电子秒表的设计与制作

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：

题目: 电子秒表的设计与制作

初始条件：

（1）计数精度可达1/100秒

（2）可显示时间99.99秒

（3）具有开关可启动，暂停，清零功能

选作：设计可改变计时时间（最大59.99秒）的电路

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

（1）设计任务及要求

（2）方案比较及认证

（3）系统框图，原理说明

（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明

（5）调试记录及结果分析

（6）对成果的评价及改进方法

（7）总结（收获及体会）

（8）参考资料

（9）附录：器件表，芯片资料

时间安排：

6月28日~7月1日：明确课题，收集资料，方案确定

7月2日~7月6日：整体设计，硬件电路调试

7月6日~7月9日；报告撰写，交设计报告，答辩

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月

摘要

电子秒表广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验，还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合，如测定短时间间隔的仪表。秒表有机械秒表和电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒，广泛应用于科学研究、体育运动及国防等方面。在当今非常注重工作效率的社会环境中，定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便。充分利用定时器，能有效的加强我们的工作效率。随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛。人们对它的认识也逐步加深。在秒表的设计上功能不断完善，在时间的设计上不断的精确。

关键词：电子秒表，定时器，效率

电子秒表的设计与制作

内容摘要

本次我们设计的电子秒表，是以555定时器作为发生器，以分频、计数与译码显示模块为主要构成部分的电子秒表的设计方案，充分利用数字电路的计数、译码、显示的特性，使整个设计达到了比较满意的效果。所设计的电子秒表达到了设计要求的各项指标，具有随时启动、暂停以及清零功能，并且在这个基础上进行了功能扩展，将99.99秒改为了59.99秒，设计报告以59.99秒为基准。

1 设计要求

1)计数精度可达1/100秒

2)可显示时间99.99秒

3)具有开关可启动，暂停，清零功能

选作：设计可改变计时时间（最大59.99秒）的电路

2 方案比较

方案一：由555定时器组成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器，74LS90作为计数器，74LS48作为译码器，再与数码管连接来显示

方案二：由555定时器组成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器，74LS160作为计数器，74LS48作为译码器，再与数码管连接来显示

比较：两套方案均可以达到设计目的，但是使用74LS90的计数芯片将会使设计变得更为简洁容易，也便于系统的连线，再权衡其他的因素，我们最终选用74LS90来制作实物连线。

3.设计思路

3.1系统框图

本次设计使用的系统框图如下图

图1 设计原理系统框图

上图为电子秒表的框架图，其中，显示器用共阴极数码管“LG5011AH”，译码器用“74LS48” 4线7段译码器驱动器，计数器选用“74LS90”计数器，秒脉冲发生器选用555定时器完成。

3.2完整电路图

本次设计的完整电路图用proteus65进行仿真绘制，如下图

（注意：仿真为简单而采取的是用的是4线数码管，实物连线的时候则由显示器和译码器构成）

图2 59.99秒设计完整电路图

3.3电路的工作原理

1)计数原理:根据74LS90的功能表恰当的连线，可以实现74LS90的10进制计数，连接时钟脉冲电源后，可以从0~9之间循环计数。4个74LS90之间通过前一位的高位信号向后一位的CP端输入信号来实现进制;59.99秒计时下，最高位的6进制可通过恰当的方法实现，从而在0~5之间循环计数。

2)启动/清零原理：根据74LS90的功能表，可在特定情形下实现数码管的清零和再启动。

3)暂停/连续原理：有脉冲输入，计数器正常计数；无脉冲输入，计数器暂停计数。

4 设计过程

4.1脉冲源

本设计采用555定时器作为秒脉冲发生器，其引脚图如下图所示

图3 555定时器引脚图图4 多谐振荡器

图4所示是本设计要用到的由555定时器构成的多谐振荡器。R2、R1和C是外接元件。刚接通电源时，Uc=0，U0=1。当Uc升至2/3Vcc后，比较器C1输出低电平(为0)，基本RS触发器置0，定时器输出u0由1变为0。同时，三极管T 导通，电容通过R2放电，Uc下降。在 1/3Vcc

图5 工作波形图

调整脉冲频率：调节电位器，使在输3获得频率为100Hz的矩形波信号，当

基本RS 触发器Q=1时，门5开启，此时100Hz脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器的计数输入端上。

振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。第一个暂稳态时间t w1为电容C的电压Uc从1/3Vcc充电2/3Vcc至2/3Vcc所需时间t w1≈0.7(R1+R2)C第二个暂稳态时间t w2为电容C的电压从2/3Ucc放电至1/3Ucc所需时间t w2≈0.7R2C，设计时使周期为0.01s。

4.2显示器

本设计采用共阴极数码显示，是由7个发光二极管构成特定的“8”字的形状，如下图所示

图6 显示器原理图

如上图所示，a~g 分别表示“8”的7条边，h表示小数点，3.8为共阴极接地（一端接地即可），本次设计用的是LG5011AH，对应的管脚和二极管简单列举如下:

表1 管脚和发光二极管对应表

注：1.小数位本次设计未涉及，未列出；

2.3.8为共阴极接地，即GND；

4.3译码器

本设计采用74LS48进行译码，译码的作用在于将7段输入的数码管改为4段输入的数码管，这样做才可与74LS90的4段输出在数码管上显现出来，达到