数字电子秒表Word格式文档下载.docx
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2012年6月11日到2012年6月22日
指导地点：
E楼504室
任务下达
2012年6月11日
任务完成
2012年6月22日
考核方式
1.评阅2.答辩3.实际操作■ 4.其它□
指导教师
xxx
系（部）主任
注：
1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；
任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
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，渗透到人们日常生活的方方面面，,掌握必要的电工电子知识已经成为当代大学生特别是理工类大学生必备的素质之一。
而我们这次设计的是秒表，现代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。
秒表的设计是由555芯片提供的，秒表时间由相关的电阻与电容的大小决定。
除了时间的设计精确外，秒表还在功能上有所改变，如实现倒计时。
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。
在当今非常注重工作效率的社会环境中，定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便。
充分利用定时器，能有效的加强我们的工作效率。
本次我门设计的秒表，是以555定时器为核心，以分频、计数与译码显示模块为主要构成部分的电子秒表的设计方案，充分利用数字电路的计数、译码、显示的优良特性，使整个设计达到了比较满意的效果。
基本电路主要有时基产生电路、电源电路、分频电路、计数与译码电路（包括显示电路）、开关按钮电路。
所设计的电子秒表达到了设计要求的各项指标，并且在这个基础上进行了功能扩展，系统具有随时启动、停止以及清零功能。
这次设计中不但对以前的知识进行巩固，而且学会了更多的新知识，提高思维、强化动手能力，能够更好地适应和走上工作岗位，为以后的就业打下一定的基础。
关键词：
电子秒表，555定时器，分频，计数，译码
目录
第一章前言----------------------------------------------------------------------1
1.1设计背景及意义------------------------------------------------------------1
1.2设计目的-----------------------------------------------------------------------------------1
1.3设计课题任务及指标--------------------------------------------1
第二章数字电子秒表设计--------------------------------------2
2.1设计要求--------------------------------------------------------------------------------2
2.2总体设计----------------------------------------------------------------------------------2
2.2．1系统设计方案论证------------------------------------------2
2.2.2工作流程图------------------------------------------------3
2.2.3工作原理----------------------------------------------------------------------------3
2.3分步电路设计--------------------------------------------------------------------------------------------5
2.3.1基本RS触发器----------------------------------------------------------------------5
2.3.2时钟发生单元------------------------------------------------------------------------6
2.3.3计数器---------------------------------------------------------------------------------7
2.3.4数码管显示电路----------------------------------------------------------------9
第三章调试与排故-------------------------------------------------------------------------10
5.1检测器件---------------------------------------------------10
5.2连接线路安排原则-------------------------------------------10
5.3调试及分析--------------------------------------------------11
第四章总结--------------------------------------------------------------------12
第五章参考文献-------------------------------------------------------------------------12
第六章附录--------------------------------------------------------------------------------13
6.1原件清单-----------------------------------------------------------------------------13
6.2电路原理总图------------------------------------------------------------------------14
1前言
1.1背景及意义
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,电子秒表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,在当今非常注重工作效率的社会环境中,定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便,充分利用定时器,能有效的加强我们的工作
1.2设计目的
1为了培养学生正确的设计思想与方法、严谨的科学态度和良好的工作作风，树立自信心。
2能够熟练地，合理的选用集成电路器件。
3、提高电路布局、布线及检查和排除故障的能力。
4为了培养学生运用有关课程的基础理论和技能解决实际问题，并进一步提高学生专业基本技能、创新能力的重要实践教学环节。
5.培养撰写综合实验报告的能力。
6为了培养学生正确的设计思想与方法、严谨的科学态度和良好的工作作风，树立自信心。
7巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能
2、设计课题任务及指标：
（1）通过本课程的选题、方案论证、设计计算、安装调试、资料整理、撰写“设计报告”等环节，初步掌握电子工程设计方法和组织实施的基本技能，深化、扩展并综合运用课堂上所学的电子电路分析设计方法以及集成电路知识完成小系统的电路设计。
（2）利用基本SR触发器、脉冲发生器及计数、译码、显示等单元电路设计数字秒表。
（3）在实验装置上或者利用仿真软件完成数字秒表的线路连接和调试。
功能要求：
最终实现秒表的计时、停止、复位功能。
2数字电子秒表设计
2.1设计要求
1设计一个数字电子秒表，先按一下一个按钮开关k1，此时电子秒表不工作，
再按下按钮开关k2，则计数器清零后边开始计数。
2用数码管观察计数情况是否正常。
3如不需要计数或暂停计时，则按下开关K1，计数立即停止，但数码管保留所计时之值。
2.2总体设计
2.2.1系统设计方案论证
所作为数字式秒表，所以必须有一个数字显示。
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59，那则需要两个个数码管。
要求计数分辨率为1秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。
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74LS161计数器采用串联方式构成，种连接方式简单，使用元器件数量少。
CP脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生50赫兹脉冲，如果精度要求高，也可采用石英振荡器。
在选择译码器的时候，有多种选择，CC4511，74LS46，74LS47，74LS48等译码器。
2.2.2工作流程图
系统框图如下：
如下图所示，它主要由基本RS触发器，单稳态触发器，时钟发生器，计数器和分频器，译码显示单元五个单元组成。
图1工作流程图
图1中1单元为用集成与非门74LS00构成的基本RS触发器。
属低电平直接触发的触发器,有直接置位,复位的功能。
图1中2单元为集成与非门74LS00构成的单稳态触发器，它的职能是为计数器提供清零信号。
图1中555定时器构成了多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。
图1中4单元74LS160构成的计数器/分频器
图1中5单元译码显示单元
2.2.3工作原理图:
图1为电子秒表的原理图,按功能可分为5个单元电路进行分析。
其中单元1为基本RS触发器；
单元2为单稳态触发器；
单元3为时钟发生器；
单元4为计数器和分频器；
单元5为译码显示单元。
图2原理电路图
各部分原理
两个基本RS触发器：
提供置位、复位、和清零信号
1秒脉冲发生器电路：
它由555集成定时器元件和外围的47K电阻和2.2u电容等元件构成。
调节电阻或电容的数值，可以改变脉冲发生器的输出频率。
计数器/分频电路：
从进位制来分，有二进制计数器，十进制计数器等多种形式。
在此采用的是二——十进制计数器即8421编码方式。
由74LS161构成一位输出电路。
译码器电路：
是将数码转换为一定的控制信号。
在此由CC4511集成元件构成，它能将二进制数码转换为输出端上的电平信号以控制显示器。
显示器电路：
有辉光数码管和荧光数码管等多种显示电路。
在此采用的是共阴极七段LED显示器。
2.3分部电路设计
2.3.1基本SR触发器
图中单元1为用集成与非门74LS00构成的基本RS触发器。
逻辑符号基本RS触发器电路图
基本RS触发器功能表:
表1基本RS触发器功能表
R
S
Q
1
保持
不确定
它的一路输出Q作为单稳态触发器的输入,另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号。
基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。
图374LS00引脚及内部结构表
2.3.2时钟发生单元
555定时器构成了多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。
555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。
利用闭合回路的反馈作用可以产生自激振荡。
TTL电路延迟时间短，难以控制频率。
电路接入RC回路有助于获得较低的振荡频率，由于门电路的作用时间极短，TTL电路自有几十纳秒，所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的，而且频率不易调节。
在电路中接入RC电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R，C的数值可以很容易实现对频率的调节。
管脚图→
脉冲波形图如下：
由于频率f=1.43/（R1+2R2）C=1Hz
，
产生1Hz频率,所以，电容C=10uF，定值电阻R1=47K，可变电阻R2=50K。
端口3为脉冲发生器的输出端口。
2.3.3计数器
74LS161构成的计数/分频器，其中计数器1得到的信号，作为计数器2的时钟输入信号。
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：
<
74ls161引脚图>
管脚图介绍：
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/MR
使能CEP，CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC.（TC=Q0·
Q1·
Q2·
Q3·
CET）
输入
输出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
Ф
1
↑
d
c
b
a
状态码加1
74LS161功能表>
从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0
立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用
后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·
CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
2.3.4数码管显示电路
本部分由CC4511译码器和七段显示共阴极数码管构成。
在其引脚当中A、B、C、D为BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输出“1”有效，用来驱动LED数码管。
七段数码管（LED）
LED数码管由发光二极管组成，LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。
小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。
发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。
下图是七段数码管（LED）BS201的示意图，图中引脚6为VCC的为共阳数码管，引脚6为GND的为共阴数码管。
要驱动LED正常的显示十进制数的十个字符，LED前面必须接一个显示译码器。
译码器
显示译码器可实现的逻辑功能是：
将输入的8421BCD码转化成驱动LED发光的高、低电平信号，驱动LED显示出不同的十进制数字符，下面来讨论显示译码器的组成。
本设计采用共阴数码管与CC4511匹配。
图1.1.6CC4511引脚排列
因显示译码器可以驱动LED显示出0～9这十个数字字符，十个数字字符对应十种高低电平的组合状态，要描述这十种高、低电平的组合状态必须用4位二进制数，根据LED发光的特点可得描述显示译码器逻辑功能的真值表如表1.4所示。
表1.4显示译码器逻辑功能真值表:
3调试与排故
3.1检测器件：
◆领回器件后根据电路图核对是否遗漏器件。
◆确定没有遗漏器件后根据电路图认真核对各类器件的型号和参数。
3.2连接线路安排原则是：
◆各主要部件的所属器件相对集中放置。
◆便于调整、操作和检修。
◆发热器件要便于散热，必须在通风地方。
◆尽可能缩短各器件间连线。
◆尽量减少各器件间的有害干扰。
◆适当考虑美观、大方。
3.3调试及分析
3.3.1整体测试
先按按钮
，此时电子秒表不工作，再按一下
，则计数器清零后变开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常。
如不需要计时或暂停时，按一下开关
，立即会出现暂停状态。
3.3．2基本RS触发器的调试
按动开关
，检查门1输出Q非是否为1，门2输出Q是否为0，
复位后这两个状态能否保持，再按动开关
，Q是否由0变1，Q非是否由1变0，否则检查卡观和与非门
。
故障1：
用示波器观察输出电压波形并测量其频率，脉冲发生器（555定时器构成的多谐振荡器）没法实现1HZ的脉冲信号。
原因：
参数不对。
排除方法：
利用f=1.43/R1+2R2）C适当的选取定值电阻、电容的大小和可变电阻的最大阻值。
故障2：
数码管显示乱码。
计数器74LS161管脚接线错误，LED数码管的共极性弄反（按共阳极的接线方法接线）。
对计数器正确接线，调整数码管的阴阳极接线（按共阴极接线方法接线）。
故障3：
利用电子钟或手表的计时对电子秒表进行校准，发现时间不准，
555发生器产生的频率不对。
调节
4总结
我们在设计时做出了两套方案以及仿真电路，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后请老师指导了一下，这才确定了我们的电路。
实习过程中，我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。
我学会了设计数字电子电路的一般方法，还进一步熟悉数字电子器件的使用。
这个课程设计课我还不是很熟悉，第一次做难免会感到陌生，而且对很多基本的东西都不是很清楚，在一定程度上影响了我们的课程设计的质量，希望能在以后的时间里认真学习好这些基础的东西。
我对这个课程设计课有着深刻的体会：
要想做好这个课程设计，就必须认认真真地去做，不要怕麻烦，遇到不懂的问题就要主动去问同学或者老师。
最后我希望课程设计课能够再多一点给我们提供动手的机会，并让我们多点发挥主观能动性和创造能力，这样可以在学到东西的同时又能发散大家的思维。
理论知识终究不是实践能力，在实践面前一系列的问题会突发出现，但是没有扎实的理论知识，实践能力又无从存在，二者可谓缺一不可，所以在以后的学习工作中，学习和动手要两手抓，而且两手都要硬，不能留下软肋，让问题钻了空子。
本次课程设计很有收获，相信以后的类似这样的课程设计我会做得更好！
5参考文献
1白中英.数字电子技术及应用.北京：
科学工业出版社，2011
2赵柯，彭嵩，脉冲与数字电路实验指导书，南昌，2012
3姚福安.电子电路设计与实践.济南；
山东科学技术出版社，2005.
4付家才.电子实验与实践.北京；
高等教育出版社，2004.
5阎石.电子技术基础学习指导[M].辽宁：
辽宁科技出版社，1985
6阎石.数字电子电路[M].北京：
中央电大出版社，1993
6附录
6.1原件清单
元件
规格
数量
与非门
74LS00
2
电位器
50k
定时器
555
电容
0.01uF
计数器
74LS161
10uF
电阻
470Ω
14
集成块座
14脚
4.7k
4
16脚
47k
8脚
CC4511
开关
机械式
6.2电路原理总图
升级会员 