电子秒表电路设计课程设计.docx

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电子秒表电路设计课程设计

南华大学电气工程学院

《电子技术课程设计》

设计题目：

电子秒表电路设计

专业：

自动化082班

学生姓名:

学号:

12

起迄日期:

2011年1月5日~2011年1月14日

指导教师:

李军红

教研室主任：

李兰君

《电子技术课程设计》任务书

1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

以中规模TTL集成电路、CMOS集成电路和LED数码显示器等为主要部件设计一个电子秒表，电子秒表包括时基产生电路、电源电路、计数与译码显示电路和开关按钮电路等，要求达到如下要求：

（1）显示分辨率为1s／100，统时钟外接系频率为100KHz。

（2）计时最长时间为1h，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s。

（3）系统设置启／停键和复位键。

复位键用来清零，准备重新计时；启动键实现“秒表开始计数”；停止键实现“停止计数，并保持计数显示”。

（4）不要用单片机去做。

2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：

设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。

要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Multisim软件绘出原理图（SCH）,器件的选择要有计算依据。

3．主要参考文献：

●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写。

4．课程设计工作进度计划：

序号

起迄日期

工作内容

1

2011.1.6—2011.1.7

确定题目

2

2011.1.8—2011.1.9

查找资料，确定设计方案

3

2011.1.10—2010.113

查找资料，完成既定方案，并检定

4

2011.1.14

完成报告书

主指导教师

日期：

年月日

前言

数字式秒表是一种常用的计时工具，以其价格低廉、走时准确、使用方便、功能多而广泛用于体育比赛中，下文介绍了如何利用中小规模集成电路和半导体器件进行数字式秒表的设计。

本设计中数字秒表的最大计时是59分59.99秒，也就是说分辨率是0.01秒，最后计数结果用数码管显示，需要实现清零、启动计时、暂停计时、继续计时等功能。

当计时停止的时候，由开关给出一个清零信号，使得所有显示管全部清零

在本次实验中由六片74LS160构成两个100进制计数器和一个60进制计数器来实现秒表的计数功能。

由于需要比较稳定的信号，我们用555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器产生100KHZ的信号，用六个数码管显示计时，最后在电路中加入了两个控制开关一个控制电路的启动和暂停；另一个控制电路的清零。

电子式秒表

摘要：

电子式秒表是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，无机械装置，具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

电子式秒表从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

本次实验所做电子式秒表由信号发生系统和计时系统构成。

由于需要比较稳定的信号，所以信号发生系统555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器构成，信号频率为100kHZ。

计时系统由计数器、译码器、显示器组成。

计数器由74LS160构成，由十进制计数器组成了一百进制和六十进制计数器，采用异步进位方式。

译码器由74LS48构成，显示器由数码管构成。

具体过程为：

由晶体震荡器产生100KHZ脉冲信号，分频为100KHZ后传入计数系统，先进入计数器，然后传入译码器，将4位信号转化为数码管可显示的7位信号，结果以“分”、“秒”、“10毫秒”依次在数码管显示出来。

该秒表最大计时值为59分59.99秒，“10毫秒”为一百进制计数器组成，“分”和“秒”为六十进制计数器组成。

关键词：

计时精度计数器显示器

1综述

1．1系统概述

所为数字式秒表，所以必须有一个数字显示。

按设计要求，须用七段数码管来做显示器。

题目要求最大记数值为59，59，99，那则需要六个数码管。

选择信号发生器时，有两种方案：

一种是用晶体震荡器，另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。

其核心部分使用六个74LS160计数器采用串联方式构成，这种连接方式简单，使用元器件数量少。

由于555定时器的比较器灵敏度较高，输出驱动电流大，功能灵活，再加上电路结构简单，计算比较方便，所以CP脉冲是由555多谐振荡器产生的。

数字式秒表实际上是一个频率（100HZ）进行计数的计数电路。

由于数字式秒表计数的需要，故需要在电路上加一个控制电路，该控制电路清零、启动计时、暂停及继续计数等控制功能，同时需要一个分频电路把100kHZ分成100HZ的时间信号达到到准确稳定。

通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

数字电子钟的总体图如图所示。

由图可见，数字电子钟由以下几部分组成：

555振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；秒表控制开关；一百进制秒、六十进制分计数器和六十进制秒计数器；以及秒、分的译码显示部分等

图1总体设计思路

2单元电路设计与分析

2.1信号发生器

2.1.1多谐振荡器仿真图

根据设计要求，我们需要产生一个频率为100kHZ的信号，由于f=1/T,带入可以算出R1=500Ω，R2=300Ω,加上一个100Ω的电位器来调节脉冲信号的精确度。

我们就可以得到一个频率为100kHZ的脉冲了。

图2555构成多谐振荡器仿真图

2.2分频器部分

2.2.1分频电路

这里我们选择用计数器74LS160芯片，通过乘数法或反馈置数法构成1000进制计数器。

经方案论证，本课程分频电路选择方案如下：

●1000进制分频器

乘数法：

将三片74LS160计数器直接级联则可得到1000进制分频器。

其电路连接如图3所示。

图3分频电路

2.3分、秒、毫秒计数器电路

2.3.1计数器电路

这里我们选择用计数器74LS160芯片，通过乘数法或反馈置数法构成100进制和60进制计数器。

经方案论证，本课程计数器选择方案如下：

●100进制计数器

乘数法：

将两片74LS160计数器直接级联则可得到100进制计数器。

其电路连接如图4。

图4100进制电路图

●60进制计数器

乘数法：

将一片74LS160设置成六进制计数器，再将其与一片74LS160级联，即可得到一个60进制计数器。

其电路连接如图5所示。

图560进制电路图

74LS160是十进制计数器，设计一百进制计数器只需将两片74LS160级联即可，而74LS161是十六进制计数器，其一百进制计数器的连接相对而言较复杂。

对于六十进制计数器，从电路图中我们同样可以知道74LS160的连接比74LS161的连接简单，相对而言所需的元器件也少。

综上，我们选择选择了用74LS160计数器。

2.3.2计数器最终连线图

一百进制和六十进制计数器之间、六十进制和一百进制之间的接法如下图6所示。

图6分秒计数电路图

2.4译码部分

2.4.1译码器电路

在这里我们采用74LS48D和RPACK来构成译码部分，其仿真电路图如图7所示。

图7译码电路图

2.5数码管部分

2.5.1显示器匹配电路图

本设计采用共阴数码管与74LS48匹配。

其连接图如图8所示。

图8显示器皮匹配电路图

2.5.2译码器与数码管匹配电路的仿真图

图9译码管与数码管匹配电路图

3系统综述

3.1系统综述

J1控制数字秒表的启动和停止，J2控制数字秒表的清零复位。

开始时把J1J2合上，由555多谐振荡器产生脉冲信号，运行本电路，数字秒表正在计数。

J1打开，脉冲不能给上面的计数电路，整个电路暂停计数，闭合J1，电路重新获得脉冲信号，开始计数，当J1开关闭合，把开关J2开关打开，那将给计数电路中的74LS160的清零信号，开始计数，当J1开关闭合，J2开关打开，那将给计数器清零，于是我们就用两个开关实现了整个电路的清零、启动、计时、暂停及继续计数等控制功能。

4结束语

4.1总结语

通过一周半的设计，总算是有了一个结果。

方案和结果都让我们比较满意，完成了所有的设计要求：

1.秒表最大计时值为59分59.99秒；2.6位数码管显示，分辨率为0.01秒；3.具有清零、启动计时、暂停及继续计数等控制功能；4.控制操作键不超过二个。

在这次课题设计中，我进行不断的研究与探索而成的。

实现了电路的最简洁，使电路图简单易懂。

但是，在这次设计过程中也遇到不少的麻烦，经过多次反复的检查和排除，最终实现了部分功能。

收获与体会

一周半的课程设计已经结束，留给我们组印象最深的是：

要设计一个成功的电路，必须要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决，同时还需要有耐心和毅力。

课设过程中，我们深刻的体会到在设计过程中，要考虑到各个元器件的功能和特性，要翻阅大量资料，参考别人的经验。

只有这样才能把自己的电路设计的完美。

通过这次对数字秒表的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了关于数字秒表的原理与设计理念。

在此次的数字秒表设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

总体来说，通过这次课程设计学习，我们对许多电路都有了大概的了解，也熟练了常用绘图软件的使用，加深了我们对专业的了解，培养了我们学习的兴趣；我们还认识到，虽然“万事开头难”，但只要我们沉着冷静，团结一致，耐心、细心地找到突破口，最终问题是一定能解决的；同时我们还认识到，一个人的力量永远都是有限的，一个人的知识也总是有局限性的，但通过这次课程设计的团队合作，我们深深地体会到了团队的力量，也让我们体会到了团队合作的快乐！

参考文献

[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社

[2]孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京：

高等教育出版社

[3]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：

华中理工大学出版社

[4]张玉璞，李庆常.电子技术课程设计[M].北京：

北京理工大学出版社

[5]曹汉房，陈亚奎.数电技术教程[M].北京：

电子工业出版社

[6]翟安连.应用电子技术[M].北京：

科学出版社

[7]蔡惟铮.集成电子技术[M].北京：

高等教育出版社

附录1总原理图

附录2元器件清单

序号

名称

型号参数

数量

备注

1

U19,U23

SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_K_ORANGE

2

2

U17，U18

SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_K_GREEN

2

3

U13,U16

SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_K_BLUE

2

4

R1,R3,R4,R5

RPACK_VARIABLE_2*7,180Ω

4

5

R7,R8

RPACK_VARIABLE_2*8,180Ω

2

6

U1,U2,U3,U4,U5,U6

74LS,74LS480

6

7

U7,U8,U9,U10,U11,U12,U20,U21,U22

74LS160D

9

8

U15A,U24A

74LS00D

1

9

U14A

74LS04D

1

10

J1,J2

DIPSW1

2

11

U25

555_TIME_RATED

1

12

R2

1

500Ω

13

R6

1

300Ω

15

C5,C6

2

0.01uF