数字电子技术课程设计报告电子秒表电路.docx

1、数字电子技术课程设计报告电子秒表电路XXX大学XXX学院数字电子技术课程设计课程名称： 数字电子技术题目名称： 电子秒表电路学生系别： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2011年12月16日1. 引言.11.1设计目的. 11.2设计要求. 12. 电路分析. 22.1设计电路图. 22.2电路分析. 32.2.1时钟脉冲发生器. 32.2.2计数器. 52.2.3译码器. 62.2.4数码管. 73. 设计步骤. 73.1设备与元件. 73.2测试调整. 73.2.1时钟发生器的测试. 73.2.2计数器的测试. 73.2.3电子秒表的整体测试. 83.2.4电子秒表准确度的测

2、试. 84. 参考文献. 85. 设计心得. 8电子秒表电路设计1. 引言电子秒表在生活中的应用,它可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.测定短时间间隔的仪表。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。数字电子秒表是利用数

3、字电子技术把模拟信号转换成数字信号来完成的，具有直观、准确性高的特点。1.1 设计目的1.建立数字电子电路系统的基本概念；2.运用CD4060分频器的应用，计数器的级联及其计数、译码、显示电路的整体配合；3.建立分频的基本概念。 1.2 设计要求设计一个数字电子秒表，该秒表具有显示功能和清零、开始计时、停止计时等功能。设计的要求如下：1.以1秒为最小单位进行显示；2.秒表可显示09秒的量程；3.该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能；4除了以上功能，个人可根据具体情况进行电路功能扩展。1.3 设计内容1.搭接电子秒表的整体设计电路；2.校准0.1秒信号源；3.测试电子秒表清零、开始计时、停止计

4、时功能。2. 电路分析图 2.1.1 电子秒表电路图2.2 电路分析图 2.2.1 原理方框图图2.1.1是电子秒表完全的电路图，按功能可以分成四个单元电路进行分析，由时钟脉冲发生器、计算器、译码器和数码管组成。其原理方框图如图2.2.1所示。图2.2.2 555 逻辑电路图和引脚图2.2.1 时钟脉冲发生器555 定时器是模拟 数字混合式集成电路，利用它可以方便地构成脉冲产生、整形电路和定时、延时电路。用555定时器构成的自激式多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。调节电位器 Rp ，使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号。图 2.2.3 多谐振荡器电路（一）555 定时器的电路结构及其功

5、能图2.2.2为 555 定时器的内部逻辑电路和外引脚图，从结构上看， 555 电路由 2 个比较器、 1 个基本 RS 触发器、 1 个反相缓冲器、 1 个集电极开路的放电晶体管和 3 个 5k 电阻组成分压器组成。（二）555定时器的逻辑功能THOUTDIS00导通10导通1保持保持11截止多谐振荡器如图2.2.3所示。当电路刚接通电源时，由于C (C1/C2)来不及充电，555电路的2脚处于零电平，导致其输出3脚为高电平。当电源通过R1、Rp向C充电到VcVcc时，输出端3脚由高电路平变为低电平，电容C经R1和内部电路的放电开关管放电。当放电到VcVcc时，输出端又由低电平转变为高电平。

6、此时电容再次充电，这种过程可周而复始地进行下去，形成自激振荡。图2.2.4是输出端及电容器C上电压的波形。 图 2.2.4 波形图 图 2.2.5多谐振荡器电路振荡频率的估算：（为了电路更直观，见图2.2.5）（1）电容充电时间T1。电容充电时，时间常数1=（R1+R2）C，起始值vC（0+）=，终了值vC（）=VCC，转换值vC（T1）=，带入RC过渡过程计算公式进行计算：（2.2.1） （2.2.4）（2）电容放电时间T2电容放电时，时间常数2=R2C，起始值vC（0+）=，终了值vC（）=0，转换值vC（T2）=，带入RC过渡过程计算公式进行计算：（3）电路振荡周期TT=T1+T2=0.

7、7(R1+2R2)C （2.2.2）（4）电路振荡频率f （2.2.3）（5）输出波形占空比q定义：q=T1/T，即脉冲宽度与脉冲周期之比，称为占空比。图 2.2.5 五进制计数器2.2.2 计数器 计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时,分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能. 计数器种类很多.按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分,有同步计数器和异步计数器.根据计数制的不同,分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器.根据计数的增减趋势,又分为加法,减法和可逆计数器.还有可预置数和可编程序功能计数器等等。74LS90是异步二五

8、十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。1分频器电路 通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到 0.1Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。图2.2.1中的U1是一个五进制计数器，对振荡器的输出信号进行分频。对频率为 50HZ 的时钟脉冲进行五分频，在输出端 QD 取得周期为 0.1S的矩形脉冲，作为时间计数单元的时钟输入。单元电路2.2.5所示。 若计数器U1不用，直接用555产生的信号作计数脉冲是可以实现的。根据多谐振荡电路的频率公式（2.2.3），直接产生0.1S（10Hz）的脉冲，可以调节电路的R和C的数值。2. 时间计算计数器

9、U2及计数器U3接成8421码十进制形式，将CP2（即CKB）和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。S2断开秒表应清为00，S2接通(S1闭合)，秒表应开始计数。 输 入 输 出功 能清 0置 9时 钟QD、 QC 、QB 、QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP21100 0000清 00011 1001置 90 00 0 1QA 输 出二进制计数1 QDQCQB输出五进制计数 QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD QAQDQCQB输出8421BCD码十进制计数1 1不 变保 持表2.

10、2.1 74LS902.2.3 译码器译码器是一个多输入，多输出的组合逻辑电路.它的作用是把给定的代码进行翻译，成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换,终端的数字显示,还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。计数器实现了对时间的累计以 8421BCD码形式输出，译码器电路采用74LS47集成块，其功能表如下：74LS47功能表2.2.4 数码管 一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点.小型数码管(0.5寸和0.36寸)每段发光二极管的正向压降,随显示光(通常为红,绿,黄,橙色)的颜色不同略有差别,通常约为22.5V,每个发光二极管的点亮电流在510mA.LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器,该译码器不但要完成译码功能,还要有相当的驱动能力。这个设计的数码管采用共阴型数码管。一个LED数码管可用来显示一位09十进制数