ne555+74LS390數字跑表設計 PCB封裝+原理圖+論文

ID:425109 · 發表于 2018-11-16 11:16

設計要求

1. 量程在00分00.00秒~~59分59.99秒即時間以1小時為一個周期；

2. 具有‘分’、‘秒’、‘1/100秒’的十進制數字顯示；

3. 要有外部開關，控制計數器的直接清零、啟動和暫停/連續計時功能；

4. 用7位數碼管顯示分、秒；

5. 畫出部分和整體的電路圖，以及元器件及參數選擇。

工作原理

1.利用555計時器構成能產生特定脈沖的多謝振蕩器，產生100Hz的脈沖信號，滿足數字跑表的脈沖需求；

2.用多功能計數器產生一百進制和六十進制，實現數字跑表的計數功能；

3.利用各種門電路的組合，實現數字跑表的啟動、暫停和清零；

4.利用譯碼器和數碼管實現譯碼及顯示功能。

3. 結構框圖
系統框圖如圖1-1

方案設計

數字跑表的核心部件是計數器，給出合理的時鐘脈沖從而實現最低位的計數以及對高位的進位。時序脈沖源由555定時器構成的多諧振蕩器，設置特定的參數可以產生頻率為100Hz的時序脈沖，為計數器提供時序脈沖，使之進行計數。計數器由3對74LS390雙十計數器芯片組成，通過芯片間的連接實現百分秒、秒、分計時電路，量程在00分00.00秒~~59分59.99秒，把小數點后面的兩位設計成一百進制的計數器，秒數和分鐘數分別設計成60進制的計數器數，計數器輸出連接譯碼器，譯碼器再連接7位數碼管顯示的數碼管，從左到右分別為分十位，分個位，秒十位，秒個位，百分秒十位，百分秒個位。邏輯門控制構成RS觸發器，通過實現電路的通斷控制計數器的啟動/暫停及清零。

接通電源后，直接顯示計時器啟動，SW1處于低點平，SW2處于高電平。開關SW2接高電平（上端），電路即開始計時，將開關SW2接低電平（下端），電路就暫停計時，清零開關SW1接高電平（下端），計時清零且停止，顯示器顯示“0”。這樣就實現了數字跑表的各項基本功能。

仿真操作步驟及使用說明

一．各部件說明：

1). 開關SW1為啟動\清零端，開關SW2為開始\暫停端，開關為人為控制。

2).電平顯示從左到右分別為分十位，分個位，秒十位，秒個位，百分秒十位，百分秒十位。

二．操作說明：

1).開始時SW1置高電平（下端），開關SW2置高電平（上端），此時六個顯示器都處于“00 00 00”狀態，表示跑表已啟動，計時未開始。

2). 把SW1置低電平（上端）即開始計時。

3).SW2置低電平（下端）表示暫停，SW2置高電平（上端）即可實現繼續計時。

4).任何時候SW1置高電平（下端）就可以實現清零功能（清零同時跑表停止，若要重新計時則將SW1置低電平（上端））。

5). 當計時到59分59秒99微妙時，在下一個時序脈沖到來后顯示器顯示“ 00 00

00”，完成一個計時循環，并且系統自動跳到下一個計時循環。

開關SW1 開關SW2 電平顯示器狀態

高（下）低（下）全零跑表未啟動

低（上）低（下）全零跑表啟動，未計時

低（上）高（上）跑表跳動開始計時

低（上）低（下）某一數字暫停

高（下） × 全零清零

備注：表格中SW1置低電平，SW2置低電平的兩種狀態表示跑表剛啟動，電平顯示為全零的狀態與計時后暫停時電平顯示為某一數字的狀態。

元器件清單

元器件名稱	原理圖中的名稱	值參數	個數（單位：個）
555定時器	555定時器 U12	*	1
7段數碼管	LED1—LED6	*	6
4線-7線譯碼器	74HC4511 U1—U6	*	6
74LS390集成計數器	74LS390 U7—U9	*	6
與門芯片	74LS08 U10	*	2
兩輸入或門芯片	74LS32 U11	*	2
74LS00	74LS00 U13	*	1
電阻	R1、R2	3K/10K	2
電容	C1、C2	1μF	2
單刀雙擲開關	SW1、SW2	*	2

5. 制作過程
1．啟動Altium Designer 13；
2．文件→新建→原理圖，新建一個原理圖；
3．將Schematic.SchDoc保存為數字跑表.SchDoc；
4．文件→新建→庫→原理圖庫，新建一個原理圖庫；
5．將Schematic Library.SchLib保存為數字跑表.SchLib；
6．逐個進行制作元器件；
7．文件→新建→庫→PCB元件庫，新建一個PCB元件庫；
8．將PCB Library.PCBLib保存為數字跑表.PCBLib；
9．制作元器件封裝；
10．在SCH Library最下方的模型中點擊添加選項，將元器件與封裝一一對應添加上；
11．將添加好封裝的元器件添加入原理圖中，并進行連線；
12．文件→新建→PCB，新建一個PCB；
13．將PCB.PcbDoc保存為數字跑表.PcbDoc；
14．在原理圖界面選擇設計→Update PCB Document 數字跑表.PcbDoc→生效更改→執行更改→確定，將制作好的原理圖直接調用至PCB板中并擺置整齊；
15．進行PCB布線。

8. 總結
這次的課程設計為時三周，成功地鍛煉了我們自己獨立思考的能力，使我受益匪淺。此次課程設計，在設計過程中遇到了一些問題，由于電路接線很復雜，這使我在查找錯誤和最后的PCB布線上遇到了很大的障礙。但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足，不過最終經過我的排錯與最后電路整改，終于成功完成了此次設計。
通過這次數字跑表設計，本人在多方面都有所提高。通過這次設計提高了我綜合運用本專業所學課程的理論和生產實際知識進行實際的電路制作的能力，鞏固與擴充了數電課程所學的內容，掌握了關于跑表的原理與設計理念，讓我對各種電路都有了大概的了解，也讓我對所學的知識有所加深，并且有了一次新的認識，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。
另外，此次設計后我對各種芯片的認識和理解更加熟練，而且對于查找相關知識的方法也掌握了不少，增強了我的實踐動手能力，使我深刻地認識到僅僅學習課本上的知識是遠遠不夠的，必須要多多動手，多多實踐，才能真正理解并掌握所學的知識，達到學以致用的目的。
課程設計是我們專業課程知識綜合應用的實踐訓練，是我們邁向社會，從事職業工作前一個必不少的過程，我今天認真的進行課程設計，就是為明天能穩健地在社會中奔跑打下堅實的基礎。

Altium Designer畫的原理圖和PCB圖如下：(51hei附件中可下載工程文件)