数字式秒表课程设计

《数电设计》课程设计报告

题目数字式秒表

学院（部）理学院

专业电子信息科学与技术

学生姓名孟涛涛

学号2

前言

如今，信息正是一个高度发展的产业，而数字技术是信息的基础，数字技术是目前发展最快的技术领域之一，数字技术在数字集成电路集成度越来越高的情况下，开发数字系统的使用方法和用来实现这些方法的工具已经发生了变化，但大规模集成电路中的基本模块结构仍然需要基本单元电源电路的有关概念，因此用基本逻辑电路来组成大规模或中规模地方法仍然需要我们掌握。

二进制数及二进制代码是数字系统中信息的主要表示形式，与，或，非三种基本逻辑运算是逻辑代数的基础，相应的逻辑门成为数字

电路中最基本的元件。数字电路的输入，输出信号为离散数字信号，电路中电子元器件工作在开关状态。除此之外，由与，或，非门构成的组合逻辑功能器件编码器，译码器，数字分配器，数字选择器，加法器，比较器以及触发器是常用的器件。

与模拟技术相比，数字技术具有很多优点，这也是数字技术取代模拟技术被广泛使用的原因。

此次课设更是加深了我们对数字技术的理解和认识。

目录

一．前言

二．内容摘要

三．关键字

四．技术要求

五．方案论证与选择

1.方案论证

2.总框图

（一）控制电路

（二）0.01秒脉冲发生器

（三）复位电路

（四）译码显示电路

1.计数器74LS160

2.译码器7447

3.七段数码管（LED）

六．电路图及电路工作原理

元件清单

七．课设存在的问题及解决

八．心得体会

九．参考文献

二．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。

三. 关键字

计数器，译码器，显示器，555定时器构成的多谐振荡器，基

本R-S触发器

四．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。

五．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。

2.总框图：

在设计一个数字系统时，首先应根据要求，设计出总框图，然后按框图设计具体电路，这样可避免在设计过程中产生错

误。按照设计原理，数字式秒表的电路总框图如图1所示

图1总框图

（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。

控制电路

0.01秒

脉冲发生器

与

非

门

计数译码显示

复位电路

（二）0.01秒脉冲发生电路

上图为555定时器的管脚图。

图(a) 555组成的占空比可调的多谐振荡器

图(b)工作波形

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。

图（2）0.01秒脉冲发生电路。

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。