太原理工大学现代科技学院电路CAD 课程设计设计名称三位数字显示器专业班级学号姓名指导教师太原理工大学现代科技学院 课程设计太原理工大学现代科技学院课程设计任务书指导教师签名： 日期专业班级学生姓名 课程名称 电路CAD设计名称 三位数字 显示器设计周数1.5周指导教师设计 任务 主要 设计 参数设计任务：1. 三位数字显示器2. 实现九分五十九秒计时设计参数：脉冲频率:1.024kHz 的方波源设计内容 设计要求1．设计电路并绘制原理图；2．对原理图进行规则检查并产生报告； 3．对原理图进行仿真； 4．生成网络表； 5．规划电路板； 6．设置布线规则； 7．绘制出PCB 板图； 8．写出设计报告主要参考 资 料[1]康华光，电子技术基础，北京，高等教育出版社，2003年 [2]何小艇，电子系统设计，杭州，浙江大学出版社，2001年6月[3]徐志国，荀殿栋，数字电路设计实用手册，电子工业出版社，2003年4月 [4]陈大钦，电子技术基础实验，北京，高等教育出版社，2008年7月 [5]电子元件数据搜索引擎http ：/// [6]郑鹏思，林远长，董前程，等编著，Protel 99SE 入门与典型实例，北京，人民邮电出版社[7]电路CAD 讲义．萧宝瑾．太原理工大学学生提交 归档文件见课程设计报告三位数字显示器摘要随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛。
人们对它的认识也逐步加深。
在秒表的设计上功能不断完善，在时间的设计上不断的精确，人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。
电子秒表广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验，还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合，如测定短时间间隔的仪表。
秒表有机械秒表和电子秒表两类。
机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒，广泛应用于科学研究、体育运动及国防等方面。
目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通信等各个领域。
随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电路课题设计的进行使我们有了这个非常好的机会。
本设计就是利用所学到的电子元器件将脉冲源用数码管显示出来以制成简易的数字秒表。
关键词数字秒表计时目录1 设计任务与要求 (4)1.1设计的目的及思想 (4)1.2设计任务及主要技术要求 (4)2 方案的论证及讨论 (4)2.1 设计原理 (4)3单元模块设计 (6)3.2.1控制模块 (6)3.2.2 分频模块 (7)3.2.3计数器模块 (8)3.2.4 译码器模块 (9)3.2.5数码显示模块 (10)3.2.6电路的特点及改进 (11)3.2.7实验结果 (12)4 原理图及元器件清单 (16)5 结论与心得 (16)致谢 (17)参考文献 (17)专业班级 学号 姓名 成绩一、设计任务与要求1. 设计的目的及思想通过本课程设计计算、安装调试、资料整理、撰写报告等环节，初步掌握电子设计方法以及完成数字秒表的电路设计。
数字式秒表，首先需要一个数字显示。
按设计要求，须用数码管来做显示器。
题目要求最大记数值为9分59秒，则需要两个7段数码管[1]作为秒位和两个7段数码管作为分位。
在选择译码器的时候，有多种选择，如74LS46，74LS47，74LS48等4-7线译码器[2]，本设计采用74LS48。
秒表核心部分——计数器，使用四个74LS290计数器构成，这种连接方式简单，使用元器件数量少。
要求计数分辨率为1秒，而提供的是一个频率为1.024kHz 的方波源，所以必须使用分频器将该波源分频，分频器采用两个74LS161和一个74LS290。
为了减小设计的误差，还需要设计在开关端设计消抖电路。
2. 设计任务及主要技术要求利用计数、译码、显示等单元电路设计简易数字秒表。
技术要求： 1.现提供一个频率为1.024kHz 的方波源，要求设计一个秒表。
2.秒表时间范围是0～59分59秒。
3.要求时间用数码管显示出来。
二、方案设计与论证 方案……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………… ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………设计原理设计原理图1 简易数字秒表原理总框架图控制模块分频模块计数模块优化与改进 译码模块显示模块……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………三、单元电路设计与参数计算1 控制模块图2 消抖控制开关控制模块由两个机械开关和一个基本RS 触发器组成，并且基本RS 触发器与电阻相连具有消抖作用[3]，接在机械开关的后面，防止开关在打开和闭合时一些假信号串入逻辑电路。
Vcc=5V(a) (b)图3 基本RS 触发器(a)逻辑符号 (b)功能表……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………2 分频模块图4 分频器给出的脉冲源是1.024kHz 的方波源，要将其分频为1Hz 的脉冲，采用两个74LS161和一个二—五—十进制加法计数器74LS290，两个74LS161并行连接实现256分频，然后再经过一个74LS290实现4分频，之后出来的脉冲信号进入计数器[4]。
图5 74161和74LS290的引脚图表1 74161功能表……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………表2 74LS290的功能表3 计数器模块信号经过分频器出来以后是1Hz 的脉冲信号，进入计数器进行计数，计数器由四个二—五—十进制加法计数器74LS290组成，通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0A 、R0B 对计数器清零，借助S9A 、S9B 将计数器置9。
其具体功能详述如下： (1)计数脉冲从CP0输入，Q0作为输出端，为二进制计数器。
复位输入 置位输出 时钟 输出 Ro A Ro B S 9A S 9B CPQ 3 Q 2 Q 1 Q 01 1**0 0 0 * 0 * * 1 1 * 11* 0 * 0 ↓ 计数 0 * 0 * ↓ 计数 0 * * 0 ↓ 计数 **↓计数……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院 课程设计(2)计数脉冲从CP1输入，Q3Q2Q1作为输出端，为异步五进制加法计数器。
(3)若将CP0和Q0相连，计数脉冲由CP1输入，Q3、Q2、Q1、Q0作为输出端， 则构成异步8421码十进制加法计数器。
(4)清零、置9功能。
a) 异步清零 当RoA 、RoB 均为“1”；S9A 、S9B 中有“0”时，实现异步清零功能，即Q3Q2Q1Q0＝0000。
b) 置9功能 当S9B 、S9A 均为“1”；RoA 、RoB 中有“0”时，实现置9功能，即Q3Q2Q1Q0＝1001。
四个74LS290中两个六进制、两个十进制，从秒位到分位分别为十进制、六进制、十进制、六进制，每接收到一个信号计数器进行加一，也即秒位上加一秒，到十秒后向前一个74LS290进一，60秒时向分位上进一，由此实现秒表的0～59分59秒。
4 译码器模块译码器部分用四个74LS48来实现译码功能，四个74LS48先分别与四个计数器相连，在分别与四个七段显示数码管相连，74LS48是一种常用的七段数码管译码器驱动器。
图6 74LS48引脚图……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………表3 74LS48功能表图7 译码器与数码管连接图5 数码显示模块秒表的数字显示部分由四个7段数码管[5]组成，7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。
如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极，那共阴就是把abcdefg 这7个发光二极管的负极连接在一起并接地；它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………应的驱动端上（也是abcdefg ）。
此时若显示数字1，那么译码驱动电路输出段bc 为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类推。
如果7段数码管是共阳显示电路，那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。
共阳就是把abcdefg 的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V 电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg 输出端上。
本设计使用共阴方式的数码管。
图8 7段数码管引脚图6 电路的特点及改进本电路核心是计数器，其中的74LS290是学过的元件，但必须四个74LS290分别接成十进制与六进制，并与译码器、数码管显示器连接起来，让信号按要求显示出来，经过了仔细分析才得到好的解决方法。
另外，一般的秒表都要求在达到最大量程时自动停止计数，为了实现这个功能，我分析了电路，发现只有当达到最大量程时，74LS290计数器两个六进制的QbQc 和两个十进制的QaQd 输出端口都为1，这种情况下让每一个计数器的输出相与，之后再相与非，这样的话就可以实现，当达到59分59秒时，不再输入脉冲信号，计数器也就不计数，是数码显示器保持在59分59秒的位置。
……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………23&AND2&AND2&&AND2&AND2&QdQa Qc Qb QdQaQcQb1.024KHz 方波源连接控制开关图9 自动停止电路7 实验结果原理图……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………PCB……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………………………………………………装………………………………………四、总原理图及元器件清单1．总原理图……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………2．元器件清单名称类型 个数 七段显示数码管 显示 4个 74LS48 译码 4个 74LS290计数、分频 5个 74161（74LS161） 分频 2个 基本RS 触发器 控制 1个 定值电阻（10K ） 2个 微动开关 控制 2个 电源（5V ） 8个 与门 二输入4个 与非门 四输入、三输入 2个 或门 二输入 3个 非门1个五、结论与心得……………………………………装………………………………………订………………………通过这次设计，我感受颇多，首先感受到合作的益处，很多时候遇到百思不得其解的困难，在队友的轻描淡写中就解决了，此次设计用时两周最大的困难就是计数器的控制部分，怎样才能让它顺利的完成清零，计数，保持，并循环使用，我试过比较器，译码器，最后是因为一个实验让我想起了用触发器，因为它有保持，移位的功能，为了让它能持续的输出序列我用到了166芯片，最后在老师的修订下用了一根反馈线顺利的完成了0 1 0 序列的输出。