数字秒表电路报告

1、.课程名称： 数字电子技术课程设计 题 目： 电子秒表电路 学生姓名：专 业：班 级：学 号：指导教师：日 期：年月日电子秒表电路一、设计任务与要求要求设计一个数字秒表，用于短时间测量，适用于田径比赛等竞技场合计时使用。（1）计时范围：010分钟（2）显示分辨率为1s10。（3）用一只按钮开关控制三种工作状态，即：清零 计时 停止二、方案设计与论证实验要求设计一个用于短时间测量的电子秒表，根据学过的相关知识可以知道和题目的要求，电路应该分为分为3个部分，分别是计数脉冲产生电路、计数电路、和状态控制电路。电路的框图描述如下图：由上面的电路模块图，我们讨论得到下面两个方案方案一、 用一个555定时

2、器做出多谐振荡电路为计数电路提供计数脉冲，通过调节外围电阻R1、R2和电容C的值使振荡电路产生10Hz的计数脉冲（即周期为0.1秒的信号）。用74LS160计数器做成3级计数电路，分别是十进制的0.1秒计数电路、60进制的秒计数电路和十进制的分计数电路。用74LS160做成3进制计数电路并配合74139二线四线译码器做成状态控制电路，使计数电路在清零、计数、停止3个状态之间转换。方案二、用石英晶体构成石英晶振脉冲发生器。计数电路是74LS160串接构成的600进制计数器最多可以计数到600秒（10分钟）这样控制起来比较方便、控制电路同方案一。最终方案： 方案一。由于对方案二的石英晶振电路原来不

3、是很熟悉，并且方案二的计数显示不符合人的一般思维方式，因此选用方案一作为最终方案。3、 单元电路设计与参数计算 根据上面的讨论，方案包含3大单元：计数电路、状态控制电路、计数脉冲产生电路。下面分别对个单元进行设计和参数的计算。(1) 计数脉冲产生电路 由于555定时器在数字电子和模拟电子中都要重要的应用，并且使用起来比较简单，只需接少量的电阻电容等外围元件，就可以构成施密特触发电路、单稳态电路和多谐振荡电路，所以本方案最终选用了555定时器来做计数脉冲产生电路。 555定时器的功能表：通过对上面功能表的分析，可以用以下的典型多谐振荡电路。电容C充电时间 t1=(R1+R2)Cln(Vcc-Vt

4、-)/(Vcc-Vt+)=(R1+R2)Cln2 <1>放电时间t2 t2=R2Cln(0-Vt+)/(0-Vt-)=R2Cln2 <2>电路的振荡周期 T=t1+t2=（R1+2R2）Cln2 <3>由于设计要求秒表的分辨率为0.1秒，所以这里要设置振荡周期T=0.1S由<3>式并假定C=3uF,则： R1+2R2=T/Cln2=0.1/(3×10-6×ln2)48090最终取R1=8090,R2=20K，C=3uF(2)74LS160和139二线四线译码器构成的状态控制电路 74LS160功能表CLKRD'LD&#

5、39;EPET工作模式×0×××置010××预置数×1101保持×11×0保持(c=0)1111计数74HC139的真值表输入 输出G'A1A0Y'3Y'2Y'1Y'01××11110001110001110101010110110111由上面的功能表为依据可以设计下面的控制电路： 由于电子秒表有清零、计数、停止三个状态。本方案利用74LS160构成一个三进制计算电路，由于74160采用异步置零方式，所以用计数器的第四个状态，即0011通过一个与

6、非门译出一个地电位作为控制器的清零信号，使控制器循环于0000、0001和0010之间，对应于秒表的3个控制状态。而控制计数电路的计数脉冲是通过一个常开开关接VCC构成，每按一下开关，计数器便接收到一个下降沿，从而跳到另一个状态。(3)74160构成的计数电路由于74LS160是十进制计数器，采用异步置零方式。按设计要求，0.1秒计数和分钟计数部分都是十进制，所以0.1秒计数部分和分钟计数部分只需用控制电路的清零信号来清零即可，每当0.1秒计时电路和分钟计数电路到达10，或者接收到控制电路的清零信号就清零。而秒计数部分需要本身的60进制清零信号和控制电路的清零信号来置零，所以U3和U4用或非门

7、来接收这两个清零信号，只要秒计数到达60或者控制电路发送了清零信号，秒计时电路都会清零。秒计数电路的60进制清零信号是当十位为6时发出的。同时对于所有的74LS160计数器的ET端(图中为ENT端)，由控制电路的74139译码器输出来控制，ET为0时保持，ET为1时计数，计数电路在计数状态和保持状态之间变换。计数电路下面是各部分的大图0.1秒计数电路 分计数电路秒计数电路四、总电路工作原理及元器件清单1电子秒表总体电路 2、电路完整工作过程描述（总体工作原理） 整个电路通电后，由于控制电路的计数器初始状态是从0000然后是0001再到0010，经过二线四线译码器，译码后译码器的输出端Y3Y2Y

8、1Y0对应的状态分别是HHHL、HHLH、HLHH(H代表高电位，L代表地电位)。因为所有的计数器ET端都接到了74HC139的Y1端，Y3接到0.1秒计数电路和分钟计数电路的清零端，同时Y3也通过反相器接到秒钟计数电路清零端的或非门。电路通电后控制电路的计数器还没开始工作，输出状态为0000，译码器Y0低电位，Y3、Y2、Y1都是高电位，所有计数电路的所有计数器ET端都为1，同时计数电路的所有计数器清零端都是高电位，秒表电路进入计时状态。0.1秒计数电路逢10向秒钟计数电路进1，而秒钟计数电路逢60向分钟计数电路进1。当按一下开关J1时，控制电路接收到一个下降沿脉冲，控制电路输出状态变为00

9、01，译码器的输出端Y3Y2Y1Y0电位为HHLH，计数电路所有计数器的ET端都为0，同时所有计数器清零端为1，计数电路处于保持状态。再按一下J1开关，控制电路接收到一个下降沿脉冲，控制电路输出状态变为0010，译码器的输出端Y3Y2Y1Y0电位为HLHH,计数电路所有计数器清零端都为0，完成清零动作。再按开关，则控制电路在0000、0001和0010之间循环，计数电路则在清零、计数和保持之间循环。2 元件清单元件名称型号主要参数数量备注 十进制计数器74LS160异步清零5 二线四线译码器74CH1391 555定时器1 或非门74LS021 非门74LS041 与门74LS081 与非门7

10、4LS001 电阻3 电容2五、仿真调试与分析整个实验设计和仿真都是用Multism11.0 来做的。对一个比较大的电路经行设计和调试电路都是要分模块经行。首先，把计数电路调试好，0.1秒计数电路、秒计数电路和分钟计数电路分别是10进制、60进制和10进制计数电路。开始调试的时候发现秒计数电路到了49就清零了，后来发现开始设计的时候是用了十位的5来译出清零信号，所以当十位进到5，即到49时就会清零，最后改为了用十位的6来译出清零信号。比较难的一部分是秒计数部分。因为秒计数部分由两个74LS160构成，置零要考虑本身的60进制置零和控制电路的清零信号通过多次的仿真和认真的考虑，最终确定了在秒计数

11、电路的清零端接一个二输入或非门，输入端分别连到控制电路送来的清零信号和本身通过与门译出60进制清零端。还要注意74160是异步置零方式，60进制清零时应该用十位的6，即6对应的二进制0110通过与门译出高电位作为置零信号，而不是用59来译码。控制电路部分的调试。首先要做一个3进制的计数器分别控制电子秒表的3个状态。开始的时候本来想直接用逻辑门对这3个状态译出相应的控制信号控制计数电路，后来想到用译码器更简单，所以就改用译码器了。因为控制电路计数器只有3个状态，就只需将它的低二位送到译码器的A、B输入段就可以。再用译码器的输出端Y2、Y1、Y0分别控制计数电路即可。脉冲产生电路调试。开始的时候按照数字电子技术基本教程的例题计算出产生10HZ脉冲的电路，但是用multisim11.0把电路画出来之后发现不能驱动计数电路，也就是计数电路不能计数。后来在网上查阅先关资料，才知道是multisim11.0的限制，不能用555定时器产生低频方波脉冲。所以实验仿真时用的参数的1Kz的参数，报告中给出了10Hz脉冲产生的计算公式和R1、R2和C的参数出理论值。六、结论与心得 对于复杂的电路设计，要先将电路划分模块，然后思考各个模块要实