1、电子秒表电路实验报告电子技术课程设计报告设计题目： 电 子 秒 表 院 （部）： 物理与电子信息学院 专业班级： 电子信息工程 学生姓名: 学 号: 指导教师: 摘 要秒表应用于我们生活、工作、运动等需要精确计时的方面。它由刚开始的机械式秒表发展到今天所常用的数字式秒表。秒表的计时精度越来越高，功能越来越多，构造也日益复杂。本次数字电路课程设计的数字式秒表的要求为：显示分辨率为1s/100，外接系统时钟频率为100KHz；计时最长时间为60min，五位显示器，显示时间最长为59m59.99s；系统设置启停键和复位键。复位键用来消零，做好计时准备、启停键是控制秒表起停的功能键。针对上述设计要求，
2、先前往校图书馆借阅了大量的数字电路设计方面的书籍，以及一本电子元件方面的工具书，以待查阅各种设计中所需要的元件。其次安装并学习了数字电路设计中所常用的Multisim仿真软件，在课程设计过程的电路图设计与电路的仿真方面帮助我们发现了设计电路方面的不足与错误之处。关键字：555定时器 十进制计数器 六进制计数器 多谐振荡器1.选题与需求分析 11.1设计任务 11.2 设计任务 11.3设计构思 11.4设计软件 22.电子秒表电路分析 32.1总体分析 32.2电路工作总体框图 33.各部分电路设计 43.1启动与停止电路 43.2时钟脉冲发生和控制信号 43.3 设计十进制加法计数器 63.
3、4 设计六进制加法计数器 73.5 清零电路设计 83.7 总体电路图： 104 结束语与心得体会 121.选题与需求分析1.1设计任务电子秒表在生活中可广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验,还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验,同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合.测定短时间间隔的仪表。有机械秒表和电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒，广泛应用于科学研究、体育运动及国防等方面在当今非常注重工作效率的社会环境中。定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便，充分利用定时
4、器，能有效的加强我们的工作效率。数字电子秒表是利用数字电子技术把模拟信号转换成数字信号来完成的，具有直观、准确性高的特点。1.2 设计任务1、秒表由六位七段LED显示器显示，其中一位显示“min”，四位显示“s”， 其中显示分辨率为0.01s，计时范围为059分59秒99毫秒；2、具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等功能；3、控制开关为两个；启动（继续）/暂停计时开关和复位开关。1.3设计构思电子秒表需要一个脉冲产生电路，可以由LM555芯片实现，同时需要2个六进制和4个十进制的加法计数器，构成两位毫秒显示、两位秒数显示和两位分钟显示，由74LS160芯片实现。同时由于有六进制电路，所以需
5、要与非门。同时需要六个译码显示数码管显示数字。1.4设计软件Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。是入选伯克利加大SPICE项目中为数不多的几款软件之一。Multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE模拟。 Multisim是以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 我们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真
6、的复杂内容，这样我们无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。此次课程设计采用此软件进行设计和仿真。2.电子秒表电路分析2.1总体分析该电路需要2个六进制和4个十进制的加法计数器，一个555定时器组成的多谐振荡器。由555多谐振荡器产生100Hz的时钟脉冲作为脉冲源（即0.01s为周期），通过与启动停止电路的作为信号源输入至第一个十进制计数器即0.01s位的计数器。然后进位至0.1s位的十进制加计数器，以此类推逐个进位。以此实现显示分辨率为1s100，计时最长时间为60min，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s，最后通过6个译码七
7、段显示LED数码管输出。2.2电路工作总体框图电子秒表电路主要由以下几部分构成，如图2.2 所示，有启动停止电路，脉冲电路，十进制计数电路，六进制计数电路，清零电路，译码显示电路。图2.2 电子秒表电路框图3.电子秒表各部分电路设计3.1启动与停止电路图3.1 启动与停止电路当开关断开时，使LM555计时器无法向第一个74LS160芯片传递脉冲信号，从而使整个计数电路处于暂停状态；当开关闭合时，LM555计时器向第一个74LS160芯片传递脉冲信号，开始计数，使计时器处于启动状态。因此这个开关为“启动/暂停”按键。3.2时钟脉冲发生和控制信号由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器产生矩形
8、脉冲：暂稳状态的脉冲宽度，即从充电上升到所需的时间：脉冲宽度，即从放电下降到所需的时间：振荡周期：因此，令,输出频率为100Hz即T=0.01s，则可求出C=1.02F。得下图3.2中100Hz的555定时器构成的多谐振荡器：图3.2 555定时器构成的多谐振荡器根据图3.2，计算得，从3脚(OUT)可输出100Hz的脉冲信号。3.3 设计十进制加法计数器图3.3.1 74LS160芯片引脚图如图3.3.1，A、B、C、D为数据输入端，当LOAD=0，在CLK上升沿到来后，ABCD则直入触发器；GND为接地端；VCC为接高电平端；ENT为计数使能端，ENP为计数使能端，都为高电平有效；LOAD
9、为置数控制端，低电平有效；CLR为异步清零端，低电平有效，无论其他输入端是何状态，都使片内所有触发器状态置0；CLK为计数脉冲输入端；QA、QB、QC、QD为计数输出；RCO为进位输出端。当时，74LS160处于计数状态,电路从0000状态开始，连续输入10个计数脉冲后，电路将从1001状态返回到0000状态，RCO端从高电平跳变至低电平。可以利用RCO端输出的电平下降沿作为进位输出信号。级联到秒十位和分十位的74LS160芯片上。如下图3.3.2： 图 3.3.2 异步8421码十进制加法计数器3.4 设计六进制加法计数器使用74LS160D芯片实现六进制加法计数器：74LS160D从000
10、0状态开始计数，当输入第6个CP 脉冲（上升沿）时，输出，此时，反馈给端一个清零信号，立即使返回0000状态，接着,端的清零信号也随之消失，74160重新从0000状态开始新的计数周期。电路如图3.3所示，图 3.3 六进制加法计数器3.5 清零电路设计六个74LS160芯片的清零端全部都接在了一块，通过一个开关和+5V电源连接，当开关断开时即所有清零端都接上了低电平，所有计数器将会清零；当开关闭合即接高电平时，所有计数器正常工作。如图3.5:图3.5 清零电路3.6译码显示电路图3.6 译码显示电路如图3.6，译码显示电路由6个七段式数码管组成，每一个和74LS160芯片输出端连接，通过译码
11、显示09数字。3.7 总体电路图：图3.7 电子秒表电路图电路通过555多谐振荡器产生的100Hz时钟脉冲经过启动与暂停开关输入到第一个计数器即0.01s位的74LS160十进制计数器使其进行频率为100Hz的十进制加法运算。并进位至下一位0.1s位的十进制加法计数器，频率缩减为10Hz。以此类推依次进位至最高位，并以5个LED数码管将计数器输出的信号显示出来。当“启动/停止”开关处于低电平时计数器处于保持状态，即暂停；当开关处于高电平时，计数器继续正常工作。而清零开关为低电平时，所有计数器清零；处于高电平时所有计数器可正常工作。 4 结束语与心得体会经过这次的数字电子秒表课程设计后，我从中学
12、到了好多东西。在我上了一个学期的数字电子技术基础课后，我已经对数字电子技术有一定的了解，加上之前学过的电路课和模拟电子技术基础课，我可以独立完成数字电子技术基础课程设计了，不过当中还是遇到许多不懂的问题。通过这次自己动手的课程设计，我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。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
13、。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。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。参考文献1杨欣.王玉凤.电子设计从零开始.清华大学出版社,20052黄仁欣.电子技术实践与训练.清华大学出版社,20043彭铭泉.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，20044高志清.数字电路逻辑设计.大连理工出版社,20025张庆权.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社,20026沈明山.常用电子元件手册.机械工业出版社,20017郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社,2004
