数字秒表电路报告

1、课程名称：数字电子技术课程设计题 目：电子秒表电路学生姓名：专 业：班 级：学 号：指导教师：日 期：年 月日电子秒表电路一、设计任务与要求要求设计一个数字秒表，用于短时间测量，适用于田径比赛等竞技场合计时 使用。(1) 计时范围：010分钟(2) 显示分辨率为ls/10o(3) 用一只按钮开关控制三种工作状态，即：清零f 计时r停止二、方案设计与论证实验要求设计一个用于短时间测量的电子秒表，根据学过的相关知识可以知 道和题目的要求，电路应该分为分为3个部分，分别是计数脉冲产生电路、计数 电路、和状态控制电路。电路的框图描述如下图：山上面的电路模块图，我们讨论得到下面两个方案方案一、用一个55

2、5定时器做出多谐振荡电路为计数电路提供计数脉冲，通过调 节外围电阻Rl、R2和电容C的值使振荡电路产生10Hz的计数脉冲（即周期为 0.1秒的信号）。用74LS160计数器做成3级计数电路，分别是十进制的0.1秒计 数电路、60进制的秒计数电路和十进制的分计数电路。用74LS160做成3进制 计数电路并配合74139二线四线译码器做成状态控制电路，使汁数电路在清零、 计数、停止3个状态之间转换。方案二、用石英晶体构成石英晶振脉冲发生器。计数电路是74LS160审接构成的600 进制计数器最多可以计数到600秒（10分钟）这样控制起来比较方便、控制电 路同方案一。最终方案：方案一。由于对方案二的

3、石英晶振电路原来不是很熟悉，并且方案二的计 数显示不符合人的一般思维方式，因此选用方案一作为最终方案。三、单元电路设计与参数计算根据上面的讨论，方案包含3大单元：计数电路、状态控制电路、讣数脉冲 产生电路。下面分别对个单元进行设计和参数的计算。（1）计数脉冲产生电路由于555定时器在数字电子和模拟电子中都要重要的应用，并且使用起来比 较简单，只需接少量的电阻电容等外用元件，就可以构成施密特触发电路、单稳 态电路和多谐振荡电路，所以本方案最终选用了 555定时器来做计数脉冲产生电 路。555定时器的功能表:THTROUTDISXX00导通-V3 cc 1 y3 cc10导通-V3 cc1保持保持

4、X-V3 cc11截止通过对上面功能表的分析，可以用以下的典型多谐振荡电路。12V:Vs：1炬方波脉神发生器28.862 :R1VCRSTOUTDISTHSTRIGON100Q : Rl =z1：0nFC565. Timfer *VIRTUAL电容C充电时间tl=(Rl+R2)Cln(Vcc-Vt-)/ (Vcc-Vt+)=(Rl+R2)Cln2 放电时间t2t2=R2Clii(0-Vt+)/(0-Vt-)=R2Clii2电路的振荡周期T=tl+t2= (R1+2R2) Cln2山于设计要求秒表的分辨率为0.1秒，所以这里要设置振荡周期T=0.1S由V3式并假定C=3uF,则：Rl+2R2=T

5、/Clii2=0.1/(3 X10*6 X 1112)48090 Q最终取 Rl=8090 Q ,R2=20K Q , C=3uF74LS160和139二线四线译码器构成的状态控制电路74LS160功能表CLKRdLDEPET工作模式X0XXX置0t10XX预置数X1101保持X11X0保持(c=0)t1111计数74HC139的真值表输入输出GAiAoYiYo1XX11110001110001110101010110110111山上面的功能表为依据可以设计下面的控制电路：由于电子秒表有清零、计数、停止三个状态。本方案利用74LS160构成一 个三进制计算电路，由于74160釆用异步置零方式，

6、所以用计数器的第四个状态, 即00口通过一个与非门译出一个地电位作为控制器的清零信号，使控制器循环 于0000、0001和0010之间，对应于秒表的3个控制状态。而控制计数电路的讣 数脉冲是通过一个常开开关接VCC构成，每按一下开关，计数器便接收到一个 下降沿，从而跳到另一个状态。vccMET。 弟活呂U6A ：74LS00NVCC5VR3 700QU11vccENPENTQAQBQCQDRCO-LOAD CLK- 一 GND 74LS160DU12A 74HC139DW 2V(3)74160构成的汁数电路由于74LS160是十进制计数器，采用异步置零方式。按设讣要求，0.1秒计- 数和分钟计

7、数部分都是十进制，所以0.1秒计数部分和分钟计数部分只需用控制 电路的清零信号来清零即可，每当0.1秒计时电路和分钟计数电路到达10,或者 接收到控制电路的清零信号就清零。而秒计数部分需要本身的60进制清零信号和控制电路的清零信号来置零， 所以U3和U4用或非门来接收这两个清零信号，只要秒计数到达60或者控制电 路发送了清零信号，秒计时电路都会清零。秒计数电路的60进制清零信号是当 十位为6时发出的。同时对于所有的74LS160计数器的ET端(图中为ENT端)，由控制电路的 74139译码器输出来控制，ET为0时保持，ET为1时计数，计数电路在计数状 态和保持状态之间变换。讣数电路74LS16

8、0DvccU35V41 rumMLS160D-xxArKJ?U4i5Vg UPun-*10i-CXJ,:：U14B：:-Clz74rwtr SMP r口74LS160D74LS160Din 行n _?4I 504HVDD555VIRTUAL Timer下面是各部分的大图0.1秒计数电路分汁数电路U9DCDHEXU1074LS160D秒计数电路四、总电路工作原理及元器件清单IMLl. -IX 101.电子秒表总体电路| U2A-7 11I I VW38盂UVDDvex*0Z4LS160D5V士亠亠KSI12ccrmi0-T2V555VIRTUAl timer 2、电路完整工作过程描述（总体工作原

9、理）整个电路通电后，由于控制电路的计数器初始状态是从0000然后是0001 再到0010,经过二线四线译码器，译码后译码器的输出端Y3Y2Y1Y0对应的状 态分别是HHHL、HHLH、HLHH但代表高电位，L代表地电位）。因为所有 的计数器ET端都接到了 74HC139的Y】端，丫3接到0.1秒计数电路和分钟计 数电路的清零端，同时丫3也通过反相器接到秒钟讣数电路清零端的或非门。电路通电后控制电路的计数器还没开始工作，输出状态为0000,译码器 Yo低电位，Y3.Y2、Yi都是高电位，所有计数电路的所有计数器ET端都为1, 同时计数电路的所有计数器清零端都是高电位，秒表电路进入计时状态。0.1

10、 秒讣数电路逢10向秒钟汁数电路进1,而秒钟汁数电路逢60向分钟计数电路 进。当按一下开关J1时，控制电路接收到一个下降沿脉冲，控制电路输出状 态变为0001,译码器的输出端Y3Y2Y1Y0电位为HHLH,计数电路所有计数器 的ET端都为0,同时所有计数器清零端为1,计数电路处于保持状态。再按一下J1开关，控制电路接收到一个下降沿脉冲，控制电路输出状态 变为0010,译码器的输出端丫3丫2丫丫。电位为HLHH,计数电路所有il数器清零 端都为0,完成清零动作。再按开关，则控制电路在0000、0001和0010之间循环，计数电路则在清 零、计数和保持之间循环。2.元件清单元件名称型号主要参数数量

11、备注十进制计数器74LS160异步清零5二线四线译码器74CH1391555定时器1或非门74LS021非门74LS041与门74LS081与非门74LS001电阻3电容2五、仿真调试与分析整个实验设计和仿真都是用Multismll.O来做的。对一个比较大的电路经 行设计和调试电路都是要分模块经行。首先，把讣数电路调试好，0.1秒计数电 路、秒计数电路和分钟计数电路分别是10进制、60进制和10进制计数电路。开始调试的时候发现秒计数电路到了 49就清零了，后来发现开始设计的时候是 用了十位的5来译出清零信号，所以当十位进到5,即到49时就会清零，最后 改为了用十位的6来译出清零信号。比较难的一

12、部分是秒计数部分。因为秒讣数 部分山两个74LS160构成，置零要考虑本身的60进制置零和控制电路的清零信 号通过多次的仿真和认真的考虑，最终确定了在秒计数电路的清零端接一个二输 入或非门，输入端分别连到控制电路送来的清零信号和本身通过与门译出60进 制清零端。还要注意74160是异步置零方式，60进制清零时应该用十位的6,即 6对应的二进制0110通过与门译出高电位作为置零信号，而不是用59来译码。控制电路部分的调试。首先要做一个3进制的汁数器分别控制电子秒表的3 个状态。开始的时候本来想直接用逻辑门对这3个状态译出相应的控制信号控制 讣数电路，后来想到用译码器更简单，所以就改用译码器了。因为控制电路讣数 器只有3个状态，就只需将它的低二位送到译码器的A、B输入段就可以。再用 译码器的输出端丫2、Y】、Y。分别控制讣数电路即可。脉冲产生电路调试。开始的时候按照数字电子技术基本教程的例题讣算 岀产生10HZ脉冲的电路，但是用multisimll.O把电路画出来之后发现不能驱 动讣数电路，也就是计数电路不能讣数。后来在网上查阅先关资料，才知道是 multisiml 1.0的限制，不能用555定时器产生低频方波脉冲。所以实验仿真时用 的参数的lKz的参数，报告中给出了 10Hz脉冲产生的计算公式和Rl、R2和C 的参数出理论值。六、结论与心得对于复杂的电路设计，要先将电