数字式秒表课程设计报告.docx
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数字式秒表课程设计报告
2012~2013学年第2学期
《数字电子技术》
课程设计报告
题目：
数字式秒表
专业：
通信工程
班级：
11级通信二班
姓名：
涛、、文凯、芳琪
王然、程洋洋、王国文、灿
指导教师：
王银花
电气工程学院
2013年6月04日
1、任务书
课题名称
数字式秒表
指导教师（职称）
执行时间
2012~2013学年第2学期第15周
学生
学号
承担任务
涛
1109131107
电路图汇总
文凯
1109131110
原理汇总
方琪
1109131080
四片计数器级联电路设计
扬
1109131082
多谐振荡器工作与原理
王然
1109131097
驱动数码管显示电路设计
程洋洋
1109131073
复位电路设计与原理
王国文
1109131095
所用芯片功能与原理
灿
1109131101
控制电路设计与原理
设计目的
1．熟悉集成电路的引脚安排和各芯片的逻辑功能与使用方法。
2.了解数字式秒表的组成与工作原理。
3.熟悉数字式秒表的设计。
设计要求
1、设计并制作符合要求的电子秒表。
2、秒表由4位七段LED显示器显示，显示分辨率为0.01秒。
3、计时最大值为59点99秒。
4、安装自己设计的电路。
5、运用仿真软件绘制设计电路图（Multisim）。
摘要
关键词译码显示电路；R-S触发器；555定时器分频器
在科技高度发展的今天，数字秒表在日常生活中是比较常见的电子产品，以其走时精确，使用方便，功用多而受广大用户所喜。
本设计所实现的数字式秒表是电子设计技术中最基本的设计实验之一。
该数字计数系统的逻辑结构较简单，是由控制电路，复位电路，0.01秒脉冲发生器，译码显示电路构成的。
其中控制电路是由基本R-S触发器以与电阻，开关组成的电路部分；复位电路是由机械开关，电阻，以与电源组成的电路部分；多谐振荡器是由555定时器以与其外围电路组成的电路分，它和分频器一起用来产生0.01秒的脉冲；译码显示电路由7448集成元件构成的电路部分；七段数码管电路由共阴极七段LED显示器，电阻和接地端组成的电路部分。
通过对各部分结构的了解，本实验从而设计出最大是为59.99秒的数字式秒表。
通过对实验了解到计数秒表的设计存在一些问题，但是这也充分说明了数字秒表还存在很大的提升空间，对计数精度可以进一步提高。
在设计实验中为了保证实验过程少走弯路，学会仿真是必要的，对本实验我们采用multism软件仿真，以便提高实验的正确性与可行性。
在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端，我受益匪浅。
同时，让我明白：
电子设计容不得纸上谈兵，只有自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获。
第一章方案讨论
1．1技术要求
1.秒表最大计时值为59.99秒；
2.7位数码管显示，分辨率为0.01秒；
3.具有清零，启动计时，暂停与继续计数等控制功能；
4.控制操作间不超过二个。
1.2方案论证与选择
1.数字式秒表，就需要显示数字。
根据设计要求，要用数码管来做显示器。
题目要求最大记数值为59.99秒，则需要一个8段数码管作为秒位（有小数点）和五个7段数码管作为分秒位。
要求计数分辨率为0.01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：
一种是用晶体振荡器，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。
秒表核心部分——计数器，此次选择74LS160计数器。
它具有同步置数和异步清零功能。
主要是利用它可以十分频的功能。
计数脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生100赫兹脉冲。
频率较高时可采用分频电路。
在选择译码器的时候，有多种选择，如74LS47，74LS48等4-7线译码器。
如果选择7447，则用来驱动共阳极数码管；如果选择7448，则用来驱动共阴极数码管。
在选择数码显示管时，可以利用四个数码管；也可以借鉴简易数字频率计中的四位数码管来显示后四位，再用两个数码管显示分钟的两位。
本次设计中选择前一种方法。
第二章电路设计
2.1控制电路
图1-1控制电路
控制电路是由一个基本R-S触发器，机械开关，电阻以与5伏电源组成。
主要实现秒表的停止和开始计数功能。
开始，停止功能可以只用一个机械开关实现，之所以用此电路代替机械开关，是因为利用此电路的锁存功能，防止开关K在打开和闭合时一些假信号串入逻辑电路，影响秒表正确计数显示。
2.20.01秒脉冲发生电路
555定时器
集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。
一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全一样。
器件电源电压推荐为4．5～12V，最大输出电流200mA以，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。
其555定时器的部电路框图与逻辑符号和管脚排列分别如图所示。
引脚功能：
Vi1（TH）：
高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。
Vi2（）：
低电平触发端，简称低触发端，标志为。
VCO：
控制电压端。
VO：
输出端。
Dis：
放电端。
：
复位端。
两定时器含一个由三个阻值一样的电阻R组成的分压网络，产生VCC和VCC两个基准电个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。
是复位端，低电平有效。
复位后,基本RS触发器的端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。
分析图1的电路：
在555定时器的VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压VCC，比较器C2反相输入端接参考电压VCC，为了学习方便，我们规定：
当TH端的电压>VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压当端的电压>VCC时，写为VTR=1，当端的电压1低触发：
当输入电压Vi2这时称555定时器“低触发”；
2保持：
若Vi2>VCC且Vi13高触发：
若Vi1>VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因=0，使＝1，经输出反相缓冲器后，VO＝0；T导通。
这时称555定时器“高触发”。
555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即VTH、VTR的“0”、“1”）必须牢牢掌握。
VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。
正常工作时，要在VCO和地之间接0．01μF（电容量标记为103）电容。
放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。
本设计中所用的电路为NE555。
图1-6555定时器控制功能表
输入
输出
TH
VO
Dis
×
>VCC
×
>VCC
×
L
H
H
H
L
H
不变
L
导通
截止
不变
导通
图1-7555组成的占空比可调的多谐振荡器
图1-8工作波形图1-90.01秒脉冲发生电路
图1-10仿真电路图
555组成的多谐振荡器可以用作各种时钟脉冲发生器，图（a）为脉冲频率可调的矩形脉冲发生器，调节Rp可得到任意频率的脉冲信号，由于电容C充放电回路的时间常数不等，所以（a）输出波形为矩形脉冲，矩形脉冲的占空比随频率变化而变化。
该电路是由555定时器以与外围的电阻，电容组成的。
其中从555定时器构成的多谐振荡器OUT引脚出来的频率是1000HZ，经过72LS160十分频后得100HZ。
555定时器的参数：
T=0.01s，f=100Hz =1/0.695（R1+2R2）C
在图中R3+Rp=R1，R5=R2
经过计算并实际调整，方案为R2=2千欧，R1=5.1千欧，R3=10千欧，c=100微法。
在实践中，如果用示波器观察到频率不正确，可调整Rp来改变频率，减小误差。
2.3复位电路
图1-11复位电路
该复位电路由机械开关，电阻，以与电源组成。
输出线1接在74160的复位端。
当需要复位时，合上开关至0端，从输出线1即可输出复位信号（即清零信号），
复位电路的基本功能是：
提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。
为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防开关分-合过程中引起的抖动而影响复位。
另外复位电路主要完成清零功能.
2.4译码显示电路
图1-12显示电路
图中从下往上依次是6个计数器74LS1600，4线-7线译码器/驱动器74LS47，共阴数码管。
第三章实验芯片
3.1计数器
74LS160的管脚图与功能表如下:
图1-13为74LS160管脚图与功能表
74LS160为异步清零计数器，即端输入低电平，不受CP控制，输出端立即全部为“0”，功能表第一行。
74LS160具有同步预置功能，在端无效时，端输入低电平，在时钟共同作用下，CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能（第二行）。
和都无效，ET或EP任意一个为低电平，计数器处于保持功能，即输出状态不变。
只有四个控制输入都为高电平，计数器（161）实现模10加法计数，Q3Q2Q1Q0=1001时，RCO=1。
8421码加权计数器：
，QD、QC、QB、QA输出见计数器工作波形图：
图1-14计数器工作波形图
图1-1574160的级联图
3.2译码器电路
译码器电路是将数码转换为一定的控制信号。
在此由7448集成元件构成，它能将一个二进制数码转换为输出端的电平信号以控制显示器。
图1-167448的管脚图
LT’,RBI’接逻辑开关，D,C,B,A接8421码拨开开关，a，b，c，d，e，f，g七段分别接显示器对应的各段。
地线，电源线接好后，若线路无误后，接通电源就开始实验论证：
（1）LT’=0,其余状态为任意态，这时LET数码管全亮。
（2）再用一根导先把0电平接到BI’/RBO’端，这时数码管全灭，不显示，这说明译码器显示是好的。
（3）断开BI’/RBO’与0电平相连的导线，使BI’/RBO’悬空。
且使LT’=1，这时按动8421码拨码开关，输入D,C,B,A四位8421码二进制数，显示器就显示相应的十进制数。
（4）在（3）步骤后，仍使LT’=1,BI’/RBO’接LED发光二极管，此时若RBI’=1按动拨码开关，显示器正常显示工作。
若RBI’=0,按动拨码开关8421码输出为0000时，显示器全灭，这时BI’/RBO’端输出为低电平即LED发光二极管全灭这就是“灭零”功能。
3.3七段数码管（LED）
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。
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