哈工大—《电子技术I》综合设计大作业设计报告—体育运动计时数字电子秒表

1、.体育运动计时数字电子秒表 摘要：本设计采用74LS161为基础，结合与非门和非门构成了100进制，60进制计数器来进行计时，时钟脉冲以0.01s为周期产生脉冲来驱动计数器计数，计数器与集成寄存器74LS194相连，74LS194实现暂停保持功能，但不影响计数器计数。计数输出通过七段显示译码器74LS47与双七段LED显示器相连实现电子秒表功能 关键词：同步集成计数器74LS161 集成寄存器74LS194 双七段LED显示器 七段显示译码器一、设计任务能在60分钟内显示计时时间，精确到0.01秒。按下启动按键后，即可开始计时，计时过程中按暂停键可使数字显示暂停（计时仍然进行），再次暂停键，可

2、恢复显示。利用复位键可随时将计时过程及显示复位。二、设计方案1.时间显示方案根据要求能在60分钟内显示时间，并且精确到0.01秒，我想到了三种方案可供选择：（1）第一种方案参考电子技术教材中对七段LED显示器的介绍，采用6个共阳极的七段LED显示器来分别表示时间，如图一所示，左边两个数码管用于表示分钟，中间两个数码管用于表示秒的整数，右边两个数码管用于表示秒的小数位，精确到了0.01秒，而且左数第四个数码管为带有小数点的数码管，具有八个接口，第八个接口用于显示小数点。 图一 6个七段LED显示器显示时间每个七段LED显示器与7个限流电阻相连，防止电流过大。驱动共阳极显示器的七段显示译码器采用7

3、4LS47，可以将8421BCD码译成七段显示显示器的驱动信号。这种方案的缺点是采用了7个LED显示器，元件过多，电路复杂。（2）第二种方案为了解决元件过多的问题，对上述电路进行了优化，采用双数字显示的七段LED显示器，每个LED显示器可以显示两个数字以及两个小数点，如图二所示，左边第一显示器显示分钟，第二个显示器显示秒钟，第三个显示秒的小数位。与显示器相连的限流电阻和七段显示译码器同方案一。图二 双数字显示的七段LED显示器这种方案的优点是节省显示器，减少了元件数量，简化了电路，而且还能够根据需要表示出小数点来表示小数。缺点是由于需要七段译码器，电路有一点复杂。（3）第三种方案为了进一步减少

4、元件，简化电路，可以采用6个16进制的LED显示器，如图三所示。左边两个数码管用于表示分钟，中间两个数码管用于表示秒的整数，右边两个数码管用于表示秒的小数位，精确到了0.01秒。图三 16进制的LED显示器显示时间这种方案的优点十分明显，那就是不需要七段显示译码器和限流电阻，而是直接和输出为8421BCD码的计数器相连就可以进行计数，电路十分简单。但这种方案的缺点也十分明显，那就是没有办法小数点的表示，只能表示整数，如果需要小数点只能再添加元器件。综合上述三个方案，由于方案三没有小数点的指示，所以采用了电路较为简单，而且能表示小数点的方案二来表示时间。2.计时方案由于具有六个位数，所以采用6个

5、同步集成计数器74LS161。第一种方案如图四所示，从右边开始，前两个74LS161共同构成秒的小数位的计数器，应该为100进制的计数器，由两个10进制的计数器通过“级联法”连接而成，每个10进制计数器采用了按自然态序变化的“反馈预置”的方法。中间两个74LS161构成了秒的计数器，应该为60进制的计数器，由一个六进制的计数器和一个十进制计数器“级联”而成。左边两个74LS161也构成60进制的计数器来表示分钟。 图四 “反馈预置法”组成的计数器第二种方案采用了反馈复位的方案，但是这个方案在进位时有一个过渡状态，显示不如第一种方案好。所以采用了第一种方案。3. 暂停以及清零方案（1）暂停的同时

6、计数方案暂停功能需要保持输出的BCD码不变，同时还要计数。这要求计数器不能暂停，所以可以采用寄存器来实现这个功能，如图五所示，采用了6个74LS194集成寄存器。这样可以在计数器计数的同时用寄存器来保持输出不变。 图五 6个74LS194集成寄存器实现暂停的同时计数功能（2）清零方案将6个74LS161计数器的清零端同时与一个单刀双掷开关，由于计数器清零端是低电平触发，所以开关分别与高电平和低电平相连，搬动开关即可实现清零。 （3）暂停同时不计数方案这一功能通过74LS161的P、T使能端来实现，每个计数器的P使能端与一个单刀双掷开关相连，开关分别连接高电平和低电平，搬动开关即可实现清零。如图

7、四所示。三、电路工作原理1.计时原理 计时原理电路图如六所示，时钟脉冲电源以周期为0.01s来输出脉冲，每个脉冲的下降沿，74LS161计数器的输出二进制码加一。对于十进制计数器，状态表如表一所示，从“0000”开始，第九个脉冲到来时，输出为“1001”状态，与非门与预置控制端相连，输出为0，使预置控制端LD=0，再通过一个非门与下一个计数器的输入端相连，非门输出为“1”，当第10个脉冲下降沿到来时，计数器输出为“0000”，非门输出为0，下一个计数器获得一个下降沿脉冲，实现进位。六进制计数器则同理，状态表如表二所示。 图六 计时原理电路图表一 十进制计数器状态表计数NQAQBQCQD0000

8、0100012001030011401005010160110701118100091001100000表二 六进制计数器状态表计数NQAQBQCQD0000010001200103001140100501016011070000两个十进制“级联”构成了100进制的计数器，控制秒的小数位，六进制与十进制“级联”构成了60进制计数器，控制分钟和秒钟的显示。2.暂停同时计数原理原理图如图五所示，当单刀双掷开关接高电平时，S1S0 = 11，寄存器并行输入，并行输出，计时正常工作，当单刀双掷开关接低电平时，S1S0 = 00，寄存器为保持状态，输出不变，但计数器仍然在工作，所以实现了暂停同时计数的功

9、能。四、电路元器件选择表三 元器件及其参数元器件名称参数个数时钟脉冲信号源周期T = 0.01S1个同步集成计数器74LS1616个集成寄存器74LS1946个7段显示译码器74LS476个双七段显示数码管额定电流5mA,额定电压3.45V3个数码管电源5V1个限流电阻300欧6*7个与非门74006个非门74045个五、设计总结1.最终电路原理图 图七 电路原理图2.遇到的困难与解决办法在实现暂停同时计数的功能的时候遇到了困难，难以实现，通过查阅资料和复习书上寄存器的使用方法，想出来一个方案，虽然实现起来有些麻烦，但还是实现了功能。3.心得体会在设计电路时首先根据要实现的功能来寻找合适的实现功能的集成芯片，然后对于每一个功能，分别设计出合