电子秒表课程设计..

电子秒表摘要电子秒表是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，无机械装置，具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。它从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。本次实验所做电子式秒表由信号发生系统和计时系统构成,并具有清零,暂停功能。由于需要比较稳定的信号，所以信号发生系统555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器构成，信号频率为100HZ。计时系统由计数器、译码器、显示器组成。计数器由74LS160构成，由十进制计数器组成了一百进制和六十进制计数器，采用异步进位方式。译码器由74LS48构成，显示器由数码管构成。清零,暂停功能由RS触发器构成防抖动开关。具体过程为：由晶体震荡器产生100HZ脉冲信号先进入计数器，然后传入译码器，将4位信号转化为数码管可显示的7位信号，结果以“分”、“秒”、“10毫秒”依次在数码管显示出来。该秒表最大计时值为59分59.99秒，“10毫秒”为一百进制计数器组成，“分”和“秒”为六十进制计数器组成。关键词：计时精度计数器显示器AbstractElectronicstopwatchistherealizationofadigitalcircuittechnology,.Itcanrealizethehour,minute,secondtimer.Itdoesnothavemechanicalmeansandhasalongerlife,soithasbeenwidelyused.Theprincipleisatypicaldigitalcircuit,whichincludesacombinationlogiccircuitandatimingcircuit.Theexperimentscanbedonebyelectronicstopwatchconstitutedbythesignalsystemandtimingsystem,andhasclearedpausefunction.Duetotheneedofamorestablesignal,thesignalgeneratingsystemisconstitutedbythe555Timerwiththeresistorsandcapacitors,andthesignalfrequencyis100Hz.Timingsystemcontainsthecounter,decoder,display.Counter74LS160constitutedbythedecimalcounterthedecimalandsexagesimalcounter,whichusesasynchronousbinary.Thedecoderfrom74LS48constitutedisplaydigitaltubeconstituteCleared,thepausefunctionbytheRSflip-flop.Itsspecificprocess:the100Hzpulsesignalgeneratedbythecrystaloscillatorandfirstintothecounter,andthentheincomingdecoder,a4-bitsignalisconvertedto7-bitsignalofthedigitalcontrolcanbedisplayed,theresultbyminute,second,10millisecondsturnonthedigitaldisplay.Thestopwatchtimingis59minutes,59.99seconds,10millisecondsisthe150binarycounter,minuteandsecondisthesixdecimalcounter.Keyword:Timingaccuracycounterdisplay目录一设计任务与要求..................................................错误!未定义书签。二方案设计与论证..................................................................................1三单元电路设计与参数计算..................................................................6（1）信号发生器单元电路................................................................6（2）计数器单元……………………………………………………..9（3）显示及译码单元电路…………………………………………12（4）控制单元电路…………………………………………………14四总原理图及元件清单........................................................................15五结论与心得............................................................................17六参考文献............................................................................................18一、设计任务与要求用74系列数字器件设计一个电子秒表,要求:1.以0.01秒为最小单位进行显示。2.秒表可显示0.01秒到60分钟的量程。3.该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能，并能防抖动。二、方案设计与论证电子秒表实际上是一个频率（100HZ）进行计数的计数电路。由于秒表计数的需要，故要在电路上加一个控制电路，该控制电路清零、启动计时、暂停及继续计数等控制功能，同时需要一个分频电路把100kHZ分成100HZ的时间信号达到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。数字电子钟的总体图如下图1所示。由图可见，数字电子钟由以下几部分组成：555振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；秒表控制开关；一百进制秒、六十进制分计数器和六十进制秒计数器；以及秒、分的译码显示部分等图1总体设计方案框图图1中，各单元电路的工作原理图下：(1)信号发生器:选择信号发生器时，有两种方案：一种是用晶体振荡器，另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。石英晶振荡器精度很高，一般都需要多级分频。本次设计选用555定时器。(2)显示电路:电子秒表，需要显示数字,根据设计要求，要用数码管来做显示器。题目要求最大记数值为59分59.99秒，则需要一个8段数码管作为秒位（有小数点）和五个7段数码管作为分秒位。要求计数分辨率为0.01秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。(3)计数器:秒表核心部分——计数器，此次选择74LS160计数器。它具有同步置数和异步清零功能。主要是利用它可以十分频的功能。计数脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生100赫兹脉冲。如果精度要求高，也可采用石英振荡器。(4)译码器:在选择译码器的时候，有多种选择，如74LS47，74LS48等4-7线译码器。如果选择7447，则用来驱动共阴极数码管；如果选择7448，则用来驱动共阴极数码管。在选择数码显示管时，可以利用六个数码管；也可以借鉴简易数字频率计中的四位数码管来显示后四位，再用两个数码管显示分钟的两位。本次设计中选择前一种方法。(5)控制电路:用集成与非门构成基本RS触发器，属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位、暂停的功能，并能防抖动。三、单元电路设计与参数计算本次课设中，我主要承担了信号发生器、计数器等单元电路的设计及仿真，以及PCB板的设计等任务，先将其内容详细介绍如下：1.信号发生器单元电路1.1用555定时器构成方波发生器（1）555定时器引脚排列及功能表图2555定时器引脚排列1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：TL低触发端6脚：TH高触发端4脚：DR是直接清零端。当DR端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TL、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。（2）用555定时器构成方波发生器电路如下图所示。其中T1=(R1+R2)C1ln2为充电时间T2=R1C1ln2为放电时间T=T1+T2=(R2+2R1)C1ln2为脉冲周期F=1/T为振荡频率经过计算并实际调整，方案为R2=10K，R1=100K，c1=100纳法。在实践中，如果用示波器观察到频率不正确，可调整R2来改变频率，减小误差。图3555定时器构成方波发生器muitisim仿真电路调节R2使得多谐振荡器的输出为100Hz时钟脉冲，并接集成芯片74LS00(SA)的2号管脚,而SA的1号管脚则接暂停/继续按钮,暂停/继续按钮通过高低电平的转换以及74LS00的与逻辑运算实现对时钟脉冲CP的封锁与开通控制,而其他电路不受其影响。74LS00的3号管脚输出接至U1（最低位十进制计数器74LS160）的时钟输入端作为时钟分频计数的基本时钟。在muitisim中仿真结果为：图4仿真结果波形图2．时钟分频计数单元电路（1）时钟脉冲分频计数总体部分：首先由十进制模块通过串行计数组成100分频电路，因为74LS160是同步十进制计数器，在Q3~Q0输出端为1001（即9）时，其进位端TC同时由0变为1，设计过程中采用的是置数清零法，而集成芯片74LS160为同步置数，此处如果TC直接接入下一级的时钟输入端，则会发生本位数字为9，而它的高位数字已经进位的现象。要消除这种现象则可以在TC端与下一级的时钟端之间接入一个非门，使得TC输出反相，在本位输出进位脉冲时，其高位时钟接收到的为时钟的无效边沿（下降沿），而在本位自然清零时，高位才会接收到一有效时钟边沿（上升沿），从而达到正确进位的目的。而六十进制与下级模块的级连，由于六进制模块在实现过程中已经接入了一个74LS00的与非门，故其输出不必再接非门，而是从该输出端接至高位时钟脉冲端。集成芯片74LS160，其管脚排列如图所示。图574LS160管脚排列表2引脚功能如下表所示：输入输出MRPECETCEPCLKP3P2P1P0Q3Q2Q1Q00XXXXXXXX000010XXD3D2D1D0D3D2D1D01111XXXX计数110XXXXXX保持11X0XXXXX保持（2）由集成芯片74LS160构成十分频器74LS160本身即为同步十进制计数器，用以构成十分频器直接使用其进位输出端即可，需要注意的是，在级联过程中，因为74LS160计数过程为上升沿有效，而进位输出时CO端是由0变1，为上升沿，要使计数状态不缺失，需在CO与下一级的连接中串入一个非门。如下图所示：图6十分频器电路图（3）使用芯片74LS160构成6进制计数器由74LS160组成的六分频电路如下图所示电路，给CLK以点动单脉冲或频率较低的连续脉冲，Q端接发光二极管，观察发光二极管的状态。同时进位输出端接发光二极管，观察并记录现象，看是否为六进制输出。判断其正确性与可靠性，经验证该电路动作可靠，输出正确。图76进制计数器电路图（4）由十分频电路及六分频电路组成一百分频及六十分频电路①一百分频电路如下图所示：两级十分频电路串联，中间通过74LS04的一个非门把进位输出端的时钟信号送入高位的时钟输入端CLK,实现准确的串行进位控制,清零控制端并接，接到复位/开始控制按钮，实现控制。图