数字电子技术课程设计——电子秒表电路

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业课 程 设 计 任 务 书一、 设计题目电子秒表电路二、 主要内容及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1s10。（3）用一只按钮开关控制三种工作状态，即：清零 计时 停止三、 进度安排13月15号，老师安排数电设计实验任务。23月16号-28号，抽取实验并根据课程设计内容及要求构造整个设计思路，复习数字电路中RS触发器、D触发器、计数器、译码显示器等部分内容。33月29号，分析电子秒表的组成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引脚排列及功能。43月30号，大致设计出实验

2、并进行电路的设计及仿真模拟。53月31号，设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。四、 总评成绩 指导教师 学生签名 题目 电子秒表电路一、设计任务与要求1计时范围：010分钟。2显示分辨率为1s10。3用一只按钮开关控制三种工作状态，即：清零 计时 停止二、方案设计与论证此实验的目的是为了：1、了解计时器主体电路的组成及工作原理; 2、熟悉集成电路及有关电子元器件的使用; 3、学习数字电路中触发器、计数、译码显示等单元电路的综合应用。电子秒表电路是一块独立构成的记时集成电路芯片。它集成了计数器、振荡器、译码器和驱动等电路，能够对秒以下时间单位进行精确记时，具有清零、启动计时、暂停计时及继

3、续计时等控制功能。 该设计的主要任务是通过开关的控制，使译码显示器呈现秒表计时功能。等开关开启时，向计数器输入“脉冲”，使其能让显示器在十分钟的时间内，显示分，秒，毫秒。当开关断开时，能使其有保持数字、清零等功。方案一：利用十进制芯片和D触发器、计数器和译码显示器等，连接实现秒表计数器的功能；D触发器具有保持功能，不会因为前后的变化而改变，因此可以通过它实现“单开关保持清零功能”;方案二：利用基本RS触发器作为电子秒表的开关，基本RS触发器属低电平直接触发的触发器，有直接置位，复位的功能。可使其在停止后能够依然保留数字而不马上归零。若要计数，脉冲少不了。通过555定时器改装的多谐震荡器发出的脉

4、冲频率要更准确；相对而言，第一种方法较第二种简单，所以我采用第一种。三、单元电路设计与参数计算1、（单元元件一：74LS160N）工作原理及主要参数计算如上图所示：编号为U8的芯片接受函数信号发生器的脉冲，和译码显示器共同构成数字秒表的毫秒位，该芯片为十进制芯片，将使能端接高电平。芯片开始工作，计数范围从00001001，在计数到1001时产生进位信号，并将RCO进位输出的信号传给秒位芯片的CLK。2、（单元元件二：74LS160N）工作原理及主要参数计算如上图所示，U7、U6和译码显示器共同构成了秒表计数器的秒位。当U8将进位输出信号传给U7的CLK时，U7芯片开始工作。U7构成十进制，U6

5、构成六进制。两个芯片采用同步预置数的方式连接为六十进制的计数器，其工作范围为，当下一个脉冲信号到来时，产生清零信号，同时将进位输出信号传给U5芯片的CLK。3、（单元元件三：74LS160N）工作原理及主要参数计算如左图所示：U5和显示译码器共同构成十进制计数器，它表示的是秒表计数器的分位，当U6产生的进位输出传给U5的CLK时，U5开始工作，并且计数范围为00001001；4、（单元元件4：74LS175D）工作原理及主要参数计算如上图所示：74LS175D为集成D触发器。根据D触发器的特点，D触发器只有一个数据输入端D，且采用的是维持-阻塞结构，所以可以用以实现控制电子秒表电路的保持和清零

6、功能。因为D触发器的翻转只发生在时钟脉冲的上升沿，其前和其后D信号的变化对触发器的状态没有影响，所以实现保持功能。四、总电路工作原理及元器件清单1总原理图2电路完整工作过程描述（总体工作原理）(1)函数信号发生器：利用函数信号发生器产生100HZ的脉冲; (2)记数器：对时钟信号进行记数并进位,毫秒和秒之间10进制,秒和分之间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4片LED显示器把各位的数值显示出来，是秒表最终的输出，有分、秒、和毫秒位； (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。时

7、钟发生单元 时钟发生器可以采用函数信号发生器产生脉冲信号，因输出要求为1KHZ的，选择占空比为50%，即 T=0.1S的时钟源，当开关闭合时。此时1KHZ脉冲信号通过导线将方波信号传给U8的CLK，U8开始工作。记数单元 同步十进制计数器74LS160N的计数。如图为其功能表：输 入输 出L*LLLLHL*UPHHHHUP*计 数HHL*保 持HH*L*保 持由160的功能表可知，当、接高电平时，将脉冲信号传给CLK，160开始加计数工作，LED显示器显示的范围为09，即从00001001；当变为1001时，RCO将其进位输出传给U8的CLK。则U7芯片开始工作，因为U7、U6两个芯片要求连接

8、成六十进制的加计数，则采用同步置数的方式连接，即计数范围为，当计数到时，产生清零信号，同时产生进位输出信号给U5的CLK，则U5开始工作，且计数范围为00001001.开关控制单元开关控制由集成的D触发器74LS175D来实现，根据D触发器的特点可知，不管输入状态是什么，只要接高电平，不管来的时钟脉冲是上升还是下降触发，D触发器都有保持的功能，所以，利用D触发器的功能，可以实现开关控制清零和保持的功能。元件清单如下：元件序号型号主要参数数量备注U1U4DCD_HEX4U5U874LS160N4U974LS175D1S1SPDT-SBSPACE1VCC5V1信号源XFG1方波，三角波，正弦波1G

9、round1连接线若干五、仿真调试与分析将各个芯片在MULTISIM8中连接并进行仿真，仿真如图所示经过调试，各部分运行结果正确。六、结论与心得这次课程设计实验可以说是收获很多，尽管在开始的时候遇到很多的困难，但在自己的努力和同学的帮助下，最后还是顺利的完成了实验。因为是上个学期学习的数字电子计数，这学期遗忘了部分知识点，所以先开始着手的时候，有些困难，没有什么思路，不知道从哪里下手。后来经过一段时间的复习和调整，逐步对这次的设计有了认识和了解，题目虽然看似不那么复杂，但是有些条件实现起来确实需要技巧和清晰的思路。例如：用单个开关实现控制秒表保持和清零的功能，这部分我始终难以找到最佳的方案，先

10、开始尝试用单稳态触发器来实现，但是对其功能不是很熟悉，致使功能实现出现了障碍。后来在学委的帮助下，改用了集成D触发器，D触发器不会因为前后时钟脉冲的变化而改变，利用这一点，在一次一次的连接尝试下，终于找到方法，也顺利的实现了开关控制环节。再例如：构成六十进制计数那里，先开始采用异步清零方式，但是芯片工作起来不能和开关的控制统一步调，最后在同学的提示下，尝试用同步置数方式，结果实现了六十进制的计数。俗话说：“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。不经一番彻骨寒，哪得梅花扑鼻香”；本次课程设计使我对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，才能具备事半功倍的效果。于此同时，通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。这次实验总体还算成功，希望以后多一些这类的