电子秒表的设计

1、电子秒表的设计目录一、设计要求2二、设计的目的与作用2三、设计的具体体现21 .电子秒表的基本组成32 .电子秒表的工作原理33 .电子秒表的原理图44 .单元电路设计45. 设计仿真与PCB制版1217五、附录18六、参考文献20一、设计要求1 .以0.01秒为最小单位进行显示。2 .秒表可显示0.0159:59:99秒的量程。3该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能。二、设计方案方案一：通过单片机来实现电子秒表基于51单片机电子秒表，设计简单，而且技术准确，缺点是价格相比于数字电路实现的秒表技术要昂贵。方案二：采用数字电路来实现秒表计数，优点是价格便宜，计数精确，反应较快，缺点是，电路芯片

2、较多，设计电路复杂。经过比较选择了较为经济适用的数字电路。二、设计的目的与作用1 .培养我们运用有关课程的基础理论和技能解决实际问题，并进一步提高专业基本技能、创新能力。通过课程设计，学习到 设计写作方法，能用文字、图形和现代设计写作方法系统地、正确地表达课程设计和研究成果。2 .熟悉555方波振荡器的应用。3 .熟悉计数器的级联及计数译码显示电路的整体配合。4 .建立分频的基本概念。三、设计的具体体现1.电子秒表的基本组成电子秒表电路的基本组成框图如图所示，它主要由基本RS触发器多谐振荡器计数器和数码显示器4个部分组成。电子秒表电路的基本组成（方框图）如下:2.第I块计数器作5分频使用，将5

3、55输来的50Hz的脉冲变为0.1秒的计数脉冲，在输出端Qd取得，作为第2块计数器的始终输入，第2、第3块计数器QA与CP2相连，都已接成421码十进制计数电路，第4块接成六进制形式，其输出端与译码显示器的相应输入端连接，可显示00:00 :0059:59:99s 3.电子秒表的原理图图(2)原理图4.单元电路设计(1)由NE555P组成的多谐振荡器(多谐振荡器)ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。ne555的作用是用内部的 定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序 脉冲。ne555时基电 路有两种封装形式有，一是dip双列直 插8

4、脚封装，另一种是sop-8小型(smd)圭寸装形式。其他ha17555>Im555> ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作 原理都 相同。ne555的内部结构可等效成23个晶体三极 管 17个电阻两个 二极管组成了比较器.RS触发器等多 组单元电路特别 是由三只精 度较高5k电阻构成了一个电阻 分压器为上.下比较器提供基准电压所以称之为5550555内部结构及引脚如下图所示:图（3） 555内部结构及引脚图（A）、555时钟电路可以构成多谐振荡器，真值表如下:RST THR TRIOUT TD导通导通不变截止截止XX0>23VCC >13VCC Q<

5、23VCC >13VCC 不变<23VCC <13VCC 1>23VCC <13VCC 1表（1）555功能真值表注明：6脚为THR,触发器输入端，低电平有效。2脚为 TRI,阀值输入端，图电平有效。 4脚为RST,总复低电平有效7脚为DIS,放电端。5脚为CON,控制端。1脚接地, 接电源。3脚为输出端。TD为内部三极管。（B）时钟信号产生电路 图（4） 555组成的多谐振荡器NE555定时器是一种电路结构简单使用方便灵活用途广泛 的多功能电路。利用闭合回路的反馈作用可以产生自激振荡。TTL电 路延迟时间短，难以控制频率。电路接入RC回路有助于获得较低的 振荡频

6、率，由于门电路的作用时间极短，TTL电路自有几十纳秒，所 以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的，而且频率不易调节。在电 路中接入RC电路可以有助 于获得较低的振荡频率，而且通过改变R, C的数值可以很容易实现对频率的调节。振荡电路是数字秒表的核心部分，电容充放电的速度决定了电 路的振荡频率Ri. R2.C决定了多谐振荡器的周期，即决定了形成的方 波的频率利用闭合回路中的负反馈作用可以产生自激振荡，利用闭合 回路中的延迟负反馈作用也能产生自激振荡，只要负反馈作用足够 强。为了得到频率更加准确的频率信 号，加入了电容和电阻，其中电容为o. 01uf和0. 1uf,电阻为100K欧姆2）基本RS触发

7、器图（5） RS触发器电路集成与非门构成基本RS触发器，属低电平直接触发的触发，有直接置位、复位的功能。它的一路输出作为单稳态触器的输入，另路输出作为与非门的输 入控制信号。按动按钮开关J1 （接地），则门1输出=1;门2输出Q二0,J1复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关J2,则Q由0变为1 ,门5开启，为计数器启动作好准备。由1变为0,送出负脉冲，启动单稳 态触发器工作。基本RS触发器在 电子秒表中的职能是启动和停止秒 表的工作(3)单稳态触发器图(6)单稳态触发器电路用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。单稳态触发器的输入 触发负脉冲信号Vi由基本RS触发器端提供，输出负脉冲Vo通过非

8、 门加到计数器的清除端Ro静态时，门4应处于截止状态，故电阻R 必须小于们的关门电阻roh o定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出 脉冲宽度 时，可以省去输入微分电路的Rp和Cp。单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。(4)计数及译码显示(A) 74L160 (计数器)简介74LS160是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活 的 运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功 能它的引脚功能如下：ffl(7) 74LS160 弓I 脚图功能表如下：当清零端CR二“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全 这个时候为异

9、步复位功能。当CR二“T且LD二©时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1 x 00的状态分别与并行数据输入端D3, D2 , D1 , D0的状态一样，为同 步置数功能。而只有当CR二LD二EP二ET "二产 、CP脉冲上升 沿作用后，计数器加1O74LS161还有一个进位输出端C0,其逻 辑关系 是C0二Q0 - Q1Q2Q3 - CET。合理应用计数器的清零功能 和置数功 能，一片74LS161可以组成16进制以下的 任意进制分频 器。(B)十进制加法计数器74LS160与译码显示器构成电子秒表 的计数单元图(8)电子表秒计数单元电路5.设计仿

10、真与PCB制版1.x将各部分电路在MULTISIM11中连接并进 行仿真(1)时钟发生器的仿真用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节滑动变阻器，使输出100Hz矩形波。仿真结果如下:图多谐振荡器信号波形图（2）与非门基本RS触发器的仿真用示波器观察基本RS触发器的波形图如下（先闭合J1后再打开J1,再闭合J2后再打开）。仿真结果如下：图（10） RS触发器仿真图（3）单稳态触发器的仿真将启停电路单兀的按钮按下，则此电路输出一个有效信号（负脉冲），但持续时间很短。仿真结果如下：图（门）单稳态触发器波形（4）计数电路的仿真仿真结果如下：图（12）计数单元的仿真2 .电子秒表的整体测试 各单元电

11、路测试正常后，按总图把几个 单元电路连接起来，进行电子秒表的总体仿真。仿真结果如下：图（13）电子秒表总体仿真图3 . PCB版电路电路制作在MULTISIM11画好电路图，仿真成功以后，设置个原件封装，直接导出网络表。 在protel I99se中导入生成的网络表截图可见电子秒表网络表PCB制版PCB制版图四.心得体会经过这次的数字电子秒表课程设计后，我从中学到了好多东西。综合 我们上一个学期的数字电子技术基础课，我们已经 对数字电子技术有 一定的了解，主要是我们熟悉了 protel I99se软件 和multisimll两个软 件。加上之前学过 的电路课和模拟电子技术基础课，我们可以独立完

12、 成电路CAD基础课程设计了。不过，在课设当中还是遇到许多不懂的问题，都积极向老师同学请教，基本都攻克了难题。学会了设计数字电子电路的一般方法，还进一步熟悉数字电子器件的使用。课设过程中遇到的问题：1、在绘制电路图的过程中对数电中学习过的555芯片不是很熟悉，通过上网查找，发现555产生方波的参数方程为T=1.1 RC,这是一个很关键的方程，调节RC可以改变方波周 期，使我能够顺利的得到100HZ的方波。2、在生成网络表后，在protel99se中导入网络表，产生许多问题，例如：multisim中的圭寸装名跟protel中的不一样，或者是封装原件没有，最关键的问题是在pcb板上有 好几个741

13、sl 60,考虑怎么能减少，将各个与非门合并到一个74IS160中，进过向老师请教，修改了原来的电路原理图，找到了解决办法， 从新生成网络表，在pcb中减少了 4个741sl60 ,感觉原件减少了许 多。这个课程设计课我还不是很熟悉，第一次做难免会感到陌生，而且对很多基本的东西都不是很清楚，在一定程度上影响了我们 的课程设计的质量，希望能在以后的时间里认真学习好这些基础的东 西。我对这个课程设计课有着深刻的体会：要想做好这 个课程设计， 就必须认认真真地去做，不要怕麻烦，遇到不懂的问题就要主动去问 同学或者老师。最后我希望课程设计课能够再多一点给我们提供动手 的机会，并让我们多点发挥主观能动性和创造能力，这样可以在学到 东西的同时又能发散大家的思维。总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强 了动手能力。五附录元器件清单:序号名称型号