电子秒表的设计

1、电子秒表的设计目 录一、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PCB0版12四、心得体会 17五、附录 18六、参考文献 20、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。二、设计方案方案一：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，

2、计 数精确，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

3、成（方框图）如下：图（1）电子秒表基本组成方框图2 .电子秒表的工作原理由555定时器构成多谐振荡器，用来产生 50Hz的矩形波。第I块计数器作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，具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NE555P&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

4、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时基电路有两种封装形式有，一是 dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型(sm。封装形式。其他 ha17555、lm555、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：(a)图(3) 555内部结构及引脚图(A)

5、、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/、艾/、艾123VCC23VCC13VCC1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

6、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

7、中电容为 0.01uf和0.1uf,电阻为100K欧姆。(2)基本RS触发器_LXP.图（5） RS触发器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、复位的功能。它的一路输出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=QJ1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

8、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 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 Rf。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。(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:Vcc TC 650203 CET PE

9、向国 77| 向 |7!| 向 fT|）LlILlILiJLlILlILiJLJLaI*R CP P（） Pf P2 P3 CEP GNO 图（7） 74LS160引脚图功能表如下：当清零端CR= 0，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0,”这个时候为异步复位功能。当CR= 1”且LD= 0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端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=ET =T 、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端 CO ,其逻辑关系是 CO=

10、Q0- Q1 Q2 Q3 CET。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PCB0版1 .、将各部分电路在MULTISIM11中连接并进行仿真(1)时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：就O a cilloscope-XSC 11|，*，! 产,， 一 上:1.1 ； ” L -j _i 9 W -r V Y V T WWW u - r ， a 一| 一q =

11、l =，= r J - l r . r = r =l r - r = ir = * - r =1= r = + l, - 7 - r- -r -，= ” =广 r= ， 1-L=r - tr . =，= J , - L .1. , - J , 1. J , J H1 _11111Illi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：Osci

12、lloscope-XSClChannel BR甘迪rxi4*T1T2Time 0.000 s 0.000 s D.ODO sT2-T1Channel _A0.000 VO.tlOOV0.000 VSaveExt, TriggerTimebas?Scale 10 ms/DivChannd A5血 S V/DlvChannel BScala 5 V/Dr/Trigger EdgeX position 0Y portion 0Y position 0LevelY/T Add B/A 用B0 DCAC 0 DCTypeSnga Nor. Auto Ncmt图（11）单稳态触发器波形（4）计数电路的仿真

13、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xpioFcr l m$ Pwgn DnihpK .*J股匕“。叼口 5的；附T fcj电？WQ明日| gijgn T/通R.勺乩日；白DDCumAhtf国 CB B.PCB电子和方.iiM*曰*3调制电子出电DDE电千秒表.口口日Dfoojrntreta匚）电

14、子秒表.ne IirTU2DIF16M1号iRHF3 D1P1E. 74L51&0H c Bl D1P1G 74LSltQNU1D DIP16 7iL91bOHU1LIMP1G 74L5160H电子秒表网络表(2) PCB制版# i用至3d理向电力毛口口67LSldQN?1LS16ON尸斗L516QN 74LS16QNI* .1 I*包产卜电子勤表-DDB DDCumenls 电子秒表.nttPCB1 PCBPCEJ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protell

15、99se 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 CAD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=1.1RC 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：m

16、ultisim 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741s160 ,考虑怎么能减少，将各个与非门合并到一个741s160中，进过向老师请教，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741s160,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