数字电子技术课程设计秒表.docx
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数字电子技术课程设计秒表
1设计任务描述
1.1设计题目：
秒表
1.2设计要求
1.2.1设计目的
（1）掌握秒表的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2基本要求
（1）能进行分、秒、0.01秒计时，有独立的时间显示电路；
（2）显示完毕后清零并发出响声。
1.2.3发挥部分
（1）预置定时报警，在秒表满度的时候报警。
（2）秒表可以实现清零，并在清零的时候报警。
（3）秒表显示器可以进行检测,并且显示时还可以继续正常进行计时。
（此功能可以进行照明。
）
（4）可以实现两组时间记录并显示。
（5）可以进行9秒倒计时，并且倒计时到0时可以进行报警。
（6）可以记录总共进行了几次时间记录并清零。
2设计思路
我的两组秒表和其他秒表有很大的不同之处，它不仅能够对毫秒和秒进行计时并且有统一的时间显示电路，能对数据进行记忆存储,然后在记忆存储的基础上，能够实现在需要的情况下，显示已经记录的时间。
并且能够进行各位倒计时并报警。
基于以上几点，设计思路如下：
1.设计脉冲源。
秒表的最基本功能是计时，要计时准确就要有精确的脉冲源，采用555多谐振荡电路产生脉冲，作为计数基准而且可以通过调整参数，计算得到自己想要的频率。
我设计的秒表最低位为0.01秒，所以输出频率为100HZ，我的555振荡器输出为10kHZ，经过用两个十进制计数器进行100分频后输出100HZ。
2.开关设计。
为了确保准确计时，启动前必须有清零开关。
多数计时器的清零都是高电平有效，如果是低电平有效，直接取反就可以了。
如果不能快速启动，对计时的准确性将造成很大的影响，这里采用开关控制计数器清零端是否接高电平来控制是否清零。
3.分频器设计。
利用计数器实现十进制和六进制，在计数器的输出端接上锁存器就可以对时间进行记录。
4.设计锁存器。
首先把锁存器分组，我把每一个锁存器一端连接两个计数器，另一端接两个译码器，一共两组锁存器，一次记录结果存入一个锁存器，这样我的数据存入不同组的锁存器。
5.报警电路的设计。
我实现的是倒计时报警、满度报警、清零报警，可以分别把三个分电路的脉冲通过一个或门传输给555单稳态触发器，产生一个高电平，再连接一个555
振荡器，就可以驱动喇叭，使它发声。
6.倒计时电路设计。
我利用74LS190计时器的技术递减功能实现，通过溢出端和开关控制显示器是否倒计时到0结束还是连续倒计时。
7.记录计时次数电路设计。
通过计数器译码器显示器记录秒表清零端开关开通管段次数来记录，开关每开通关断一次就给记录电路输入一个高电平来计数，再通过控制记录电路的计数器的清零端来清零。
3设计方框图
4各部分电路设计及参数计算
4.1555多谐振荡电路
（1）振荡器是整个电路的输入源，只有振荡器不停的工作才能保证电路有不断的脉冲信号，才能使电路正常工作。
用555定时器来构成多谐震荡输出脉冲信号。
555多谐振荡器是一种时钟源，它没有稳定状态，同时不需要外加触发器。
多谐振荡器输出的波形稳定，振荡器开始工作，输出一个固定稳定的脉冲信号，经过计算我选用的是51K和43K电阻，电容为1nf，输出频率为10000HZ。
由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。
其电路图如图4.1.1所示。
波形图如图4.1.2所示。
图4.1.1555多谐振荡器电路图
图4.1.2555多谐振荡器输出波形
（2）工作原理
接通电源后，电容被C充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJT导通，此时Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。
当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。
电容器放电需要一定的时间，放电时间为,如（4.1.2）所示
tPL=R2Cln2≈0.7R2C（4.1.3）
当电容放电结束时，T截止，Vcc将通过R1，R2向电容器C充电，Vc由1/3Vcc上
升到2/3Vcc，所需的时间为，如（4.1.3）所示
tHP=（R1+R2）Cln2≈0.7（R1+R2）C（4.1.4）
当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为，如（4.1.4）所示
f=1/（tPL+tPH）≈1.43/（R1+2R2）C（4.1.4）
555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的变化的影响很小。
4.2100分频电路
通过用两个十分频计数器串联来实现100分频。
电路图如图4.2.1所示。
波形图如图4.2.2所示。
图4.2.1555振荡电路100分频电路
图4.1.2555多谐振荡器输出波形及100分频后波形
4.3计数寄存译码显示电路
计数寄存译码显示电路图如图4.3.1所示。
图4.3.1计数寄存译码显示电路图
4.3.1译码显示电路
对于译码显示电路,我使用的是74LS48N集成四一七线译码器，7448是BCD码到七段码的显示译码器，它可以直接驱动共阴极数码管。
在电路的整体设计中需要计时能从0到59分59秒99毫秒这度因此需要六个译码电路，即需要六块74LS48N来完成译码功能。
我使用的显示器是共阴极七端数码显示管，它的a.b.c.d.e.f七个拐脚分别接接到7448译码器的七个输出端子。
电路图如图4.3.2所示。
图4.3.2译码显示电路
4.3.2计数电路
0.01秒，秒，分不分电路均是利用计数器来实现，如图4.3.3为实现六进制部分电路图。
图4.3.3六进制电路图
如图所示，其中个位为十进制计数器，当计数到9之后通过溢出端给下一个六进制计数器计数实现10进制计数，再通过与门在6时输出信号使下一级计数从而实现六进制。
同样，用两个74160进制递增计数器完成100进制毫秒计数，在达到99毫秒时，CO端输出高电平，在同步级联方式下，容许高位计数器计数。
选择信号源库中的100HZ方波信号作为计数器的测试时钟源。
十进制波形如图4.3.4所示。
图4.3.4十进制计数器波形图
4.3.374LS373DW锁存器
设计由共6个74LS373锁存器构成的三组存储单元。
以下图为为2个并联的74LS373DW锁存器，当输入信号从Q端进来时，三个开关分别控制各组寄存器工作与否。
再从D端输出信号给译码电路。
并分别在2个控制开关的开断下控制使能端AE存储数据，以及显示存储数据。
如图4.3.5所示为锁存器电路。
图4.3.5锁存器电路
4.4倒计时电路
倒计时电路是利用74LS48N计数器的递减功能来实现的，利用当倒计时到0时溢出端溢出的信号通过肺门、与门和开关来控制是否倒计时到0停止或继续从用9倒计时，当计数器减到0时溢出端溢出信号，将信号通过或门接到报警器使能端使报警器报警。
如图4.4.1为倒计时部分电路图。
图4.4.2为倒计时时的波形。
图4.4.1倒计时部分电路图
图4.4.2倒计时波形
4.5记录计时次数电路
本电路与秒表部分电路基本相同，只是将输入端接到控制秒表清零的开关上，当开关接到低电平上时秒表清零，当开关回到低电平上时清零端不使能而一个开关过程中的高电平会进入记录电路使之计数一次，从而实现记录计时次数。
如图4.5.1所示为记录计数次数电路图。
图4.5.1记录计数次数电路图
4.6报警电路图
如下图4.6.1所示为报警电路.图4.6.2为报警时报警电路输入端与输出端波形。
图4.6.1报警电路
图4.6.2报警电路输入输出波形
4.6.1电路分析
555
（1）构成单稳态触发器，由3端产生一正向周期为5s的脉冲给555
（2）。
555
（2）、R、T构成多谐振荡器，其触发信号为555
（1）的输出信号，。
当有输入信号，555
（1）3端产生一正向脉冲,在此正向脉冲宽续期，555
（2）产生1KHz多谐振荡。
（1）这一部分实现的是当到达满度时，可以进行报警，要想实现这一功能就要利用满度脉冲，利用满度时的各个位的满度脉冲这一信号去开启喇叭，这样就实现了报警了，其次还需要一个555单稳态触发器产生一个2秒的高电平，还要有一个驱动器。
这个驱动器是用555组建的音频振荡器
（2）电路原理：
1.单稳态触发器：
设音响的提示时间为2秒，可以采用一个脉冲宽度为2秒的单稳态触发器实现。
利用555实现单稳态，这样可以提供一个长为2秒高电平。
2.音频振荡器即喇叭电路：
利用555计时器实现一个频率约为1000HZ的音频振荡器，因为555振荡器具有较强的输出功率，可以直接驱动喇叭。
4.6.2电路参数计算
设
则：
根据
5工作过程分析
当秒表工作时，运行总电路图，脉冲发生器开始工作，产生的秒信号通过计数器计数出来.其中脉冲信号由555多谐震荡器产生的.因为要求精确到10毫秒，所以要使多谐震荡器发生的信号为100Hz。
当脉冲信号产生后，通过计数器调节进制数，使得秒表精确地按100、60进制输给上级进位信号。
由于我选用的计数器74LS160是十进制的计数器，所以要用两块级联才能实现上述100和60进制。
当脉冲信号进入计数器后，脉冲信号每发生一次，计数器便计数一次，当10毫秒信号变为99时，便给上级计数器，即秒信号的CP使能端加入脉冲信号，使秒信号计数一次，而毫秒计数器清零。
同理，当秒信号到59后，分信号的CP使能端加入脉冲信号，使得分计数器计数一次，与此同时，它的下一级即秒信号的计数器信号清零。
如此循环，直到按下暂停键或计数到该秒表可接受的最大数值——59分59秒99十毫秒。
计数器中的数通过寄存储器直接送达显示器显示。
寄存储器在正常工作时不存储数据，当按下计数开关后，它就会计数一次，并截断其信号输入，是其它信号不再影响该型号，与此同时，按一下输出开关，截断输出，使其不影响，其数据显示，如此可以记入两组数据。
在读数时，想读那组数据就按下那个开关。
相应数据输出，并在显示器经译码电路显示。
倒计时跑时，打开相应开关，倒计时电路开始工作，当到时，给报警电路一个信号，使其报警，以提醒裁判员停止计时，以后的成绩不予记录。
九秒钟报警电路，从秒信号向分进位是引出进位信号，再到报警电路，当有进位是给报警电路信号使其报警。
报警电路，是由555定时器构成单稳态和555定时器的多谐振荡器组成，当给一个信号，它会自动发出报警。
辅助设备主要是由控制部分组成，如上提到的存入开关、读写开关以及清零开关都是控制端的重要组成部分。
还有一个很重要的控制端就是计数器清零控制，就是由开关一端接高电平或接地，另一端接清零端从而实现清零与否，它是一次新的计数的开始，当计数器被清零后，下一次启动就是新一次计数的开始，并且在开始记录计数次数部分电路计数一次。
记录计数次数电路部分是将计数器的输入端接到清零端开关处，当开关每开通管段一次时就可以计数一次。
6元器件清单
名称
型号
数量
单稳态触发器/多谐振荡器
555_TIMER_RATED
3
计数器
74160N
2
计数器
74LS160N
8
计数器
74LS190D
1
译码器
74LS48N
9
锁存器
74LS373DW
6
电阻
RPACK7
9
7段显示器
SEVEN_SEG_COM_K
9
小结
电子课程设计从一开始我就感觉到了难度，所以认真的对待了这次课程设计，一直没有松懈，还好的就是顺利的完成老师交代的任务，但是还是感觉到了一些压力，时间对于我来说，有些紧张，在这一周内完成这一系列的任务，真的感觉到了压力。
秒表这个任务，多少还能从实际的秒表得到一些启发，所以基本思路很快就定下了。
并且在图书馆里我还找到了一些关于秒表，以及时钟的一些介绍，这对于我再画多组记忆秒表这个电路图，还是有很大的帮助。
但是真正到画草图，选择适当的元器件时，还是感到了些许的难度，当我看到无数的器件，想找一个最适当的，很难，但是在向老师的请教，同学的探讨中，确定了一些合适的器件，但是到电路中运用的时候还会发现在这些器件中还会有不会合适的，就比如说我用的锁存器74LS373，开始不知道各个管脚是怎么用的，上网查到的都是英文资料，根本看不明白啊，经过的实验和老师的帮助，最终问题得到解决。
尽管如此，但是我仍觉得在本次设计中还存在着许多不足的地方。
比如，我的线路过于繁琐，应用起来比较麻烦等。
这都是我在以后学习中应该改进的地方。
致谢
在这次课程设计中，在短短的五天内，完成了为这样复杂的任务，要归功于来自各个方面的帮助，我在这里表示由衷的感谢。
感谢我的同学刘世超，在我没有思路的时候是他陪着我去教室专心致志的研究电路，从长计议，从课程设计的要求出发一点一点找出头绪和思路，并且一起创建电路图和想出创新的部分，在创新过程中我们两个充分发挥了想象力，根本停不下来。
感谢曲老师的谆谆教诲和帮助，让我的知识得到完善，使我的方法更加改善，使我的思维更加缜密，使我处理事情的方法更加多样化，您不仅传授了我知识，而且教会了我怎样学习，怎样对待人生，面对困难时怎样处理。
感谢您一直对我的严格要求，使我养成了很多好习惯，您是一位非常优秀的教师。
再次致谢！
参考文献
[1]康华光.电子技术基础数字部分.高等教育出版社,2005年
[2]吕思忠.电子电路实验与课程设计.哈尔滨工程出版社,2001年
[3]江一鸣主编.数字电子技术实验指导.苏州大学出版社，2005年1月
[4]孙余凯，项绮明等.精选实用电子电路260例.北京：
电子工业出版社，2007
[5]绳广基.数字逻辑电路设计与实验.上海：
上海交通大学出版社，1987
[6]罗厚军，魏敏敏.经典集成电路应用手册.福州：
福建科学技术出版社，2005
附录A逻辑电路图
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