数字秒表设计与实验数字电子技术课程说明书

1、学校代码： 10128学 号： 201031504024课程设计说明书题 目：数字秒表设计与实验 摘 要 数字秒表是一种常用的计时工具，以其价格低廉，走势准确，使用方便，功能多而广泛应用于体育比赛中。本设计所实现的数字式秒表是电子技术中最基本的设计实验之一。该数字计数系统的逻辑结构较简单，需要实现清零，启动计时，暂停计时，继续计时等功能。本实验是由显示器，控制电路，脉冲发生器构成的。其中控制电路基本由74LS160触发器，开关组成的电路部分。多谐振荡器是由555定时器以及外围电路组成的电路部分。关键词：数字秒表；74LS160触发器；555定时器AbstractDigital stopwatch is a common timing tool, with its low price, trend of accurate, convenient use, multiple functions and is widely used in sports competitions. The design realization of digital stopwatch is electroni

2、c technology in the most fundamental design experiment. The digital counting system logic structure is relatively simple, need to achieve zero, the start time, pause time, continue to timing and other functions. The experiment is composed of display, control circuit, pulse generator. The control circuit consists essentially of a 74LS160 trigger, switch circuit. The multivibrator is made up of 555timer and a peripheral circuit portion of the circuit.Keywords: Digital stopwatch; 74LS160 trigger; 5

3、55 timer目录一、设计任务概述1二、设计方案论证及方框图1三、电路组成及工作原理2四、电路元器件选择与计算9五、安装与调试101、安装 102、测试方案 103、调试过程 104、调试中发现的问题及解决措施 10六、指标测试1、单元电路功能测试 112、整体电路功能测试 123、Max Plus 仿真 12结论14参考文献15谢辞16一 设计任务概述数字秒表是日常生活中比较常见的电子产品，以其价格低廉，走时准确，使用方便，功能多而倍受广大用户的喜爱，如在很多喜庆的场合，对某一时刻进行倒计时，或者在体育比赛中进行计时等。本实验要求设计任务是秒表最大计时值为99.9秒。3位数码管显示，分辨率为0.1秒。具有清零，启动计时，暂停及继续计时等控制功能。控制操作键尽量少。二 设计方案方框图及论证综合各种报警器的优缺点，并根据本设计要求及性能指标，兼顾可行性、可靠性和经济性等各种因素，确定数字秒表主要组成部分的方框图如图1所示。由555多谐振荡器构成的脉冲发生器，由74LS160构成的计数器，还有LED显示器，以及由开关构成的具有清零，启动，暂停继续功能的控制按键电路。74LS160触发器数

4、码管显示电路555多谐振荡器按键电路 图1 数字秒表总框图 数字式秒表，就需要显示数字。根据设计要求，要用数码管来做显示器。题目要求最大记数值为99分59.99秒，则需要一个7段数码管作为秒位（有小数点）和三个7段数码管作为分秒位。要求计数分辨率为0.0 1秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。秒表核心部分计数器，此次选择74LS160计数器。它具有同步置数和异步清零功能。主要是利用它可以十分频的功能。选择信号发生器实现电路时可以有多种方案：方案一：采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器；方案二：一种是用晶体振荡器。石英晶振荡器精度很高，一般都需要多级分频。技术性比较：由于我们的实验设计是设计一个简易的数字秒表，分辨率为0.01，石英晶振荡器的精度较555定时器较高。经过比较，最终选择方案一。三 电路组成及工作原理数字秒表原理图如图2所示。1.控制电路控制电路如图3-1所示是由一个基本R-S触发器，机械开关，电阻以及5伏电源组成。主要实现秒表的停止和开始计数功能。开始，停止功能可以只用一个机械开关实现，之所以用此电路代替机械开关，是因为利用此电路的锁存功能，防止开关K在打

5、开和闭合时一些假信号串入逻辑电路，影响秒表正确计数显示。 图2 数字电路工作原理图 图3-1 控制电路2.0.01秒控制电路 555定时器管脚图图(a) 555组成的占空比可调的多谐振荡器 图(b)工作波形555组成的多谐振荡器可以用作各种时钟脉冲发生器，图（a）为脉冲频率可调的矩形脉冲发生器，调节Rp可得到任意频率的脉冲信号，由于电容C充放电回路的时间常数不等，所以（a）输出波形为矩形脉冲，矩形脉冲的占空比随频率变化而变化。图3-2 0.01秒脉冲发生电路该电路是由555定时器以及外围的电阻，电容组成的。其中从555定时器构成的多谐振荡器OUT引脚出来的频率是100赫兹。3.清零电路该复位电路由机械开关，电阻，以及电源组成。输出线1接在74160的复位端。当需要复位时，合上开关，从输出线1即可输出复位信号（即清零信号），复位电路的基本功能是：提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防开关分-合过程中引起的抖动而影响复位。另外复位电路主要完成清零功能4.译码显示电路 图3-3 译码器电路1）计数器74LS160的管脚图及功

6、能图如图3-4RD LD ET EP CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 D C B A D C B A 1 1 0 保 持 1 1 0 保 持 1 1 1 1 计 数74LS160功能表1234 56789101112131474LS160RDCPD1GNDEPVCCD01516D2D3LDETQ3Q2Q1Q0CO图3-4 为74LS160的功能图及功能表74LS160为异步清零计数器，即端输入低电平，不受CP控制，输出端立即全部为“0”，功能表第一行。74LS160具有同步预置功能，在端无效时，端输入低电平，在时钟共同作用下，CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能（第二行）。和都无效，ET或EP任意一个为低电平，计数器处于保持功能，即输出状态不变。只有四个控制输入都为高电平，计数器（161）实现模10加法计数，Q3 Q2 Q1 Q0=1001时，RCO=1。8421码加权计数器：，QD、QC、QB、QA输出见计数器工作波形图3-5： 图3-5 计数器波形图2）七段数码管（LED） 图3-6 七段数码管3）非门 图3-74）与非门图3-8总电路图各部分工作原理如下：控制电路：它是由两个74LS00集成与非门元件构成的基本R-S触发器，接在机械开关K的后面，防止开关K在打开和闭合时一些假信号窜入逻辑电路。用来控制秒表的开始，暂停。复位电路：作为清零复位用。它是由电源，开关和一个电阻组成的电路。0.1秒脉冲发生器电路：它由555集成定时器元件和外围的电阻和电容等元件构成的多谐振荡器。调节滑动电阻的数值，可以改变脉冲发生器的输出频率。计数器电路：从进位制来分，有二进制计数器，十进制计数器等多种形式。在此采用的74LS160十位二进制计数器，即8421编码方式。译码器电路：是将数码转换为一定的控制信号。在此由74LS47集成元件构成，它能将十个二进制数码转换为输出端上的电平信号以控制显示器。显示器电路：有辉光数码管和荧光数码管等多种显示电路。此次设计中采用的是共阳极七段LED显示器。2. 电路工作原理： 在仿真软件上接通电源1.合上复位电路的开关，是电路在工作之前先清零。电子秒表处于复位状态。2.当第一次按动开关KC，产生第一个单脉冲作为基本RS触发器的时钟，

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