电子秒表的设计.doc

电子秒表的设计目录一、要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2二、的目的与作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2三、的具体体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 21.子秒表的基本成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 32. 子秒表的工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 33. 子秒表的原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 44.元路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 45.仿真与 PCB制版⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 12四、心得体会⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17五、附⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18六、参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20一、设计要求1.以 0.01 秒最小位行示。

2.秒表可示 0.01 ～59:59:99 秒的量程。

3.秒表具有清零、开始、停止功能。

二、方案方案一：通过单片机来实现电子秒表基于 51 单片机电子秒表，设计简单，而且技术准确，缺点是价格相比于数字电路实现的秒表技术要昂贵。

方案二：采用数字电路来实现秒表计数，优点是价格便宜，计数精确，反应较快，缺点是，电路芯片较多，设计电路复杂。

经过比较选择了较为经济适用的数字电路。

二、设计的目的与作用1.培养我们运用有关课程的基础理论和技能解决实际问题，并进一步提高专业基本技能、创新能力。

通过课程设计，学习到设计写作方法，能用文字、图形和现代设计写作方法系统地、正确地表达课程设计和研究成果。

2.熟悉 555 方波振荡器的应用。

3.熟悉计数器的级联及计数、译码、显示电路的整体配合。

4.建立分频的基本概念。

三、设计的具体体现1.电子秒表的基本组成电子秒表电路的基本组成框图如图所示，它主要由基本RS 触发器、多谐振荡器、计数器和数码显示器 4 个部分组成。

电子秒表电路的基本组成（方框图）如下：基本 RS触发器多谐振荡器计数器图（ 1）电子秒表基本组成方框图2.电子秒表的工作原理单稳态触发器译码显示器由 555 定时器构成多谐振荡器，用来产生 50Hz 的矩形波。

第Ⅰ块计数器作 5 分频使用，将 555 输来的 50Hz的脉冲变为 0.1秒的计数脉冲，在输出端Qd 取得，作为第 2 块计数器的始终输入，第 2、第 3 块计数器 QA与 CP2相连，都已接成8421 码十进制计数电路，第4块接成六进制形式，其输出端与译码显示器的相应输入端连接，可显示00:00 ：00—— 59:59:99s3.电子秒表的原理图图（ 2）原理图4.单元电路设计（ 1）由 NE555P组成的多谐振荡器 ( 多谐振荡器 )ne555 是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。

ne555 的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。

ne555 时基电路有两种封装形式有，一是dip 双列直插 8 脚封装，另一种是sop-8 小型（ smd）封装形式。

其他h a17555、lm555、ca555 分属不同的公司生产的产品。

内部结构和工作原理都相同。

ne555 的内部结构可等效成23 个晶体三极管 .17 个电阻 . 两个二极管 . 组成了比较器 .RS 触发器 . 等多组单元电路 . 特别是由三只精度较高 5k 电阻构成了一个电阻分压器 . 为上 . 下比较器提供基准电压 . 所以称之为 555。

555内部结构及引脚如下图所示：图（ 3）555 内部结构及引脚图(A)、 555 时钟电路可以构成多谐振荡器，真值表如下：RST THR TRI OUT TD0 X X 0 导通1 >2\3VCC >1\3VCC 0 导通1 <2\3VCC >1\3VCC 不变不变1 <2\3VCC <1\3VCC 1 截止1 >2\3VCC <1\3VCC 1 截止表（ 1） 555 功能真值表注明： 6 脚为 THR，触发器输入端，低电平有效。

2 脚为 TRI，阀值输入端，高电平有效。

4 脚为 RST，总复位端，低电平有效。

7 脚为 DIS，放电端。

5 脚为 CON，控制端。

1 脚接地， 8 脚接电源。

3 脚为输出端。

TD为内部三极管。

(B)时钟信号产生电路图（ 4） 555 组成的多谐振荡器NE555 定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。

利用闭合回路的反馈作用可以产生自激振荡。

TTL电路延迟时间短，难以控制频率。

电路接入RC回路有助于获得较低的振荡频率，由于门电路的作用时间极短，TTL 电路自有几十纳秒，所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的，而且频率不易调节。

在电路中接入RC 电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R，C 的数值可以很容易实现对频率的调节。

振荡电路是数字秒表的核心部分，电容充放电的速度决定了电路的振荡频率R1 .R 2 .C 决定了多谐振荡器的周期，即决定了形成的方波的频率利用闭合回路中的负反馈作用可以产生自激振荡，利用闭合回路中的延迟负反馈作用也能产生自激振荡，只要负反馈作用足够强。

为了得到频率更加准确的频率信号，加入了电容和电阻，其中电容为0.01uf 和 0.1uf ，电阻为 100K 欧姆。

（ 2）基本 RS触发器图（ 5）RS触发器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、复位的功能。

它的一路输出作为单稳态触发器的输入，另一路输出作为与非门的输入控制信号。

按动按钮开关 J1（接地），则门 1 输出 =1；门 2 输出 Q=0，J1 复位后 Q、状态保持不变。

再按动按钮开关J2，则 Q由 0 变为 1，门 5 开启，为计数器启动作好准备。

由1变为0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。

基本RS 触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作.（ 3）单稳态触发器图（ 6）单稳态触发器电路用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。

单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Vi 由基本 RS 触发器端提供，输出负脉冲Vo 通过非门加到计数器的清除端R。

静态时，门 4 应处于截止状态，故电阻R 必须小于们的关门电阻R off。

定时元件RC 取值不同，输出脉冲宽度也不同。

当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的Rp和 Cp。

单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。

（4）计数及译码显示（A） 74L160(计数器 ) 简介74LS160是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能它的引脚功能如下：图（ 7） 74LS160引脚图功能表如下：当清零端 CR=“0”，计数器输出Q3 、 Q2 、 Q1 、 Q0 立即为全“0，”这个时候为异步复位功能。

当CR=“1”且 LD=“0”时，在 CP 信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3 ， D2 ， D1 ， D0的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CR=LD=EP=ET=“ 1”、CP 脉冲上升沿作用后，计数器加1。

74LS161还有一个进位输出端CO ，其逻辑关系是CO= Q0· Q1·Q2·Q3·CET 。

合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

（B）十进制加法计数器 74LS160与译码显示器构成电子秒表的计数单元图（ 8）电子表秒计数单元电路5.设计仿真与 PCB制版1.、将各部分电路在 MULTISIM11中连接并进行仿真（ 1）时钟发生器的仿真用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节滑动变阻器，使输出 100Hz矩形波。

仿真结果如下：图（ 9）多谐振荡器信号波形图（ 2）与非门基本 RS触发器的仿真用示波器观察基本RS 触发器的波形图如下（先闭合 J1 后再打开J1，再闭合 J2 后再打开）。

仿真结果如下：图（ 10）RS触发器仿真图(3)单稳态触发器的仿真将启停电路单元的按钮按下, 则此电路输出一个有效信号（负脉冲），但持续时间很短。

仿真结果如下：图（ 11）单稳态触发器波形（4）计数电路的仿真仿真结果如下 :图（ 12）计数单元的仿真2.电子秒表的整体测试各单元电路测试正常后，按总图把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体仿真。

仿真结果如下：图（ 13）电子秒表总体仿真图3.PCB 版电路电路制作在 MULTISIM11画好电路图，仿真成功以后，设置个原件封装，直接导出网络表。

在 protell99se 中导入生成的网络表截图可见电子秒表网络表（2） PCB制版PCB制版图四 . 心得体会经过这次的数字电子秒表课程设计后，我从中学到了好多东西。

综合我们上一个学期的数字电子技术基础课，我们已经对数字电子技术有一定的了解，主要是我们熟悉了protell99se软件和 multisim11 两个软件。

加上之前学过的电路课和模拟电子技术基础课，我们可以独立完成电路 CAD基础课程设计了。

不过，在课设当中还是遇到许多不懂的问题，都积极向老师同学请教，基本都攻克了难题。

学会了设计数字电子电路的一般方法，还进一步熟悉数字电子器件的使用。

课设过程中遇到的问题 :1、在绘制电路图的过程中对数电中学习过的 555 芯片不是很熟悉，通过上网查找，发现 555 产生方波的参数方程为 T=1.1RC，这是一个很关键的方程，调节 RC可以改变方波周期，使我能够顺利的得到 100HZ的方波。

2、在生成网络表后，在protel99se 中导入网络表，产生许多问题，例如： multisim 中的封装名跟 protel 中的不一样，或者是封装原件没有，最关键的问题是在pcb 板上有好几个74ls160 ，考虑怎么能减少，将各个与非门合并到一个74ls160中，进过向老师请教，修改了原来的电路原理图，找到了解决办法，从新生成网络表，在pcb 中减少了 4 个 74ls160 ，感觉原件减少了许多。

这个课程设计课我还不是很熟悉，第一次做难免会感到陌生，而且对很多基本的东西都不是很清楚，在一定程度上影响了我们的课程设计的质量，希望能在以后的时间里认真学习好这些基础的东西。

我对这个课程设计课有着深刻的体会：要想做好这个课程设计，就必须认认真真地去做，不要怕麻烦，遇到不懂的问题就要主动去问同学或者老师。

最后我希望课程设计课能够再多一点给我们提供动手的机会，并让我们多点发挥主观能动性和创造能力，这样可以在学到东西的同时又能发散大家的思维。

总之，通过这次练习我有了很多收获。

在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。