短跑计时器.docx
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短跑计时器
沈阳航空航天大学
课程设计
（说明书）
短跑计时器的设计
班级/学号84070202-044
学生姓名白延卿
指导教师葛雯
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程名称电子技术综合课程设计
院（系）自动化学院专业自动化
班级84070202学号2008040702044姓名白延卿
课程设计题目短跑计时器的设计
课程设计时间:
2010年12月20日至2011年01月02日
课程设计的内容及要求：
一、设计说明
设计一个短跑计时器，其原理框图如图1所示。
图1短跑计时器电路原理框图
二、技术指标
1．短跑计时器数码显示分、秒、毫秒；
2．最大计时限值为1分59秒99，超限值时应可视或可闻报警；
3．设计本电路所用的直流电源。
4．“键控”应为计时开始/继续（A）、计时停止/暂停（B）和复位/清零（C）等三个按键开关；
开关键控流程：
计时开始/继续（A）
计时停止/暂停（B）
计时复位/清零（C）
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处理和分析。
四、参考资料
1．阎石著.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005年
2．童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2006年
3．赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计[M].北京：
清华大学出版社，2006年
4．孙肖子、邓建国主编.电子设计指南[M].北京：
高等教育出版社，2006年
五、按照要求撰写课程设计报告
指导教师年月日
负责教师年月日
学生签字年月日
成绩评定表
评语、建议或需要说明的问题：
指导教师签字：
日期：
成绩
一、概述
在体育场上，除了身姿矫健的运动员，还少不了各种电子计数器的辅助。
特别是短跑项目，这样短跑计时器记录时间的准确与否将直接影响运动员的竞技公平性。
这就需要设计一个计时精准的短跑计时器。
其技术指标如下：
1．短跑计时器数码显示分、秒、毫秒；
2．最大计时限值为1分59秒99，超限值时应可视或可闻报警；
3．设计本电路所用的直流电源；
4．“键控”应为计时开始/继续（A）、计时停止/暂停（B）和复位/清零（C）等三个按键开关。
开关键控流程：
计时开始/继续（A）
计时停止/暂停（B）
计时复位/清零（C）
二、方案设计
首先设计一个毫秒信号发生器，可以利用555定时器做成的多谐振荡器来生成毫秒信号。
对毫秒信号进行百进制进位，秒信号进行60s进位，因此不但要设计出一个百进制的加法计数器对毫秒信号进行记录，还需要一个六十进制的计数器对秒信号进行计数。
方案原理：
时标100Hz信号通过门控电路送入毫秒计数器，当毫秒满99，产生进位，通过进位电路送入秒计数器，当秒满60后，进位至分位计数器；当系统到达1分59秒99时，报警器响起；用三个开关控制电路的各种操作。
方案原理框图如图1所示。
图1短跑计时器电路原理框图
三．电路设计
1、时标产生电路
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器来产生时钟信号，用于计时。
由555定时器组成的多谐振荡器电路如图2所示。
图2时标电路图3脉冲波形
由555定时器和外接元件R1、R2、C1构成多谐振荡器，R1，R2和C1是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C1的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C1充电，以及C1通过R2向放电端DIS放电，使电路产生振荡。
电容C1在1/3VCC和2/3VCC之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。
振荡周期T=T1+T2。
T1=（R1+R2）C1*ln2为电容充电时间，T2=R2C1*ln2为电容放电时间。
矩形波的振荡周期T=T1+T2=ln2（R1+2R2），因此通过改变R1、R2和电容C1的值，来改变矩形波的周期和频率。
在该设计中，我们需要一个周期为0.01s的方波。
由此选择C1=1uf,则可选择R1=R2=4.8K，可得到一个振荡频率近似等于100Hz方波（如图3所示），即可获得毫秒时钟信号。
2.进位电路
这个部分是正常计时时，当计数器计数至1010，通过与非门产生进位信号，给下一级一个CLK信号，并使计时器置数位0，如图4所示。
图4进位电路
3.报警及停止电路
该部分是当计数器计数达到1分59秒99时，电路停止，并产生可见或可听的警告信号。
通过门电路转换，计数信号与时标信号通过与门输出，计数信号为最大时使其为零，此时与门输出为零，计数器不再能接收到时标信号而停止计数。
此时，发光二极管导通发光，达到报警效果。
如图5所示。
图5报警及停止电路
4.门控电路
此处电路是用来实现计时器的开始/继续A、停止/暂停B和复位/清零C等功能，复位/清零C是通过导通计时器的置零端来实现，如图6所示。
图6复位/清零电路
A和B的功能要用一个JK触发器来实现，按下A，开始；按下B，暂停；再次按下A，继续。
通过一个与门电路，与CLK时钟信号相与，达到控制信号通断的目的。
电路设计图如下图7所示。
图7开始/暂停电路
四、性能的测试
当按下A后，电路开始正常计数，如图8所示。
图8电路工作状态
当按下B后，电路计数暂停，如图9所示。
图9电路暂停状态
再次按下A后，计数再次进行，如图10所示。
图10电路工作状态
按下C后，计数器清零，如图11所示。
图11电路复位状态
当计数器计数达到1分59秒99时，系统停止计数，并报警，如图12所示。
图12报警电路
五、结论
经过测试，可以看到电路能够正常工作，该电路完成了课程设计的基本要求。
整体明确。
六．性价比
整个电路用的芯片和电阻电容都是用了一些在平时做实验中用过的，555定时器设计多谐振荡器、与非门、非门、或非门的合理连接，完成了基本电路的连接。
电路所用器件价格都比较便宜，市面上比较容易买的到，性能基本符合技术要求，性价比较高。
七、课设体会及合理化建议
体会：
本次课程设计主要是针对以前学过的模电、数电、高频等知识。
通过这次课程设计使我对以前学过的一些知识又重新的复习了一遍，从新复习了很多相关知识，并且对Multisim软件有了比较深入的学习和了解，掌握了计数器74LS160、555定时器及一些门电路的内部结构及工作原理，对于我们以后的学习和实践有很大的指导意义。
在设计过程中发现，与门电路运行速度较慢，造成了很大程度上的时间浪费。
这次课程设计使我真的了解并学到了许多自己在理论课上学不到的东西，将我在课堂上学到的东西应用到实际当中，感觉自己很有成就感，很高兴。
使我对模电、数电、高频知识有了更加深入地领会和学习。
使自己对相关的知识学习的更加透彻，也从中明白了实践的重要性，明白光学习理论知识是不够的，我们还要与实际联系起来才能对知识有更好的了解。
在实际设计过程中，我还意识到了还有一些地方掌握得不是很好，还需在以后的学习和实验中多加练习。
作为电子信息类专业的大学生，学习并掌握模电、数电、高频的知识是很必要的，对以后的学习和工作也有很大帮助。
合理化建议：
（1）希望学校多增加一些模电、数电、高频的实际应用知识和软件应用方面的书籍，多给与我们学习的机会。
（2）希望实验室能多给我们实际动手的机会，多锻炼自己连接电路的能力，让我们多多提高实际的操作能力。
附录Ⅰ总电路图
附录Ⅱ元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U13U11U6U1
计数器
74LS160
4
2
U4U5U12U42U22U23U17U16U13U46U36U33U27U29U30U9U32U35
反相器
74LS05N
18
3
U37U34U31U28U39
U21U15U8U3
四输入与非门
7440N
9
4
U40U41
二输入与非门
74F00N
2
5
U25U20U14U7U2
数码管
DCD_HEX
5
6
U26U24U18U12U45U43U47
二输入与门
7409N
7
7
U10
555定时器
LM555CM
1
8
U38
JK触发器
74LS112D
1
8
J1
单刀双掷开关
1
10
J2J3
开关
2
11
LED1
发光二极管
1
12
C2
电容
10nf
1
13
C1
电容
1uF
1
14
R1R2
电阻
4.8K
2
15
R3
电阻
1K
1
16
R5R6
电阻
10K
2
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