电子秒表——精选推荐

一引言
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，人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。

秒表的设计是由555芯片提供的，秒表时间由相关的电阻与电容的大小决定。

除了时间的设计精确外，秒表还在功能上有所改变，如实现倒计时。

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。

目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通信等各个领域。

例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高、功能强，而且容易实现测量的自动化和智能化。

随着集成技术的发展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。

随着现代社会的
电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电路课题设计的进行使我们有了这个非常好的机会，通过这种综合性训练，我们的动手能力、实际操作能力、综合知识应用能力得到了更好的提升。

本设计是基于数字电路和模拟电路的电子秒表的设计思路及实现方法。

本设计中，充分利用数字电路的计数、译码、显示的优良特性，使整个设计达到了比较满意的效果。

本设计主要有时基产生电路、电源、分频电路、计数与译码电路（包括显示电路）、开关按钮电路组成。

所设计的电子秒表达到了设计要求的各项指标，并且在这个基础上进行了功能扩展。

这次设计中不但对以前的知识进行巩固，而且学会了更多的新知识，提高思维、强化动手能力，能够更好地适应和走上工作岗位，为以后的就业打下一定的基础。

论文摘要：
本课程设计论文通过电子秒表的设计，给出了以555定时器为核心，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。

此系统具有随时启动、停止以及清零功能。

关键词： 555定时器分频计数译码数码显示
二．电子秒表电路的组成：
（1）． 555时钟发生模块（555构成基准脉冲器，555集成块和电阻，电容，滑动变阻器组成）
利用555定时器实现的多谐振荡电路能够完成时钟信号发生器的功能，通过调节电路中的可变电阻使多谐振荡器的信号频率为50HZ.
(2).输出及显示模块（数码管及74LS47和电阻构成）
两个74LS47分别连接成十进制计数器，一个输出十分之一秒，
一个输出秒，并通过两个译码器显示0.1-9.9秒的秒表数值。

（3）分频电路模块（74LS90S）
利用74LS90将输出为50HZ频率的时钟脉冲进行分频变为10HZ
的信号输出，即周期为0.1秒。

(4) 控制电路（利用开关控制74LS90）
四角开关控制74LS90的输出,完成电路的控制。

三．电子秒表单元电路的设计
设计方案：（功能及技术指标）：
此设计需要产生555定时器1个，分频部分SN74LS90芯片1块，
计数部分SN74LS90二—五-十进制加计数器2块，译码部分SN74LS47-
七段锁存2块译码驱动器，显示（LED）2个。

根据要求实现秒表具
有随时停止和启动功能，秒表最大读数为9.9秒。

本设计的总思路是利用一个振荡器，产生一个时钟脉冲，信号经
过分频之后分两步计数，一路低位计数0.0—0.9秒，另一路是高位
计数0—9秒，然后，将产生的信号通过译码电路，将位计数0.0—0.9
秒和高位计数0—9秒利用显示器来显示。

（1）基准脉冲器
根据设计要求，最小单位为0.1秒，为减小计时误差，依次脉冲源产生100Hz信号。

此信号用555计时器构成的多谐振荡器产生。

根据公式频
率f=1.44/[（R1+2R2）C1设置合适的阻容参数，使脉冲源产生100Hz的脉冲信号。

如图所示：
555资料：
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器
件。

一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称
为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。

555
定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~
18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CM
OS 或者模拟电路电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，
就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产
生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电
器、电子测量及自动控制等方面。

555 定时器的电路框图和外引
脚排列图分别如图所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值
串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。

它
提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置1，使输出端 OUT=1。

如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

555引脚图及功能表
555构成的单元电路：
（2）计数及译码显示
二—五—十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，首先用一个74LS90对多谐振荡器产生的100Hz的脉冲信号进行十分频，然后，将输出端QD 取得周期为0.1S的矩形脉冲送入图二中右边的计数器中，图中两计数器都接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.1～0.9秒；1～9.9秒计时。

74LS90资料
A．将输出Q A与输入B相接，构成74LS47码计数器；B．将输出Q D与输入A相接，构成74LS47码计数器；
C．表中H为高电平、L为低电平、×为不定状态。

74LS90逻辑电路图如图上图所示，它由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成，整个电路可分两部分，其中F A触发器构成一位二进制计数器；F D、F C、F B构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中和置位（置“9”）端S1、S2。

74LS90具有如下的五种基本工作方式
（1）五分频：即由F D、F C、和F B组成的异步五进制计数器工作方式。

（2）十分频（8421码）：将Q A与CK2联接，可构成8421码十分频电路。

（3）六分频：在十分频（8421码）的基础上，将Q B端接R1，Q C 端接R2。

其计数顺序为000～101，当第六个脉冲作用后，出现状态Q
Q A=110，利用Q B Q C=11反馈到R1和R2的方式使电路置“0”。

C Q B
（4）九分频：Q A→R1、Q D→R2，构成原理同六分频。

（5）十分频（5421码）：将五进制计数器的输出端Q D接二进制计数器的脉冲输入端CK1，即可构成5421码十分频工作方式。

此外，据功能表可知，构成上述五种工作方式时，S1、S2端最少应有一端接地；构成五分频和十分频时，R1、R2端亦必须有一端接地。

计数译码显示如下图所
（3）控制部分
74LS47是BCD-7段译码器/驱动器是数字集成电路，用于将BCD 码转化成数码块中的数字，然后我们能看到从0-9的数字。

译码器原理（74LS47）
译码为编码的逆过程。

它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。

实现译码的逻辑电路成为译码器。

译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。

74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。

表如下图所示：
输入输出显示数字符号
LT(——) RBI(——-) A3 A2 A1 A0 BI(—)/RBO(———)
a(—) b(—) c(—) d(—) e(—) f(—) g(—)
1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0
1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1
1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2
1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3
1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4
1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5
1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6
1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7
1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8
1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9
X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭
1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭
0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8
(1)LT(——)：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT(——)=0时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。

(2)BI(—)：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

BI(—)=0时。

不论LT(——)和输入A3 ，A2 ，A1，A0为何种状态，
译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。

(3)RBI(——-)：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时，本应显示0，但是在RBI(——-)=0作用下，使译码器输出全为高电平。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

(4)RBO(———)：灭零输出，它和灭灯输入BI(—)共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。

74LS47管脚如图所示：
74LS47与数码管的连接：
74LS47与数码管连接显示：
(4) 单脉冲发生器
A. 由基本RS触发器构成的单脉冲发生器为节拍信号发生器提供时钟脉冲。

每按动一次开关，Q端就产生一个单脉冲，用以控制三种工作状态的转换。

用集成与非门构成的基本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。

按动按钮开关A（接地），则输出＝1；B复位后Q、状态保持不变。

再按动按钮开关A ,则输出由0变为1，使移位寄存器置入 0001, 为计数器清零。

再次按动B、A使移位寄存器向右移位，经与多谐振荡器产生的脉冲相与后开始计时，再次按动B、A，移位寄存器的QC置1，使计数器停止计数。

B. 用两个开关控制计数器的启动和清零，两个开关控制
74LS90和74LS47的功能启动。

如下图所示：
如果利用基本RS触发器控制电路太复杂，利用开关控制计数和分频显示比较方便，所以我采用开关控制电路。

(5) 数码管
数码管采用共阳极连接，完成显示数据部分，从0.1-9.9秒的显示。

数码管有共阳和共阴两种接法，共阳数码管接法的公共端接在电源的正极，共阴数码管接法的公共端接在电源的负极，自己设计电源的连接方式，自己设计合理的布局，让电路完美实现所要达到目的，（6）整个电子秒表电路的布局系统
[1] 基本框架
[2]基本布局
四．PCB板的设计
在任何设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节,此过程非常重要，关系到整个设计的外观是否好看。

如果设计方法不当，PCB 可能会造成电子秒表参数的精确性，比如数码管显示有缺损段码、读数不正确等。

以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析：
从原理图到PCB的设计流程：建立元件参数－>导入原理网络表->设计参数设置->手工布局->手工布线->验证设计－>复查->CAM输出。

参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。

最小间距至少要能适合承受的电压,在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。

焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。

当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易翘皮，而且走线与焊盘不易断开。

元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。

例如,如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。

布局时要符合的原则：
首先要考虑PCB尺寸大小，本设计的电路板形状为矩形,长宽比为3：2，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。

放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。

以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局，易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件尽量远离。

元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接，稳定芯片性能的电容尽量靠近芯片。

在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。

一般电路应尽可能使元器件平行排列。

按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号可能保持尽一致的方向。

布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时，注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起。

尽可能地减小环路面积。

进行全局布线的时候,还须遵循以下原则：
（1）布线方向：从焊接面看,元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致,布线方向最好与电路图走线方向相一致。

（2）设计布线图时走线尽量少拐弯,印刷弧上的线宽不要突变,导线拐角不能90度,力求线条简单明了。

（3）印刷电路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。

（4）跳线应为红色，焊盘大小横坐标、纵坐标都为100mil，否则钻的孔不够大，跳线接不上，跳线尽可能短而且为直线。

五．调试过程和效果分析：
1.调试过程：
本次设计中，调试是一个重大的过程，调试的好坏就直接关系了作品的成功与否。

在设计电子秒表的过程中，我不断地调试，不断地改进，从一个发现问题到解决问题的过程。

从调试来看，要做到分模块调试。

分模块调试中，先从电源开始调试。

电源是整个设计首先要解决的问题，主要是看电源电路的输入输出是否正常，是否是+5V，当电压的波动较大时，要看整流电路是否正确，否则电压过大电路元件可能会烧坏。

时基产生电路的调试。

555定时器是否起振关系到整个电路的功能，用示波器探头，正极接555定时器的3脚，负极接地，起振则在3脚有方波输出。

分频电路的调试。

SN74LS90本设计是按五分频来接的，由于555定时器产生0.02S的时钟信号，通过SN74LS90的分频产生0.1S的脉冲信号。

SN74LS90的输出信号关系到电子秒表的精确度，所以此部分的设计很关键。

计数部分与译码电路的调试。

SN74LS90计数通过74LS47译码转化为共阳数码管段码，然后显示。

开关按钮电路的调试。

这部分的调试工作有两方面，第一是要
调试启动、停止按钮是否能实现，第二要调试SN74LS90能否正常受开关控制，要达到清零功能则要先按停止键再按清零键。

2.效果分析
通过调试电路，使其达到预期的效果,实现0.1秒-9.9秒秒表计时，符合电子技术课程设计的要求，利用555定时器制作输出频率50HZ时钟发生器，通过分频电路，输出周期为0.1秒的计时脉冲。

利用计数器接受分频电路输出的计数脉冲，并通过数码管显示器输出来。

要求使用基本RS触发器及其他外围电路制作电子秒表的控制开关，在实现“开始计数”，“停止并保持计数”和“清零并准备重新开始计数”的功能，但是没有找到合适的元器件，我利用两个开关实现对电路的全面的控制。

六、元器件清单：
1. 数码管（2个）
2. 555集成块（1个） 8脚的管座（1个）
3. 74LS90集成块（3个） 14脚的管座（3个）
4. 74LS47集成块（2个） 16脚的管座（2个）
5. 电阻 R1=100K R2=1K R3=1K (3个)
6. 电位器 RS=100K (1个)
7. 电容 C1=0.1U C2=0.022U C3=0.01U (3个)
8. 四脚开关（2个）
9. 电源套（1个）
10. 四块电池
11. 电源插针（1个）
12. 铜板和一些导线
13. 腐蚀剂和砂纸
14. 电烙铁和助焊剂（松香）
七. 体会总结：
我的课程设计是设计一个电子秒表。

电子秒表的功能其实很简单呢，就是进行从0.1秒到9.9秒进行计时。

我们可以控制电子秒表的暂停与清零电路的原理图大体可以分为五个板块
数码显示板块，计数器实现秒表计数板块，分频电路输出0.1秒计数脉冲板块，555定时器实现时钟电路板块，控制电路板块。

下面我逐一分析一下自己在每一个板块设计过程中的思路与错误。

设计电路之前，我先复习查看了学过的数字电路，对多谐振到那个电路，计数器，锁存器及基本门电路进行了复习。

示波器，数字信号发生器的使用及所用到的芯片的引脚与功能进行了复习。

我首先设计的是555多谐震荡电路。

这个电路对我来说已经不陌生了，我初步计划用电位器实现。

因为电位器的阻值可以调节。

后来发现用固定电阻没有什么区别。

根据我想要输出的震荡频率，我计算了参数分别是：R1 100K欧，R2 85.7K欧，C 1UF.连好电路接上示波器进行监视，发现多谐震荡电路输出的不是方波。

而有许多的尖脉冲。

我查看了电源与接地线，都没有什么问题。

我又把参数修改了一下，
将85.7K的电阻改成了85.7143K.接上示波器进行监视，终于有了方波。

原来参数的选择是多么的重要。

我设计的第二个板块是74LS90实现的分频电路。

仍然是用示波器进行监视。

我先把一个波形产生器接到了分频电路的输入端，用标尺读出一个周期的时间，正好是0.1秒。

这个板块相对简单，没有遇到什么问题。

控制电路的设计破费周折。

我想到了用一个基本RS触发器存储电路的两种状态。

再用一个开关控制计数器的清零。

在设计的过程中要保证基本RS触发器不能进入不定状态，即两个开关不能同时闭合。

但是题目要求的是用单稳态进行控制。

为什么要用单稳态？单稳态比之于开关有什么优点？如果用单稳态进行控制，是用门电路单稳态还是用555连成的单稳态。

单稳态电路是常见的脉冲整形和延时电路，其功能特点是：
1电路有一个稳态，一个暂态
2在外来触发信号的作用下，电路由稳态翻转到暂态
3暂态是一个不能长久保持的状态，由于电路持续时间取决于参数的选择，经过时间后，电路会自动返回到稳态。

明确了单稳态电路的特点，为什么选用点稳态来控制清零信号也就很清楚了。

清零脉冲发出后，电路进入暂态。

经过设定的时间后，电路又会自动回到原来的状态，即计数状态。

这样的设计也比较符合实际情况。

控制电路设计中的一个难点是如何选择两个开关的闭合顺序，即两个开关的四种状态各代表什么控制命令。

并且保证电路能够循环工作。

经过查阅资料。

我了解到，在基本RS触发器输入端介入两个电阻可以提高系统工作的稳定性。

最后一个板块是电子秒表的显示端，也就是用户看到的界面。

我选用了两个十进制数码显示器对两个计数个器的输出进行显示。

每一个板块设计好之后，进行方案的调试。

我调试的方法是逐个调试，逐级调试。

先对每一个板块进行调试。

控制电路的调试方法；在触发器的输出端接灯泡。

通过两个开关的开合观察灯泡的亮暗是否符合真值表。

单稳态触发器的调试；在555的输入端接入方波发生器，输出端接入示波器，示波器的A通道接555的输出端，B通道接555的输入端，这样可以清楚地看到输出的变化，如果出现的波形不理想，就调节方波发生器的频率。

计数器的调试方法；将计数器的输入端接入方波发生器，输出端接入数码显示器和示波器，观察在脉冲下降沿到来时输出的变化。

每一个板块测试成功之后，我将振荡器代替方波发生器连在计数器的输入端，观察输出的变化。

将控制电路与单稳态电路连在一起。

最后把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体测试；
说明如下:通过这次课程设计，我学到了好多东西；
首先是加深了对课本基础知识的理解其次理解了做一个大的电
路设计时应该遵循的思路和方法。

最后，本次设计过程中，通过查阅
相关书籍，上网搜索相关资料。

拓展了自己的知识范围。

MULTISIM 软件中有好多东西都是再这次课程设计中自己学会的。

了解芯片的功能与使用。

培养了自己严谨认真的习惯。

一个复杂的电路原理图，设计到很多的线与器件，任何一根线连接错误，都有可能导致输出不正确。

连线的时候，要特别注意结点。

有时候一个小小的结点，就导致输出的不正确。

当然做完之后要保存。