电子秒表电子技术课程设计报告

1、河南理工大学电子技术课程设计报告电子秒表姓 名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 所在学院：电气工程与自动化学院2009年1月8号摘要在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的显示出来，数字显示电路通常由译码驱动器和显示器等部分组成。数码显示器就是用来显示数字、文字或符号的器件。七段式数字显示器是目前常用的显示方式，它利用不同发光段的组合，可以显示09等阿拉伯数字充分运用芯片74ls90的逻辑功能，用四片74ls90芯片实现秒表示00：0099：99秒。利用集成与非门构成的基本rs触发器（低电平直接触发）实现电路的直接置位、复位功能。利用集成与非门构成的微分型单稳态触发器为计数器清

2、零提供输出负脉冲。利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。用四个led数码管显示“秒表”，显示时间为00：00-99：99秒，每厘秒自动加一。电子秒表分为脉冲源、秒计数、厘秒计数、译码驱动电路和显示电路。另外设计控制电路，使秒表启动、停止、复位。先按一下按钮开关2，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关1，则计数器清零后便开始计时，观察数码显示管计数情况是否正常，如不需要计时或暂停计时，按一下按钮开关k2，计时立即停止，但数码管仍保留所计时之值。利用电子钟或手表的秒计时对电子秒表进行校准。经调试，结果与预测结果相同，达到了预期的目的。目录1.电子秒表结构设计与设计方案12

3、.电子秒表单元电路的设计22.1 秒表的设计思路22.2脉冲源的设计22.3电路直接置位、复位功能的设计42.4 电路清零功能的设计42.5计数及译码显示功能设计52.6 译码驱动及显示单元72.7电子秒表工作原理73. 元器件介绍83.1 元器件清单83.2 元器件介绍83.2.1 555定时器83.2.2七段显示译码器104.心得体会115. 参考文献11附录：电子秒表总电路图121.电子秒表结构设计与设计方案充分运用芯片74ls90的逻辑功能，用四片74ls90芯片实现秒表示00：0099：99秒。利用集成与非门构成的基本rs触发器（低电平直接触发）实现电路的直接置位、复位功能。利用集成

4、与非门构成的微分型单稳态触发器为计数器清零提供输出负脉冲。利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。电路图如图1.1所示。图1.1 2.电子秒表单元电路的设计 2.1 秒表的设计思路 用四个led数码管显示“秒表”，显示时间为00：00-99：99秒，每厘秒自动加一。电子秒表分为脉冲源、秒计数、厘秒计数、译码驱动电路和显示电路。另外设计控制电路，使秒表启动、停止、复位。框图如2.1所示。 图2.1秒表总体框图2.2脉冲源的设计 振荡器是电子秒表的核心，振荡器产生脉冲。振荡器的频率精度决定了电子秒表计时的准确程度，通常选用石英晶体构成的振荡器。一般来说，振荡器的频率越高，计

5、时精度越高。用555定时器构成的多谐振荡器如图2.2.1。 图2.2.1 多谐振荡器电路图2.2.2 多谐振荡器的工作波形 接通电源后，电容c被充电，当vc上升到2vcc/3时，使vo为低电平，同时放电三极管t导通，此时电容c通过r2和t放电，vc下降。当vc下降到vcc/3时，vo翻转为高电平。电容器c放电所需时间为： (1) 当放电结束时，t截止，vcc将通过r2、rp、r1向电容c充电，vc由vcc/3上升到2vcc/3，所需时间为： （2） 当vc上升到2vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波，电路的工作波形如上图3.2.2所示，其

6、振荡周期为： （3） f = 1/t = 100hz （4） 输出方波占空比为： （5） 脉冲源电路的职能是为秒表提供脉冲源以驱动芯片74ls90工作。2.3电路直接置位、复位功能的设计 电路的直接置位、复位功能利用集成与非门构成的基本rs触发器实现，属于低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。如图2.3所示。图2.3 由基本rs触发器构成的具有直接置位、复位功能的逻辑电路它的一路输出作为单稳态触发器的输入，另一路输出 q作为与非门的输入控制信号，控制脉冲源cp的放行与禁止。 按动按钮开关k2（接地），则门1输出1；门2输出q0，k2复位后q、状态保持不变。再按动按钮开关k1 ,则q由

7、0变为1，门5开启, 为计数器启动作好准备。由1变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。2.4 电路清零功能的设计 电路清零功能利用集成与非门构成的微分型单稳态触发器实现。 其逻辑电路图如图2.4.1所示。 图2.4.1 微分型单稳态触发器 而图2.4.2为其各点的波形图。 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r。 静态时，门4应处于截止状态，故电阻r必须小于门的关门电阻roff 。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

8、微分电路的rp 和cp 。 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。 图2.4.2 单稳态触发器波形图 图2.5.1 74ls90引脚排列2.5计数及译码显示功能设计 计数功能主要利用二五十进制加法计数器74ls90来实现。因要求电子秒表显示时间为00：0099：99秒，因此需四片74ls90芯片，其与译码显示单元的相应输入端连接，可显示00：0099:99秒。图2.5.1为74ls90引脚排列。通过不同的连接方式，74ls90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助r0(1)、r0(2)对计数器清零，借助s9(1)、s9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：(1)计数脉冲从c

9、p1输入，qa作为输出端，为二进制计数器。(2)计数脉冲从cp2输入，qdqcqb作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3)若将cp2和qa相连，计数脉冲由cp1输入，qd、qc、qb、qa作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。(4)若将cp1与qd相连，计数脉冲由cp2输入，qa、qd、qc、qb作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。(5)清零、置9功能。a)异步清零 当r0(1)、r0(2)均为“1”；s9(1)、s9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即qdqcqbqa0000。b)置9功能当s9(1)、s9(2)均为“1”；r0(1)、r0(2)中有“0”时，

10、实现置9功能，即qdqcqbqa1001。74ls90芯片功能表如表2.5.1所示。由四片74ls90芯片构成的计数器电路如图2.5.2所示。74ls90构成的计数器与相应的译码显示器相连构成电子秒表显示电路。表2.5.1 74ls90芯片功能表 清 0置 9时 钟qd qc qb qar0(1)、r0(2)s9(1)、s9(2)cp1 cp21100 0000清 00011 1001置 90 00 0 1qa 输 出二进制计数1 qdqcqb输出五进制计数 qaqdqcqbqa输出8421bcd码十进制计数qd qaqdqcqb输出5421bcd码十进制计数1 1不 变保 持 图2.5.2

11、74ls90构成的计数器2.6 译码驱动及显示单元 计数器实现了对时间的累计以8421bcd码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用cd4511作为显示译码电路，选用led数码管作为显示单元电路。2.7电子秒表工作原理 接通电源后，按动按钮开关k2（接地），则门g1输出1；门g2输出q0，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g5开启, 为计数器启动作好准备。由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。 门g5开启时，脉冲信号cp被放行，因此芯片74ls90（0）开始工作，由于该芯片计时精度为0.01s，因

12、此变化很快，看不清数字逐渐从0加到9，但理论上可知，当该芯片计时到9时，此时74ls90的输出端qdqcqbqa=1001，进位输出，因此74ls90（1）芯片开始工作。该芯片计时精度为0.1s，因此也不能看到数字从0加到9，但理论上，当该芯片计时到9时，该芯片输出端qdqbqcqa=1001，进位输出，因此芯片74ls90（2）开始工作，该芯片计时精度为1s，可以观察到数字逐渐从1累加到9，然后驱动芯片74ls90（3）工作，如此进行下去，直到显示99：99秒。 在计数期间，如不需要计时或暂停计时，按动一下开关k2，此时q由1变为0，门g5关闭，脉冲信号cp被禁止，但数码管仍保留所计时之值。

13、再按一下开关，则可继续计时。 如计时停止后需重新开始计时，按动开关k1，则实现清零，再按动开关k2，计时开始。如此循环。 3. 元器件介绍3.1 元器件清单 元器件清单下表所示。名称型号数量备注计数器 74ls90 4译码器 cd4511 4led数码显示管 lg5011ah 4 集成与非门 74ls00 2开关 2555定时器 1滑动变阻器 1电阻 7电容 4导线 若干3.2 元器件介绍 3.2.1 555定时器 内部电路由分压器、电压比较器c1和c2、简单sr锁存器、放电三极管以及缓冲器g构成，其内部结构如图8.4.1所示。三个5千欧的电阻串联组成分压器，为比较器c1、c2提供参考电压。当

14、控制电压端（5）悬空时，比较器c1和c2的基准电压为2vcc/3和vcc/3。 图4.2.1.1是其电路结构图。 图3.2.1.1 555定时器电路结构图 图3.2.1.2 555定时器管脚排列 vi1是比较器c1的信号输入端，成为阈值输入端；vi2是比较器c2的信号输入端。如果控制电压端（5）外接电压vic，则比较器c1和c2的基准电压就变为vic 和vic/2。比较器c1和c2的输出控制sr锁存器和放电三极管t的状态。 放电三极管t为外接电路提供放电通路，在使用时，该三极管的集电极（7）脚一般都要外接上拉电阻。为直接复位输入端，当为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端vo即为低电平。

15、 当vi12vcc/3,vi2vcc/3时，比较器c1输出低电平，比较器c2输出高电平，简单sr锁存器q端置0，放电三极管t导通，输出端vo为低电平。 当vi12vcc/3,v i2vcc/3时，比较器c1输出高电平，c2输出低电平，简单sr锁存器置1，放电三极管t截止，输出端vo为高电平。 当vi1vcc/3时，简单sr锁存器r=1，s=1，锁存器状态不变，电路保持原状不变。综合上述分析，可得555定时器功能表，如表3.2.1.1所示。表3.2.1.1 555定时器功能表3.2.2七段显示译码器 在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的显示出来，数字显示电路通常由译码驱动器和显示

16、器等部分组成。数码显示器就是用来显示数字、文字或符号的器件。七段式数字显示器是目前常用的显示方式，它利用不同发光段的组合，可以显示09等阿拉伯数字。 普遍使用的七段式数字显示器发光器件有发光二极管和液晶显示器，这里主要介绍前者。发光二极管构成的七段显示器有两种，共阴极和共阳极电路。共阴极电路中，七个发光二极管的阴极连在一起接低电平，需要某一段发光，就将相应的阳极接高电平。共阳极显示器的驱动则刚好相反。 为了使数码管能显示十进制数，必须将十进制数的代码经译码器译出，然后驱动相应的段。译码器的功能是，对应于某一组数码输入，相应的几个输出端有有效信号输出。 常用的集成七段显示译码器有两类，一类译码器

17、输出高电平有效信号，用来驱动共阴极显示器，另一类输出低电平有效信号，以驱动共阳极显示器。比如cd4511七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。 cd4511译码器是8421bcd码锁存七段译码器，驱动共阴极led数码管，其中da、db、dc、dd为bcd码输入端，oa-of为译码输出端，输出高电平有效，用来驱动共阴极led管。lt为调试输入端，当为0时，输出全为1；bi为消隐输入端，当为0时，输出全为0。el为锁存端，当其为1时译码器处于锁定状态，当其为0时，正常译码。因此cd4511要正常译码，应使lt=1，bi=1，el=0。译码器还有拒伪功能，当输入超过1001时，输出全为0，数码管熄灭。 4.心得体会 现代社会的电子技术日新月异，这就要求我们要独立思考，理论联系实际，而此次数字电子技术课程设计为我们提供了这个机会。此次设计主要考查了对数电技术基础知识的综合运用，通过设计和动手制作来考查我们的运用能力和动手能力，把在课堂上学到的理论知识运用到实际实践中来，巩固我们在课本上学到的理论知识，提高我们的逻辑思维能力和创新意识。 电子技术课程设计是电子技术基础这门课程的一个实践环节，是对所学电子技术理论知识的一次综合