电子秒表课程设计

电子秒表

摘要

电子秒表是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，无机械装置，具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。它从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。本次实验所做电子式秒表由信号发生系统和计时系统构成,并具有清零,暂停功能。由于需要比较稳定的信号，所以信号发生系统555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器构成，信号频率为100HZ。计时系统由计数器、译码器、显示器组成。计数器由74 LS160构成，由十进制计数器组成了一百进制和六十进制计数器，采用异步进位方式。译码器由74LS48构成，显示器由数码管构成。清零,暂停功能由RS触发器构成防抖动开关。具体过程为：由晶体震荡器产生100HZ脉冲信号先进入计数器，然后传入译码器，将4位信号转化为数码管可显示的7位信号，结果以“分”、“秒”、“10毫秒”依次在数码管显示出来。该秒表最大计时值为59分59.99秒，“10毫秒”为一百进制计数器组成，“分”和“秒”为六十进制计数器组成。

关键词：计时精度计数器显示器

Abstract

Electronic stopwatch is the realization of a digital circuit technology,.It can realize the hour, minute, second timer.It does not have mechanical means and has a longer life, so it has been widely used. The principle is a typical digital circuit, which includes a combination logic circuit and a timing circuit. The experiments can be done by electronic stopwatch constituted by the signal system and timing system, and has cleared pause function. Due to the need of a more stable signal, the signal generating system is constituted by the 555 Timer with the resistors and capacitors, and the signal frequency is 100Hz. Timing system contains the counter, decoder, display. Counter 74 LS160 constituted by the decimal counter the decimal and sexagesimal counter, which uses asynchronous binary. The decoder from 74LS48 constitute display digital tube constitute Cleared, the pause function by the RS flip-flop. Its specific process: the 100Hz pulse signal generated by the crystal oscillator and first into the counter, and then the incoming decoder, a 4-bit signal is converted to 7-bit signal of the digital control can be displayed, the result by "minute", "second", "10 milliseconds" turn on the digital display. The stopwatch timing is 59 minutes, 59.99 seconds, 10 milliseconds is the 150 binary counter, "minute" and "second" is the six decimal counter.

Keyword:Timing accuracy counter display

目录

一设计任务与要求 .................................................. 错误!未定义书签。二方案设计与论证 . (1)

三单元电路设计与参数计算 (6)

（1）信号发生器单元电路 (6)

（2）计数器单元 (9)

（3）显示及译码单元电路 (12)

（4）控制单元电路 (14)

四总原理图及元件清单 (15)

五结论与心得 (17)

六参考文献 (18)

一、设计任务与要求

用74系列数字器件设计一个电子秒表,要求:

1.以0.01秒为最小单位进行显示。

2.秒表可显示0.01秒到60分钟的量程。

3.该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能，并能防抖动。

二、方案设计与论证

电子秒表实际上是一个频率（100HZ）进行计数的计数电路。由于秒表计数的需要，故要在电路上加一个控制电路，该控制电路清零、启动计时、暂停及继续计数等控制功能，同时需要一个分频电路把100kHZ分成100HZ的时间信号达到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。数字电子钟的总体图如下图1所示。由图可见，数字电子钟由以下几部分组成：555振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；秒表控制开关；一百进制秒、六十进制分计数器和六十进制秒计数器；以及秒、分的译码显示部分等

图1 总体设计方案框图

图1中，各单元电路的工作原理图下：

(1) 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。本次设计选用555定时器。

(2)显示电路:电子秒表，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59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。

(3)计数器: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。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。

(4)译码器: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，则用来驱动共阴极数码管；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。

(5)控制电路: 用集成与非门构成基本RS触发器，属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位、暂停的功能，并能防抖动。

三、单元电路设计与参数计算

本次课设中，我主要承担了信号发生器、计数器等单元电路的设计及仿真，以及PCB板的设计等任务，先将其内容详细介绍如下：

1.信号发生器单元电路

1.1用555定时器构成方波发生器

（1）555定时器引脚排列及功能表