数字秒表课程设计实验报告

课程设计说明书课程名称：电子技术基础题目：数字秒表学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：日期：年月日设计题目数字秒表主要内容及要求本课题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。技术指标及要求：1．计时范围：0~10分钟2．精度：0.1秒3．误差：±0.05秒4．用一只按钮开关控制三种工作状态，即：清零计时停止 进度安排1．12月20日，老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限。2．12月21日～12月24日，去图书馆和网上查找相关资料，并且构造整个设计思路。3．12月26日～12月27日，选择适当的芯片组合电路，并仿真。4．12月28日～12月30日根据电路的原理写出设计方案。5．1月1日～1月3日设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。总评成绩指导教师学生签名题目数字秒表一、设计任务与要求本课题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：0~10分钟2．精度：0.1秒3．误差：±0.05秒4．用一只按钮开关控制三种工作状态，即：清零计时停止 二、方案设计与论证电子秒表的工作原理就是不断输出连续脉冲给加法计数器，而加法计数器通过译码器来显示它所记忆的脉冲周期个数。方案一、1基本RS触发器：它是由与非门构成的，电阻和按钮开关组成，属于低电平直接出发器，，每按动一下按钮开关2，则Q端就产生一个脉冲。按动开关1，电子秒表停止工作。

2节拍信号产生器：节拍信号产生器有74LS195，具有发出清零的作用，计数信号和停止信号的作用。

3计数器：利用五片的74LS290,在脉冲的作用下向上一位进位，最终形成600S的秒表。4显示器：采用4片74LS48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；74LS48是BCD码到七段码的显示译码器

。方案二、1信号发生器：直接接入10赫兹的脉冲2计数器：74ls192、实现十进制记数3译码器：通过译码在数码管上显示输出。4控制器:直接由逻辑开关启动和停止电路控制启动和停止秒表。方案论证：方案一利用基本RS触发器作为电子秒表的开关，触发器有置位和复位功能。方案二用逻辑开关，但开关不利于操作，利用开关容易造成误差较大。所以选择第一种方法。以下讲述设计的过程与思考。三、单元电路设计与参数计算1、电子秒表的构成

图1是一个四位数字显示秒表电路的组成框图。它的计时范围是0~600S，计时的精度是0.1秒，误差0.05S,用RS触发器和SB1和SB2按钮的开关控制计时，数码管显示计时数字，实现下面的过程；按钮开关控制三种工作状态，即：计时始（清零计时停止 ）译码显示0.01s位计数器0．1s位计数器0.01s位计数器0．1s位计数器分个位计数器秒个位计数器秒十位秒个位计数器秒十位计数器&清计停止&零时节拍信号产生器秒表控制开关节拍信号产生器秒表控制开关标准脉冲信号源标准脉冲信号源100Hz图1电子秒表电路组成框图电子秒表电路的组成和功能说明电子秒表电路的组成框图，包括秒表控制开关（RS触发器）节拍脉冲产生器，基准脉冲信号源，计数电路和译码显示电路。基准脉冲信号源产生稳定的100Hz脉冲信号，计数电路可产生0.01秒，0.1秒，秒个位，秒十位及分个位（60进位）五位计数器，显示1秒~9分四位数码。2．电子秒表的工作原理基本RS触发器它由与非门G1,G2,电阻R1,R2和按钮开关SB1,SB2组成，属低电平直接触发器，每按动一次开关SB2，则Q端就产生一个单脉冲。按动开关SB1时，电子秒表停止工作。启动和停止电路单元

图2中单元I为用集成与非门构成的基本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。它的一路输出Q作为单稳太触发器的输入，另一跟路输出Q作为与非门5的输入控制信号。按动按钮开关K2（接地），则门1输出=1；门2输出Q=0，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，为计数器启动作为准备。由1变0，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。电路图如下：图2RS触发器电路节拍信号产生器：由集成四位单向移位寄存器74LS195,或非门G3及R3,C1组成，形成一个三位环形计数器电路，由基本RS触发器的Q端输出的CP脉冲启动。串行输入数据由其内的第一级J,K端输入。环行计数器的输出Q0,Q2,Q3分别作为计数电路的清零信号，计时信号和停止信号。接在CR端的R3,C1用于加电时清零，即利用刚接通电源时电容C1的两端电压不能突变，双环形计数器清零。图374LS195功能表

SH/J

CPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30

×

××

×

××××1

0

××

↑

d0d1d2d31

1

01

↑

××××1

1

00

↑

××××1

1

10

↑

××××1

1

11

↑

××××1

1

××

0

××××0000d0d1d2d3Q0Q0Q1Q20Q0Q1Q2Q0Q1Q21Q0Q1Q2Q0Q1Q2Q34．计数电路：计数电路采用5片集成异步计数器74LS290，由于每片的连线不同接成不同的进位的计数电路。为了满足±0.05秒的误差要求，IC1(74LS290)连接成5421编码十进制计数器，在计数停止时，用Q0的状态对0.1秒位进行四舍五入处理；IC2（74LS290）接成十进制计数器，作为0.1位计数，他是以Q0和CP1相连，以CP0作为计数脉冲输入端，构成8421BCD码十进制计数器；IC3和IC4位秒个位和秒十位组成的六十进制计数器；IC5接成个位分十进制计数器。计满时显示为9分59.59秒74LS290的功能

74LS290是异步十进制计数器。其逻辑电路图和引脚图如图4。所示，它由1个1位二进制计数器和1个异步五进制计数器组成。如果计数脉冲由CPA端引入,输出由QA端引出，即得二进制计数器；如果计数脉冲由CPB端输入，输出由QB～QD引出，即得五进制计数器；如果将QA与CPB相连，计数脉冲由CPA输入，输出由QA～QD引出，即得8421码十进制计数器。因此，又称此电路为二－五－十进制计数器。表8.6.4是74LS290的功能表。图474LS290的功能表复位输入置位输入时钟输出R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)CPQAQBQCQDHHL××LLLLHH×L×LLLL××HH×HLLHL×L×↓计数L××L↓计数×LL×↓计数×L×L↓计数

异步十进制计数器74LS290

由表可以看出,当复位输入R0(1)=R0(2)=1，且置位输入R9(1)＝R9(2)＝0时，74LS290的输出被直接置零；只要置位输入R9(1)=R9(2)＝1,则74LS290的输出被直接置9,,即QDQCQBQA＝1001；只有同时满足R0(1)=R0(2)＝0和R9(1)＝R9(2)＝0时，才能在计数脉冲(下降沿)作用下实现二－五－十进制加计数。74HC290、74HCT290的逻辑功能和引脚图与74LS290完全相同。5．7448译码显示电路7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。7448的功能表如表5.3.4所示，它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下：

1.灭灯输入BI/RBO

BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI＝0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a～g均为0，所以字形熄灭。

2.试灯输入LT

当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g均为1,显示字形8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。图57488功能表3.动态灭零输入RBI

当LT＝1，RBI＝0且输入代码DCBA＝0000时，各段输出a～g均为低电平，与BCD码相应的字形熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。

4.动态灭零输出RBO

BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT＝1且RBI＝0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT＝1且RBI＝1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。

从功能表还可看出，对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT＝1，这时候，译码器各段a～g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。

下面举一个利用7488实现多位数字译码显示的例子，通过它了解各控制端的用法，特别是如何动态灭零，实现无意义位的“消隐”。

该例如图5.3.7所示。图中7位显示器由7个译码器7448驱动。各片7448的LT均接高电平，由于第一片的RBI＝0且DCBA＝0000，所以第一片满足灭零条件，无字形显示，同时输出RBO=0；第一片的RBO与第二片的RBI相连，使第二片也满足灭零条件，无显示并输出RBO＝0；同理，第三片的零也熄灭，无显示。由于第四、五、六、七片译码器的RBI＝1，所以它们都正常译码，按输入BCD码去点亮各段电极。图5.3.7用7448实现多位数字译码显示

如果图5.3.7接法不变，但第一片7448的输入代码不是0000而是任何其他BCD码，则该片将正常译码并驱动显示，同时使RBO＝1。这样，第二片、第三片就丧失了灭零条件，所以电路对最高位非零的数字仍正常显示。四、总原理图及元器件清单1．总原理图如下：图6电子秒表总电路图2．元件清单元件序号型号主要参数数量备注174LS1951274LS29043744844数字逻辑实验箱15电容若干6电阻若干7Cd4011若干8Cd4069若干9共阴极LED显示器4五、安装与调试（没有进行安装调试的这部分写电路中参数的选择与计算）1）脉冲源电路

当基本RS触发器Q=1时，门开启，此时100HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器1的计数输入端CP2。2）计数和译码显示的解读与选择计数和译码是秒表的核心，下面对电路的清零，计数，和译码过程进行解析。在加上电源时，因为接在移位寄存器74LS195的清除端CR的电容器C1上的电压不能突变，CR端为低电平，即CR=0，对由74LS195构成的环行计数器清零，，随着对电容充电，清零信号就被解除，这时候或非门输出高电平，即加至J,K信号为11，按下开关SB2,环行计数器Q0Q1Q2=100，此时计数器清零，再一次按下SB2时候，Q0=0,环行计数器输出为010，由于Q1=1，与门和100Hz输入脉冲送入计数器中，秒表进行计时，此时G1的输出为0，即J与K非=0，计数结束时候按动一次SB1,环行计数器为001，即Q2=1,使或门输出为1，0.01位的74LS290被清零由于74是连接成5421码的十进制计数器，当该为计数大于或等于5时，Q0=1,清零后Q0产生的负跳变脉冲送到0.1秒的CP1端，使之加一，反之，若0.01秒位所计之数小于5，则Q0=0,清零后Q0无负跳变，0.1为不加1，从而实现了四舍五入，使计时误差达到0.05S的指标，此时高四位并未清零，使电子秒表保持，所以数经过7448送到了LED,由于Q0,Q1=00,J与K非=1，为下一次计时作好准备。六、性能测试与分析（写仿真调试与分析）1．RS触发器的测试，记录基本RS触发器真值表。2.时钟发生器的测试3.环行寄存器的测试4计数器的测试，看是否能够有进位作用，有进位作用就形成了异位的计数器使计数器能够向上进行计数。看LED可以知道。5．电子秒表的整体测试各个部分能够正常后，把每一部分连接起来进行电子秒表的总体测试。先按下SB2进行清零作用，然后在按下SB2开始计数，假如想停止就按下SB1时候计数开始停止，显示不变。6．电子秒表的准切度的测试；利用电子钟或手表进行校准即可电路仿真图如下：图7七、结论与心得我们这次做的数字电子实验是关于电子秒表的设计，在这次设计中我感觉到我们的学习不是知识局限于书本知识上，而是走出课堂，在靠自己的努力来完成我们的任务，这对我们这些工科的学生是十分有用的，因为我们的重点在于动手，否则就是空谈，在这个实验中我体会到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，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，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，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和