数电课程设计数字电子秒表设计
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永州职业技术学院
课
程
设
计
课程名称：数字电子技术
题目：时钟脉冲与计数系统的设计系、专业：电子系、应用电子专业
年级、班级：10级电子大专班
学生姓名：赵恒
指导老师：祝敏
时间： 2011年01月
目录
1. 引言 (1)
1.1设计目的 (1)
1.2设计要求 (1)
2. 电路分析 (2)
2.1设计电路图 (2)
2.2电路分析 (3)
2.2.1时钟脉冲发生器 (3)
2.2.2计数器 (5)
2.2.3译码器 (6)
2.2.4数码管 (7)
3. 设计步骤 (7)
3.1设备与元件 (7)
3.2测试调整 (7)
3.2.1时钟发生器的测试 (7)
3.2.2计数器的测试 (7)
3.2.3电子秒表的整体测试 (8)
3.2.4电子秒表准确度的测试 (8)
4. 参考文献 (8)
5. 设计心得 (8)
数字电子秒表设计
1. 引言
电子秒表在生活中的应用,它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。
1.1 设计目的
1.建立数字电子电路系统的基本概念；
2.运用CD4060分频器的应用，计数器的级联及其计数、译码、显示电路的整体配合；
3.建立分频的基本概念。
1.2 设计要求
设计一个数字电子秒表，该秒表具有显示功能和清零、开始计时、停止计时等功能。
设计的要求如下：
1.以1秒为最小单位进行显示；
2.秒表可显示0～9秒的量程；
3.该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能；
4．除了以上功能，个人可根据具体情况进行电路功能扩展。
1.3 设计内容
1.搭接电子秒表的整体设计电路；
2.校准0.1秒信号源；
3.测试电子秒表清零、开始计时、停止计时功能。
2. 电路分析
图 2.1.1 电子秒表电路图
2.2 电路分析
图2.1.1是电子秒表完全的电路图，按功能可以分成四个单元电路进行分析，由时钟脉冲发生器、计算器、译码器和数码管组成。其原理方框图如图2.2.1所示。
2.2.1 时钟脉冲发生器
555 定时器是模拟 — 数字混合式集成电路，利用它可以方便地构成脉冲产生、整形电路和定时、延时电路。用555定时器构成的自激式多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。调节电位器 R p ，使在输出端3获得频率为50HZ 的矩形波信号。
（一）555 定时器的电路结构及其功能
图2.2.2为 555 定时器的内部逻辑电路和外引脚图，从结构上看， 555 电路由 2 个比较器、 1 个基本 RS 触发器、 1 个反相缓冲器、 1 个集电极开路的放电晶体管和 3 个 5k Ω 电阻组成分压器组成。
（二）555定时器的逻辑功能
图2.2.2 555 逻辑电路图和引脚图
图 2.2.3 多谐振荡器电路
多谐振荡器如图2.2.3所示。当电路刚接通电源时，由于C (C1//C2)来不及充电，555电路的2脚处于零电平，导致其输出3脚为高电平。当电源通过R1、Rp向C充电到Vc≥Vcc时，输出端3脚由高电路平变为低电平，电容C经R1和内部电路的放电开关管放电。当放电到Vc≤Vcc时，输出端又由低电平转变为高电平。此时电容再次充电，这种过程可周而复始地进行下去，形成自激振荡。图2.2.4是输出端及电容器C上电压的波形。
图 2.2.4 波形图图 2.2.5多谐振荡器电路
振荡频率的估算：（为了电路更直观，见图2.2.5）
（1）电容充电时间T1。电容充电时，时间常数τ1=（R1+R2）C，起始值v C（0+）=
cc
V
3
1，
终了值v C（∞）=V CC，转换值v C（T1）=
cc
V
3
2，带入RC过渡过程计算公式进行计算：C
R
R
V
V
V
V
T
v
v
v
v
T
CC
CC
CC
CC
C
C
C
C
)
(7.0
2
ln
3
2
3
1
ln
)
(
)
(
)
0(
)
(
ln
2
1
1
1
1
1
1
+
=
=
-
-
=
-
∞
-
∞
=
+
τ
τ
τ
（2.2.1）
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
)
2
(7.0
)
(7.0
R
R
R
R
C
R
R
C
R
R
T
T
q
+
+
=
+
+
=
=
（2.2.4）
（2）电容放电时间T2
电容放电时，时间常数τ2=R2C，起始值v C（0+）=
cc
V
3
2，终了值v
C
（∞）=0，转换值
v C（T2）=
cc
V
3
1，带入RC过渡过程计算公式进行计算：
C
R
T2
2
7.0
=
（3）电路振荡周期T