数字式电子秒表的电子课程设计

1、机械与电子工程学院课程设计报告课 程 名 称 数字电子技术课程设计 设 计 题 目 数字式电子秒表 所学专业名称 电子科学与技术 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 2012年6月 2日机电学院数字电子技术课程设计任 务 书设计名称： 数 字 式 电 子 秒 表 学生姓名： 指导教师： 起止时间：自 2012 年 5 月 12 日起 至 2012 年 6 月 2 日止一、课程设计目的1).熟悉集成电路及有关电子元器件的使用;2).了解计时器主体电路的组成及工作原理;3).学习数字电路中基本555定时器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。二、课程设计任务和基本要求设计任

2、务：1).设计好完整的操作方案。2).对电路的原理进行简要分析。3).在Multisim仿真软件中绘制出完整仿真电路图。并且尽可能地使整个电路简洁、整齐、一目了然。4).对设计的电路进行调试，完成课程设计应达到的目的.基本要求：1).有明确的设计方案使操作简便易行。2).设计一个具有时、分、秒的数字显示计时器。3).具有校时、校分的功能。4).通过开关功能实现清零、暂停等功能的有效转换。5).在仿真软件中进行调试检测完成课程任务。6).按规定格式写出课程设计报告书。机电学院数字电子技术课程设计指导老师评价表院（部）机电学院年级专业学生姓名学生学号题 目数 字 式 电 子 秒 表一、 指导老师评

3、语该同学设计的是数字式电子秒表，用555多谐振荡器产生1HZ的方波信号输出到秒的个位74LS160的CLK，74LS160开始计数，当计数器计到9时再来一个脉冲信号秒的十位进一同时各位清零，当秒的十位计到5时再来一个秒个位的进位脉冲秒的十位进位清零。功能基本满足设计要求，文章结构较合理，书写格式规范。指导老师签名： 年 月 日 二、 成绩评定优秀指导老师签名： 年 月 日 目录摘要与关键字1原理分析 .21.1 时钟发生单元 2 1.2记数单元 .21.3译码显示单元.31.4控制单元.31.4.1启动（继续）/暂停记时关.31.4.2清零开关.31.5.在MULTISIM中进行仿真.32：电

4、路的仿真设计.42.1 仿真电路图.4 2.2在MULTISIM中进行仿真.63.总结.63.1 设计成果.6 3.2思考感悟.6参考文献.7附录. .8数字式电子秒表摘要：电子秒表是现实生活中的很常见的装置，常见的电子秒表种类很多，其主要运用于运动中。数字式电子秒表是常见的电子秒表中的一种，它有显示更直观等好处。本次课程设计采用现代数字电路设计方法应用Multism进行设计并仿真。从总体设计框图开始，将设计任务逐步分解，直到可以用标准的集成电路部件实现，然后将各部件联结成系统，通过Multism进行设计的分析综合和时序仿真验证。本文在原理简要处，还加入了程序设计中用到的几种集成元件的管脚图，

5、以及简单介绍了这些元器件所能实现的功能。先后设计出了计秒、计分和计时电路，并完成了初步的调试与仿真。最后，在分析时序仿真结果的基础上，对设计电路进行进一步的修改和完善，已达到对设计电路正确运行且学会运用Multism电路设计与仿真的目的。操作步骤与解释：（1）启动仿真电路，可观察到数字时钟的秒位开始计时，计数到60后复位为0，并进位到分计时电路。（2）观察到数字时钟的分位开始计时，计数到60后复位为0，并进位到时计时电路（3）开关J1可控制时计时电路的方式选择。（4）控制键可控制秒脉冲直接引入时、分计数器。（5）出现整点，即时计数器发生变化。关键词：计数器; 555定时器;多谢振荡器；课程设计

6、1原理分析电子秒表要求能够对时间进行精确记时并显示出来,因此要有时钟发生器,记数及译码显示,其中：(1)时钟发生器：利用555定时器构成的多谐振荡器做时钟源,产生100HZ的脉冲;(2)记数器：对时钟信号进行记数并进位,分和秒之间60进制,时和分之间60进制;(3)译码器：对脉冲记数进行译码输出到显示单元中； (4)显示器：采用6片LED显示器把各位的数值显示出来，是秒表最终的输出，有时、分和秒位；(5)控制器：控制电路是对秒表的工作状态（记时开始/暂停/继续/复位等）进行控制的单元，可由触发器和开关组成 。 1.1 时钟发生单元时钟发生器可以采用555定时器构成的多谐振荡器，555定时器是一

7、种性能较好的时钟源，切构造简单，采用555定时器构成的多谐振荡器做为电子秒表的输入脉冲源。图1-1 555_VIRTUAL引脚图555定时器是一种功能强,使用灵活,应用广泛的集成电路,通常只要外接少量的外围元件就可以很方便的构成施密特触发器,单稳态触发器和多谐振荡器等多种电路,被广泛应用于电子控制,电子检测,仪器仪表,家用电器等方面.因输出要求为100HZ的，选择占空比为55%，可根据T=（ ）Cln2=0.01可选择的电阻进行连接可在输出端3获得频率为100HZ的矩形波信号，即T=0.01S的时钟源，当基本RS触发器Q1时，门5开启，此时100HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器的计数

8、输入端CP2。1.2记数单元记数器74HC160N等都能实现十进制记数，本设计采用六十进制加法计数器74HC160N构成电子秒表的计数单元，555定时器构成的多谐振荡器作为计数器的时钟输入。计数器及计数器接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.010.09秒；0.10.9秒计时，四个计数器也接成8421码十进制形式，十进制计数器和六进制计数器接成60进制的形式，实现秒对分的进位。图中所示电路中，秒计数器和分计数器各由一个十进制计数器（个位）和一个六进制计数器（十位）串接组成，形成两个六十进制的计数器，其中个位计数器接成十进制形式。十位计数器选择QB

9、和QC做反馈端，经与非门输出至控制清零端CLR；接成六进制形式（计数至0110时清零）个位与十位计数器之间采用同步级联复位方式，将个位进位输出端RCO接至十位计数器的时钟信号输入端CLK，完成个位对十位计数器的进位控制。将十位计数器的反馈清零信号经非门输出，作为六十进制的进位输出脉冲信号，即当计数器计数至60时，反馈清零的低电平信号输入CLR端，同时经非门变成高电平，在同步级方式下，控制高位计数器计数。图1-2 记数器74HC160N引脚功能图1.3 .译码显示单元74HC160N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。它的管脚图如图5所示. 显示器用DCD_HEX共阴极L

10、ED显示器.图1-3 DCD_HEX共阴极LED显示器引脚功能图LED显示屏（LED panel），是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。1.4 .控制单元1.4.1启动（继续）/暂停记时开关 它的一路输出作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5的输入控

11、制信号。按动按钮开关（接地），则门1输出 1；门2输出Q0，K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K1 ,则Q由0变为1，门5开启, 为计数器启动作好准备。由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。1.4.2清零开关 通过开关对每个计数器的R0(2)给以高电平能实现系统的清零。1.5.在MULTISIM中进行仿真（其原理在电路仿真设计中体现。）2：电路的仿真设计2.1 仿真电路图电路在MultiSIM10.0中进行仿真。电路图及参数如下图所示。先实现计时器计分电路，然后实现电路有计时、分功能。 图2-1 实现秒计时 图 2-2 实现计分、秒功能 图2-3 实现计时、分、秒功能2.2在MU

12、LTISIM中进行仿真将各个芯片在MULTISIM10中连接并进行仿真，仿真如图2-1、2-2、2-3所示，结果正确。 （1）启动仿真电路，可观察到数字时钟的秒位开始计时，计数到60后复位为0，并进位到分计时电路。（2）观察到数字时钟的分位开始计时，计数到60后复位为0，并进位到时计时电路（3）开关J1可控制时计时电路的方式选择。（4）控制键可控制秒脉冲直接引入时、分计数器。（5）出现整点，即时计数器发生变化。在仿真过程中，由于输出端口连接时选择有多样性，所以在仿真过程中不能有效的得到所需仿真图，解决的办法就是要认真检查所连接的电路图，看所接的元件单元是否真确，电源脉冲信号是否接地，元件输出端

13、口接的是否合理等。还存在着电阻、电容等器件在通有电流后，温度会升高，会影响其器件的准确性，所以在仿真过程中存在误差。3.总结3.1 设计成果实现了电路的仿真模拟，设计结果达到了此次课程设计的基本要求，完成了本次课题的设计任务。3.2思考感悟为了更好完成电子技术的课程设计，付出了自己最大的努力,相关知识的缺乏给我的设计过程带来很大困难。课程设计的这段时间是我这学期过的最充实的，一面看教科书，一面通过网络查找资料。学习数字电路中基本555定时器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。为了尽快掌握它的仿真用法，我照着原理图一步一步做，终于知道了如何操作，也知道了怎么通过计算机进行电路的仿真

14、。尤其是在做555定时器构成的多谐振荡器的过程中，输出端接口处连接错误体现的尤为明显，在与同组同学的交流下得到了及时的更正，随后在经过多次运行试验成功的完成了电路图的仿真。通过这次课程设计，我明白了一个团队精神的重要性，因为从头到尾，都是大家集体出主意，来解决中间出现的各种问题。从原理图的最终敲定，到波形的仿真，这都是大家分工合作的结果，正是因为大家配合得默契，每项工作都完成得很棒，衔接得很好，才使我们很快的完成了任务。尽管现在只是初步学会了电子技术中秒表的设计，离真正掌握还有一定距离，但课程设计的这段时间确实令我受益匪浅，更重要的是我又多掌握了一门新的知识。成功就是在不断探索和求实中得到的，学习也是如此。希望可以通过电子技术课程设计的学习更加了解自己的不足，在以后的学习中可以克服不足，争取做得更好，更成功