电子秒表实验报告.docx
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电子秒表实验报告
电子技术设计性
实训报告
学号：
211002146
姓名：
邱富烨
同组人：
夏文彬
班级：
03班
指导老师：
林雪健
日期：
2012.09.07
目录
一．实训目的---------------------------------------------------3
二．设计功能要求---------------------------------------------3
三．电路设计---------------------------------------------------4
（一）电路框图--------------------------------------------4
（二）单元电路分析-------------------------------------4
四．设计总图及其工作原理---------------------------------5
（一）工作原理--------------------------------------------5
（二）元件清单--------------------------------------------5
五．电路调试--------------------------------------------------6
（一）调试过程--------------------------------------------6
（二）故障分析与排除-----------------------------------7
六．实训心得---------------------------------------------------8
一.实验目的
1.对芯片74LS160芯片以及555的功能的更形象的认知。
2.增强使用ＥＷＢ软件的能力。
3.进一步提高独立分析问题和解决问题的能力。
4.掌握数字系统的分析和设计方法。
5.对数字集成电路的综合应用有进一步的认识和理解。
二.设计题目：
制作一个简易的电子秒表
功能要求:
1具有两位数码显示。
分别显示1/10秒和秒计数。
2有两个按键分别控制启动（开始计时）/停止和清零。
功能表如下：
KEY1
KEY2
功能
0
0
清零并停止计时
1
0
准备开始计时
1
1
启动计时
1
0
停止计时
概述：
要完成题目要求的电子秒表功能，系统应具有如下几部分电路：
1.定时电路；题目要求最小计时单位为1/10秒，即100ms。
这部分电路必须能准确的产生周期为100ms（频率为10Hz）的时钟信号。
2.计时电路：
题目要求系统具有两位显示器，分别显示秒和1/10秒信号。
所以本系统应具有两个十进制计数器，分别对定时信号进行计数，以产生1/10秒和秒计数。
系统计数范围从0.0～9.9秒。
3.显示译码驱动电路：
将计数器的计数结果（BCD码）通过译码器译成七段显示码并驱动LED数码管显示出来。
4.控制电路：
根据题目要求，本电子秒表应具有两个按键。
其中一个控制秒表的启/停，本按键应有自锁功能，按一次启动计时，再按一次停止计时。
另一个按键控制清“0”，本按键不需自锁，按下时系统清“0”；放开时系统回复正常计时功能。
系统电路结构框图如图1所示。
清“0”启动/停止
图1系统结构框图
四、电路设计方案：
1、定时电路：
系统的定时电路要求产生周期为100ms的时钟信号。
由于在此实验前我们学过555定时器，故可用时钟信号发生器来实现。
定时器是电子秒表的核心，其作用是产生一个标准频率10赫兹的脉冲信号。
振荡频率的精度和稳定度决定了秒表的质量（如图2），图3为脉冲信号宽度。
100ms时钟信号输出
100ms时钟信号发生器
图2时钟信号发生器
2、计时电路：
本电路需要两位十进制加法计数器，对定时电路的时钟信号进行计数。
可用两片74LS160实现。
74LS160是同步十进制加法计数器，其功能表如下：
CP
RD
LD
EP
ET
工作方式
X
0
X
X
X
置零
上升沿
1
0
X
X
预置数
X
1
1
0
1
保持
X
1
1
X
0
保持
上升沿
1
1
1
1
计数
应用两片74LS160组合级联可构成10进制计数器。
其级联方式可分为串行进位方式和并行进位方式两种。
串行进位方式接法如图3所示。
图3串行进位方式连接图
在串行进位方式中，将高位的74LS160的CP与低位的进位端C相接，当低位计数器计满产生进位时就会给高位计数器一个脉冲，使高位计数器加1。
图4、并行进位方式连接图
并行进位方式接法如图4所示。
它是将高低位计数器的CP接在一起并将低位计数器的进位C与高位计数器的EP接起来。
当低位计数器尚未计满时，其进位端C输出低电平使高位计数器处于保持状态（不计数）；当低位计数器计满产生进位时，C输出高电平使高位计数器处于计数状态，定时脉冲一到高位计数器加1。
同时低位计数器回零，C输出低电平，高位计数器又处于保持状态直到第二个进位脉冲的到来。
3、显示译码电路
显示译码电路根据显示器件的不同可有不同的器件选择，如74LS47（适合于驱动共阳接法的LED数码管）和74LS48（适合于驱动共阴接法的LED数码管），本实验提供的器件为共阴LED数码管，所以选用74LS48。
其电路为如下图5：
图5、74LS48与共阴LED数码管组成的译码显示电路
4、控制电路
系统要求具有清“０”和启／停按键。
对于清零功能，根据计数器74LS160的功能表，我们知道，74LS160提供了清零引脚，只要将该引脚置低电平，计数器既实现清零功能。
具体接法如图6。
图6、实现清零功能电路
对于启／停控制，我们从74LS160的功能表可知，当ET端为低电平，计数器将处于保持状态（停止记数）。
当ET端为高电平且其他控制引脚均满足计数条件时，计数器才开始计数。
我们可采用图7的电路来实现启／停控制。
当开关按下时，ET=“0”；放起时，ET=“1”。
五、应用EWB电子仿真软件进行设计仿真
1、定时电路的仿真调试
在计算机上运行ＥＷＢ并调出时钟发生信号仿真运行达到预定目标，电路产生周期为100ms的时钟信号。
2、计时及控制电路。
按并行进位方式接法，电路工作正常。
按串行方式接法，结果出现了当低位计数到“９”时，高位立即显示“１”的情况。
经分析，原来74LS160的进位Ｃ属于超前进位。
当低位计数到“９”时，进位端即产生一从“０”到“１”的跳变。
而74LS160的CP输入端是上升沿有效的，此时高位的计数器即从“0000”变为“0001”了，所以出现了“19”的显示结果。
要解决这一问题，只需将进位信号作为控制ENT端的一个信号，因为ENT为高电平有效，所以进位“0”到“1”的跳变不用担心超前进位而产生“19”的情况。
图8并行进位示意图
3、显示译码电路
按设计方案接线，电路逻辑正常。
由上设计方案，该实现电子秒表功能的电路如下图9：
图9、实现电子秒表功能的电路
4、测试结果：
本电路通过两个开关R、Space来实现电路的控制启动（开始计时）/停止和清零，其测试结果为：
开关R
开关Space
功能
0
0
清零并停止计时
1
0
准备开始计时
1
1
启动计时
1
0
停止计时
第一个数码管显示的是1/10秒，第二个数码管显示的是1秒，测试结果为：
两个数码管显示的数字为00－99，即系统计数范围从0.0～9.9秒。
由此可知，该电路测试结果正确。
实物图：
六、总结
通过了这次的计数器电路的设计以及硬件电路的实现，我更好地掌握了各方面的知识。
首先是74LS160的功能，懂得实际应用上，应用串行和并行方式进行连接电路实现计数器的级联电路，进一步可以利用多片芯片设计各进制的计数电路。
通过设计重启和停止，启动计数键，我更好的理解了74LS160各引脚的功能和用法。
在利用555产生时钟信号时，我也学会了用这个芯片输出不同的频率的信号。
利用软件进行仿真时，我对EWB软件的功能有了进一步的认识并且会用其他一些复杂一些的功能。
学这门课就应该实践和理论结合在一起，像这次做计数器就是一个很好的途径。
因为这样可以加深对理论知识的理解，还可以增强个人的动手能力以及设计、开放的能力。
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