电子秒表的设计

1、电子秒表的设计一、 设计要求 2二、 设计的目的与作用 2三、 设计的具体体现 21. 电子秒表的基本组成 32. 电子秒表的工作原理 33. 电子秒表的原理图44. 单元电路设计45.设计仿真与PCB制版12四、心得体会 17五、附录 18六、参考文献 20一、设计要求1. 以0.01秒为最小单位进行显示。2. 秒表可显示0.0159:59:99秒的量程。3. 该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能。-、计方方案一：通过单片机来实现电子秒表基于51单片机电子秒表，设计简单，而且技术准确，缺点是价格相比于数字电路实 现的秒表技术要昂贵。方案二：采用数字电路来实现秒表计数，优点是价格便宜，计数精

2、确，反应较快，缺点 是，电路芯片较多，设计电路复杂。经过比较选择了较为经济适用的数字电路。二、设计的目的与作用1. 培养我们运用有关课程的基础理论和技能解决实际问题，并进一步提高专业基本技能、 创新能力。通过课程设计，学习到设计写作方法，能用文字、图形和现代设计写作方法系 统地、正确地表达课程设计和研究成果。2. 熟悉555方波振荡器的应用。3. 熟悉计数器的级联及计数、译码、显示电路的整体配合。4. 建立分频的基本概念。三、设计的具体体现1.电子秒表的基本组成电子秒表电路的基本组成框图如图所示，它主要由基本RS触发器、多谐振荡器、计数器和数码显示器4个部分组成。电子秒表电路的基本组成（方框图

3、）如下:5分频使用，将555输来的50Hz的脉冲变为0.1秒的计数脉冲，在输出端 Qd取得，作为第2块计 数器的始终输入，第2、第3块计数器QA与 CP2相连，都已接成8421码十进制计数电路，第4块接成六进制形式，其输出端与译码显示器的相应输入端连接，可显示 00:00 : 0059:59:99s3电子秒表的原理图图（2）原理图4. 单元电路设计（1）由NE555F组成的多谐振荡器（多谐振荡器）ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电 子产品中都有应用。ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供 时序脉冲。ne555时基电路有两种封

4、装形式有，一是 dip双列直插8脚封装，另一种是 sop-8小型（smd 封装形式。其他 ha17555 Im555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电 阻.两个二极管组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻 构成了一个电阻分压器为上下比较器提供基准电压所以称之为555。555内部结构及引脚如下图所示：图（3）555内部结构及引脚图（A）、555时钟电路可以构成多谐振荡器，真值表如下:RSTTHRTRIOUTTD0XX0导通123VCC13VCC0导通113VCC不变不变123VCC

5、23VCC13VCC1截止表（1）555功能真值表注明：6脚为THR触发器输入端，低电平有效2脚为TRI，阀值输入端，高电平有效。4脚为RST总复位端，低电平有效7脚为DIS,放电端。5脚为CON控制端。1脚接地，8脚接电源 3脚为输出端。TD为内部三极管。（B）时钟信号产生电路图（4） 555组成的多谐振荡器NE555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。利用 闭合回路的反馈作用可以产生自激振荡。TTL电路延迟时间短，难以控制频率。电路接入RC回路有助于获得较低的振荡频率，由于门电路的作用时间极短，TTL电路自有几十纳秒，所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的，而且频

6、率不易调节。在电路中接入RC电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R，C的数值可以很容易实现对频率的调节。振荡电路是数字秒表的核心部分，电容充放电的速度决定了电路的振荡频率Ri .R2 .C决定了多谐振荡器的周期，即决定了形成的方波的频率利用闭合回路中的负反馈作用可以 产生自激振荡，利用闭合回路中的延迟负反馈作用也能产生自激振荡，只要负反馈作用足 够强。为了得到频率更加准确的频率信号，加入了电容和电阻，其中电容为O.Oluf和O.luf，电阻为100K欧姆(2)基本RS触发器丄-_J JA-I鼻F . O-O图（5）RS触发器电路逹卜S15PF用集成与非门构成基本二RS触发器，属低电平

7、直接触发的触发器，有直接置位、复位的功vc能。p;:E :丄嬴匚它的一路输出-Kev = - H -作为单稳态触发器的输入，另一路输出作为与非门的输入控制信号。按动按钮开关J1 （接地），则门1输出=1;门2输出Q=0 J1复位后Q 状态保持不变。再按动按钮开关J2，则Q由0变为1,门5开启，为计数器启动作好准备。由1变为0,送出负脉冲，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.（3）单稳态触发器图（6）单稳态触发器电路用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Vi由基本RS触发器 端提供，输出负脉冲Vo通过非门加到计数器的清除端

8、 R。静态时，门4 应处于截止状态，故电阻 R必须小于们的关门电阻 R）ff。定时元件RC取值不同，输出脉冲 宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的Rp和Cpo单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。（4）计数及译码显示（A）74L160（计数器）简介74LS160 是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能它的引脚功能如下：图（7） 74LS160引脚图功能表如下：当清零端 CR“0”，计数器输岀 Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0,这个时候为异步复位功能。当CR“ 1”且L

9、D=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输岀端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与 并行数据输入端 D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=E“=1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1o 74LS161还有一个进位输岀端 CO,其逻辑关系是 CO=?Q0 Q1 Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。（B）十进制加法计数器74LS160与译码显示器构成电子秒表的计数单元图（8）电子表秒计数单元电路5.设计仿真与PCB制版1、将各部分电路在MULTISIM11中连接并进行仿真（1）时

10、钟发生器的仿真用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节滑动变阻器，使输出100Hz矩形波。仿真结果如下：图（9）多谐振荡器信号波形图（2）与非门基本RS触发器的仿真用示波器观察基本RS触发器的波形图如下（先闭合 J1后再打开J1,再闭合J2后再打 开）。仿真结果如下：图（10）RS触发器仿真图（3）单稳态触发器的仿真将启停电路单元的按钮按下，则此电路输出一个有效信号（负脉冲），但持续时间很 短。仿真结果如下：图（11）单稳态触发器波形（4）计数电路的仿真仿真结果如下：图（12）计数单元的仿真2. 电子秒表的整体测试各单元电路测试正常后，按总图把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体仿真。仿

11、真结果如下：图（13）电子秒表总体仿真图3.PCB版电路电路制作在MULTISIM11画好电路图，仿真成功以后，设置个原件封装，直接导出网络表。在 protell99se 中导入生成的网络表截图可见电子秒表网络表（2）PCB制版PCB制版图四. 心得体会经过这次的数字电子秒表课程设计后，我从中学到了好多东西。综合我们上一个学期的数字电子技术基础课，我们已经对数字电子技术有一定的了解，主要是我们熟悉了 protell99se 软件和 multisimll两个软件。加上之前学过的电路课和模拟电子技术基础 课，我们可以独立完成电路 CADS础课程设计了。不过，在课设当中还是遇到许多不懂的问题，都积极

12、向老师同学请教，基本都攻克了 难题。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。课设过程中遇到的问题：1、在绘制电路图的过程中对数电中学习过的 555芯片不是很熟悉，通过上网查找，发 现555产生方波的参数方程为T=1.1RG这是一个很关键的方程，调节 RC可以改变方波周 期，使我能够顺利的得到100HZ的方波。2、在生成网络表后，在 protel99se中导入网络表，产生许多问题，例如： multisim中的封装名跟protel中的不一样，或者是封装原件没有，最关键的问题是在pcb板上有好 几个74IS160，考虑怎么能减少，将各个与非门合并到一个74IS160中，进过

13、向老师请教，修改了原来的电路原理图，找到了解决办法，从新生成网络表，在pcb中减少了 4个74ls160，感觉原件减少了许多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们的课程设计的质量，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。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。五附录元器件清单:序号名称型号数量备注1计数器74LS9042555定时器LM