电子秒表电路实验报告1

电子技术课程设计

报告

设计题目：电子秒表

院（部）：物理与电子信息学院

专业班级：电子信息工程

学生姓名:

学号:

指导教师:

摘要

秒表应用于我们生活、工作、运动等需要精确计时的方面。它由刚开始的机械式秒表发展到今天所常用的数字式秒表。秒表的计时精度越来越高，功能越来越多，构造也日益复杂。

本次数字电路课程设计的数字式秒表的要求为：显示分辨率为1s/100，外接系统时钟频率为100KHz；计时最长时间为60min，五位显示器，显示时间最长为59m59.99s；系统设置启／停键和复位键。复位键用来消零，做好计时准备、启／停键是控制秒表起停的功能键。

针对上述设计要求，先前往校图书馆借阅了大量的数字电路设计方面的书籍，以及一本电子元件方面的工具书，以待查阅各种设计中所需要的元件。其次安装并学习了数字电路设计中所常用的Multisim仿真软件，在课程设计过程的电路图设计与电路的仿真方面帮助我们发现了设计电路方面的不足与错误之处。

关键字：555定时器十进制计数器六进制计数器多谐振荡器

目录

1.选题与需求分析 (1)

1.1设计任务 (1)

1.2 设计任务 (1)

1.3设计构思 (1)

1.4设计软件 (2)

2.电子秒表电路分析 (3)

2.1总体分析 (3)

2.2电路工作总体框图 (3)

3.各部分电路设计 (4)

3.1启动与停止电路 (4)

3.2时钟脉冲发生和控制信号 (4)

3.3 设计十进制加法计数器 (6)

3.4 设计六进制加法计数器 (7)

3.5 清零电路设计 (8)

3.7 总体电路图： (10)

4 结束语与心得体会 (12)

1.选题与需求分析

1.1设计任务

电子秒表在生活中可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.测定短时间间隔的仪表。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。

数字电子秒表是利用数字电子技术把模拟信号转换成数字信号来完成的，具有直观、准确性高的特点。

1.2 设计任务

1、秒表由六位七段LED显示器显示，其中一位显示“min”，四位显示“s”，其中显示分辨率为0.01s，计时范围为0～59分59秒99毫秒；

2、具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等功能；

3、控制开关为两个；启动（继续）/暂停计时开关和复位开关。

1.3设计构思

电子秒表需要一个脉冲产生电路，可以由LM555芯片实现，同时需要2个六进制和4个十进制的加法计数器，构成两位毫秒显示、两位秒数显示和两位分钟显示，由74LS160芯片实现。同时由于有六进制电路，所以需要与非门。同时需要六个译码显示数码管显示数字。

1.4设计软件

Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。是入选伯克利加大SPICE项目中为数不多的几款软件之一。Multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE模拟。

Multisim是以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

我们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样我们无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

此次课程设计采用此软件进行设计和仿真。

2.电子秒表电路分析

2.1总体分析

该电路需要2个六进制和4个十进制的加法计数器，一个555定时器组成的多谐振荡器。由555多谐振荡器产生100Hz的时钟脉冲作为脉冲源（即0.01s 为周期），通过与启动停止电路的作为信号源输入至第一个十进制计数器即0.01s位的计数器。然后进位至0.1s位的十进制加计数器，以此类推逐个进位。以此实现显示分辨率为1s／100，计时最长时间为60min，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s，最后通过6个译码七段显示LED数码管输出。

2.2电路工作总体框图

电子秒表电路主要由以下几部分构成，如图2.2 所示，有启动停止电路，脉冲电路，十进制计数电路，六进制计数电路，清零电路，译码显示电路。

图2.2 电子秒表电路框图

3.电子秒表各部分电路设计

3.1启动与停止电路

图3.1 启动与停止电路

当开关断开时，使LM555计时器无法向第一个74LS160芯片传递脉冲信号，从而使整个计数电路处于暂停状态；当开关闭合时，LM555计时器向第一个74LS160芯片传递脉冲信号，开始计数，使计时器处于启动状态。

因此这个开关为“启动/暂停”按键。

3.2时钟脉冲发生和控制信号

由集成电路定时器555与RC 组成的多谐振荡器产生矩形脉冲：

暂稳状态的脉冲宽度1t p ，即C U 从C

C U 31充电上升到C

C U 32所需的时间：

()()

C

R R L C R R t p *7.02n **21211+≈+≈

脉冲宽度2t p ，即C U 从C

C U 32

放电下降到C C U 31所需的时间：

C

R L C R t p *7.02n **222≈≈

振荡周期：()C

R R t t T p p *27.02121+=+=

因此，令Ω=K R 41,Ω=K R 52输出频率为100Hz 即T=0.01s ，则可求出

C=1.02μF 。

得下图3.2中100Hz 的555定时器构成的多谐振荡器：

图3.2 555定时器构成的多谐振荡器

根据图3.2，计算得，从3脚(OUT)可输出100Hz 的脉冲信号。