数字式秒表课程设计

南通大学

《电子技术》课程设计报告

题目数字式秒表

学院（部计算机科学与技术学院

专业计算机科学与技术

学生姓名王骏

6 月2

7 日至7 月1 日共1 周

指导教师（签字）

一．内容摘要

本设计所实现的数字式秒表是电子设计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，是由控制电路，复位电路，0.01秒脉冲发生器，译码显示

电路构成的。

其中控制电路是由基本R-S触发器以及电阻，开关组成的电路部分。

复位电路是由直流电源，电阻以及开关组成的电路部分。

多谐振荡器是由555定时器以及其外围电路组成的电路部分，它和分频器一起用来

产生0.01秒的脉冲。

二．技术要求

1.秒表最大计时值为99分59.99秒；

2. 6位数码管显示，分辨率为0.01秒；

3 .具有清零，启动计时，暂停及继续计数等控制功能；

4.控制操作间不超过二个。

三．方案论证与选择

1. 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8段数码管作为秒位（有小数点）和五个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。

选择信号发生器时，有两种方案：一种是用晶体振荡器，另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。石英晶振荡器精度很高，一般都需要多级分频。

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。

计数脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生100赫兹脉冲。如果精度要求高，也可采用石英振荡器。

在选择译码器的时候，有多种选择，如74LS47，74LS48等4-7线译码器。如果选择7447，则用来驱动共阳极数码管；如果选择7448，则用来驱动共阴极数码管。在选择数码显示管时，可以利用六个数码管；也可以借鉴简易数字频率计中的四位数码

管来显示后四位，再用两个数码管显示分钟的两位。本次设计中选择前一种方法。（一）控制电路

图（1）控制电路

控制电路是由一个基本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。

（二）0.01秒脉冲发生电路

。

图(a) 555组成的占空比可调的多谐振荡器

图(b)工作波形图（2）0.01秒脉冲发生电路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。

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。

555定时器的参数：T=0.01s，f=100Hz =1/0.695(R1+ 2R2)C

在图中R3+Rp=R1，R5=R2

经过计算并实际调整，方案为R3=130千欧，R5=5.1千欧，Rp=10千欧，c=100微法。

在实践中，如果用示波器观察到频率不正确，可调整Rp来改变频率，减小误差。（三）复位电路

图（3）复位电路

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

（四）译码显示电路

图 （4）显示电路

图中从下往上依次是6个计数器74LS1600，4线-7线译码器/驱动器74LS47，共阳数码管。

1.计数器

74LS160的管脚图及功能表如下: 图7 为74LS160管脚图及功能表

74LS160为异步清零计数器，即RD 端输入低电平，不受CP 控制，输出端立即全部为“0”，

1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 74LS160 V CC 15 16 LD Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 RD LD ET EP CP D 3 D 2 D 1 D 0 Q 3 Q 2 Q 1 Q 0

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

功能表第一行。74LS160具有同步预置功能，在RD端无效时，LD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）。RD和LD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，Q

3Q

2

Q

1

Q

=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：

本次试验中74160的级联图

图（5）

2.译码器电路

译码器电路是将数码转换为一定的控制信号。在此由7447集成元件构成，它能将一个

二进制数码转换为输出端的电平信号以控制显示器。

下图为7447的管脚图：