12.2設計的任務2 2.3課程設計的要求及指標23數字電子秒表設計33.1電子秒表的基本組成和工作原理43.2發生電路53.2.1 脈沖發生器（由555構成的多諧振蕩器）原理53.2.2 脈沖發生器（由555構成的多諧振蕩器）的參數計算53.3計數電路63.4譯碼顯示電路84電路仿真105數字電子技術的內容105.1 數字電子設計的要求及步驟115.2.組裝調試126元器件明細清單137參考文獻131前言 隨著電子技術的發展，電子技術在各個領域的運用越來越廣泛。人們對它的認識也逐步加深。在秒表的設計上功能不斷完善，在時間的設計上不斷的精確。人們也用電子技術和相關知識解決了一些實

5、際問題。目前數字電子技術已經廣泛應用于計算機、電視、雷達、通信等各個領域。隨著集成技術的發展，尤其是中、大規模和超大規模集成電路的發展，數字電子技術將會更廣泛的參透到國民經濟的各個部門，并將生產越來越深的影響。該設計的進行使我們的動手能力、實際操作能力、綜合應用能力得到更好的提升。這次設計是基于計算機電路的時鐘脈沖信號、狀態控制等原理設計出的數字秒表。秒表在很多領域充當一個重要的角色。在各種比賽中對秒表的精確度要求很高，尤其是一些科學實驗。他們對時間精確度達到了幾納秒級別。2設計的目的與任務2.1設計目的1、學習數字電路中基本 RS 觸發器、單穩態觸發器、時鐘發生器及計數、譯碼顯示等單元電路的

6、綜合應用。2了解電子秒表的工作原理。3進行小型數字綜合系統的初步訓練。4掌握調試電路、排除電路故障的正確方法。2.2設計任務1、完成數字電子秒表設計，畫出總體電路。2、搭線電子秒表整體試驗電路。3、  調試電路4、最終實現秒表的計時、停止、復位的功能2.2設計的要求及指標1具有“秒”（0-9）“十分之一秒”（0-9）數字顯示，分辨率為0.1秒2計時范圍從0分0秒0到9秒9。3實現簡單的計時與顯示，按下啟動鍵開始清零，計時開始，按下停止鍵，計時結束4、主要單元電路和元器件參數計算、選擇。3數字電子秒表設計3.1電子秒表的基本組成和工作原理信號發生器一般是指能自動產生正弦波、方波、三角波

7、的電壓波形或者儀器。電路形成可以用運放及分離元件構成；也可以采用單片集成發生器。根據用途不同，有產生三種或多種波形的函數發生器，本課題介紹正弦波、方波、三角波信號發生器的方法。信號發生器是由基礎的非正弦信號發生電路和正弦信號發生電路組合而成。1. 1電子秒表電路的基本組成框圖如圖所示，它主要由多諧振蕩器、計數器、譯碼器和數碼顯示器4個部分組成。 圖1.1 電子秒表電路的基本組成（方框圖） 電子秒表設計電路總圖如圖1.2所示，圖中由定時器555構成方波振蕩器，用來產生50Hz的矩形波。第I塊計時器作5分頻使用，將555輸來的50Hz的脈沖變為0.1秒的計數脈沖加給計數器。第II、第III塊計數器

8、 Q0與CP2相連，脈沖從CP1輸入，都以接成十進制計數電路，其中第II塊是每0.1秒進位，第III塊是每秒進位。兩片74LS47是譯碼器，將計數器輸來的8421BCD碼為十進制數分別去驅動兩個數碼管，使之相應的顯示。開關S1閉合開始計數，斷開停止計數；開關S2斷開秒表清0，閉合可以計數。 圖1.2 電子秒表設計電路總電路圖3.2發生電路脈沖發生器（由555構成的多諧振蕩器）的原理NE555定時器是電路結構簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。利用閉合回路的反饋作用可以產生自激震蕩。TTL電路延遲時間短，難以控制頻率。電路接入RC回路有助于獲得較低的震蕩頻率，由于門電路的作用時間極短，TT

9、L電路自有幾十納秒，所以想獲得稍低一些的震蕩頻率是很困難的，而且頻率不易調節。在電路中接入RC電路可以有助于獲得較低的震蕩頻率，而且通過改變R,C的數值可以和容易實現對頻率的調節。圖1.3 555內部框圖（a）及引腳排列（b）注明：6腳為THR，觸發器輸入端，低電平有效。2腳為TRI,閥值輸入端，高電平有效。4腳為RST,總復位端，低電平有效。7腳為DIS，放電端。5腳為CON，控制端。1腳接地。8腳接電源。3腳為輸出端。TD為內部三極管。 圖1.4 示波器顯示的多諧振蕩器產生的波形3.2.2 脈沖發生器（由555構成的多些振蕩器）的參數計算震蕩電路數字秒表的核心部分，電容充放電的速度決定了電

10、路的震蕩頻率R1、R2.C決定了多諧振蕩器的周期，即決定了形成的方波的頻率利用閉合回路中的負反饋作用可以產生自激震蕩，利用閉合回路中的延遲負反饋作用也能產生自激震蕩，只要負反饋作用足夠強。為了得到頻率更加準確的頻率信號，加入了電容和電阻，其中電容為0.01微法，電阻為100K歐姆。一、震蕩周期的計算(R2=RP)1.確定R1、R2、C的值：占空比： 2.按所設計的電路連接，測試3.根據公式： 二、參數的確定由于電路的周期為0.01s，T=0.01s即頻率f=100Hz由上述公式可得結果：由式得 R1=R2R1=R2=100K3.3計數電路要實現 0.1 秒計數，須設計一個 10 進制計數器；要

11、實現秒計數，須再設計一個 10 進制計數器；這里也選用 74LS90 實現。二五十進制加法計數器74LS90構成電子秒表的計數單元，其中計數器接成五進制形式，對頻率為50HZ的時鐘脈沖進行五分頻，在輸出端QD取得周期為0.1S的矩形波脈沖，作為計數器的時鐘輸入。計數器及計數器接成8421碼十進制形式，其輸出端與實驗裝置上譯碼顯示單元的相應輸入端連接，可顯示0.10.9秒計時。注：集成異步計數器74LS90是異步二五十進制加法計數器，它既可以作二進制加法計數器，又可以作五進制和十進制加法計數器。74LS90的引腳功能表如下圖所示：圖1.5 74LS90的引腳排列74LS90功能表輸 &

12、#160;  入輸  出功    能清  0置  9時    鐘QD  QC  QB  QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1    CP2110××0×     ×0000清    00××011×     ×1001置 

13、   90     ××     00     ××     0     1QA   輸  出二進制計數1     QDQCQB輸出五進制計數    QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進制計數QD    

14、; QAQDQCQB輸出5421BCD碼十進制計數1     1不   變保   持74LS90功能： 通過不同的連接方式，74LS90可以實現四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0（1）(2管腳)、R0（2）（6管腳）對計數器清零，借助S9（1）（6管腳）、S9（2）（7管腳）將計數器置9。其具體功詳述如下：（1） 計數脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數器。 （2） 計數脈沖從CP2輸入，QD、QC、QA作為輸出端，為異步五進制加法計數器。 （3） 若將CP2和QA相連，計數脈沖由CP1輸入，

15、QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構成 異步8421碼十進制加法計數器。 （4） 若將CP1與QD相連，計數脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構成 異步5421碼十進制加法計數器。 （5） 清零、置9功能。 a) 異步清零 當R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時，實現異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。 b) 置9功能 當S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時，實現置9功能，即QDQCQBQA =1001。本設計采用的是74LS90的五分頻和十進制計數功能。其中，74LS90（1）是對50Hz的脈沖信號

16、進行五分頻，實現輸入為10Hz（0.1s），74LS90（2）、74LS90（3）實現十進制計數。3.4譯碼顯示電路（1）74LS47為BCD七段譯碼器（譯碼器）7447為四線-七段譯碼器，可以用來驅動七段共陽極數碼管，當LT,RBI,BI,端接高電平時，從DCBA端輸入BCD碼時，從a b c d e f g端輸出相應的數碼管 顯示碼。結合四線-七段譯碼器7447可以實現0到9個數字。(2)半導體數碼管（數碼顯示器）現在的許多電器設備上都有顯示十進制字符的字符顯示器，以直觀的顯示出電器設備的運行數據。目前廣泛使用的字符顯示器是七段字符顯示器，或稱七段數碼管。常見的七段數碼管 由液晶顯示數碼管

17、和半導體數碼管兩種。半導體數碼管是由七段發光二極管組成，簡稱LED。圖3.4是LED的引腳及其等效電路 圖1.6 LED的引腳及其等效電路發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，發光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管。 (a) (b) 圖1.7(a)為VCC的為共陽數碼管， (b)為GND的為共陰數碼管。圖1.8 七段數字顯示器發生段組要驅動LED正常的顯示十進制數的是個字符，LED前面一定要接一個顯示譯碼器。顯示譯碼器可實現的邏輯功能是：將輸入的8421BCD碼轉化成驅動LED放光的高、低電平信號，驅動LED顯示不同的十進制數字符，下面來討論顯示譯碼器的組

18、成。因顯示譯碼器可以驅動LED顯示出09這十個數字字符，十個數字字符對應十種高低電平的組合狀態，要描述這十種高、低電平的組合狀態必須用4位二進制數，根據LED發光的特點可得描述顯示譯碼器邏輯功能的真值表如表所示：4電路仿真圖1.9 555振蕩器輸出波形與秒計數單元邏輯功能輸出波形： 5數字電子技術的內容5.1數字電子設計的要求及步驟由于實驗電路中使用器件較多，實驗前必須合理安排各器件在實驗裝置上的位置，使電路邏輯清楚，接線較短。實驗時，應按照實驗任務的次序，將各單元電路逐個進行接線和調試，即分別測試基本RS觸發器、單穩態觸發器、時鐘發生器及計數器的邏輯功能，待各單元電路工作正常后，再將有關電路

19、逐級連接起來進行測試，直到測試電子秒表整個電路的功能。這樣的測試方法有利于檢查和排除故障，保證實驗順利進行。1基本RS觸發器的測試測試方法參照數字電子技術實驗有關內容。2單穩態觸發器的測試(1)靜態測試用直流數字電壓表測量A、B、D、F各點電位值。記錄之。(2)動態測試輸入端接1KHZ連續脈沖源，用示波器觀察并描繪D點（vD、）F點（v0）波形，如嫌單穩輸出脈沖持續時間太短，難以觀察，可適當加大微分電容C（如改為0.1）待測試完畢，再恢復4700P。3時鐘發生器的測試測試方法參考數字電子技術實驗有關內容，用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調節RW，使輸出矩形波頻率為50Hz。4計數器的測試

20、(1)計數器接成五進制形式，RO(1)、RO(2)、S9(1)、S9(2)接邏輯開關輸出插口，CP2接單次脈沖源,CP1接高電平“1”，QDQA接實驗設備上譯碼顯示輸入端D、C、B、A,按表21測試其邏輯功能，記錄之。(2)計數器及計數器接成8421碼十進制形式，同內容（1）進行邏輯功能測試。記錄之。(3)將計數器、級連，進行邏輯功能測試。記錄之。5電子秒表的整體的測試各單元電路測試正常后，按圖1.2把幾個單元電路連接起來，進行電子秒表的總體測試。先按一下按鈕開關K2，此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關K1，則計數器清零后便開始計時，觀察數碼管顯示計數情況是否正常，如不需要計時或暫停計時，按

21、一下開關K2，計時立即停止，但數碼管保留所計時之值。5.2組裝調試本設計采用EWB電路仿真對設計電路進行了調試。在調試的過程中遇到不少的麻煩，經過多次反復的檢查和排除，最終實現了部分功能。故障1：脈沖發生器（555定時器構成的多諧振蕩器）沒法實現0.1s的脈沖信號。原因：參數不對。排除方法：利用f=1.43/R1+2R2)C適當的選取定值電阻、電容的大小和可變電阻的最大阻值。故障2：數碼管顯示亂碼。原因：計數器74LS90管腳接線錯誤，LED數碼管的共極性弄反（按共陽極的接線方法接線）。排除方法：對計數器正確接線，調整數碼管的陰陽極接線（按共陰極接線方法接線）。故障3：數碼管數字跳動頻率不均勻。原因：使能輸入信號和清零信號的波形不是規則的脈沖方波。排除方法：用示波器觀察脈沖輸出和微分電路輸出端的波形，不規則，就加一個反相器74HC04整形，同時，這樣還能達到減小誤差的目的。故障4：無法實現暫停的功能。原因：計數器使能端一直輸入脈沖信號。排除方法：在輸入的脈沖信號線路上，加一個開關。6儀器儀表明細清單 1直流穩壓電源 1臺2雙蹤示波器 1