电子秒表的设计报告

电子秒表电路设计实验报告

学生姓名：学号：

专业：科学教育年级、班级：04级5A班

实验项目：电子秒表电路设计实验类型：设计

实验时间：2006年11月28日

实验指导老师：实验评分：

一. 实验目的

1.进一步提高独立分析问题和解决问题的能力。

2.掌握数字系统的分析和设计方法。

3.对数字集成电路的综合应用有进一步的认识和理解。

二. 设计题目：制作一个简易的电子秒表

功能要求:

（1）具有两位数码显示。分别显示1/10秒和秒计数。

（2）有两个按键分别控制启动（开始计时）/停止和清零。功能表如下：

三、概述：

要完成题目要求的电子秒表功能，系统应具有如下几部分电路：

1、定时电路；题目要求最小计时单位为1/10秒，即100ms。这部分电路必须能

准确的产生周期为100ms（频率为10Hz）的时钟信号。

2、计时电路：题目要求系统具有两位显示器，分别显示秒和1/10秒信号。所以

本系统应具有两个十进制计数器，分别对定时信号进行计数，以产生1/10秒

和秒计数。系统计数范围从0.0～9.9秒。

3、显示译码驱动电路：将计数器的计数结果（BCD码）通过译码器译成七段显示

码并驱动LED数码管显示出来。

4、控制电路：根据题目要求，本电子秒表应具有两个按键。其中一个控制秒表

的启/停，本按键应有自锁功能，按一次启动计时，再按一次停止计时。另一

个按键控制清“0”，本按键不需自锁，按下时系统清“0”；放开时系统回复正常计时功能。系统电路结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

四、电路设计方案：

1、定时电路：系统的定时电路要求产生周期为100ms 的时钟信号。由于在此实验前我们没过555定时器，故可用时钟信号发生器来实现。

定时器是电子秒表的核心，其作用是产生一个标准频率10赫兹的脉冲信号。振荡频率的精度和稳定度决定了秒表的质量（如图2 ），图3为脉冲信号宽度。

时钟信号发生器 脉冲信号

图2 时钟信号发生器

2、 计时电路：本电路需要两位十进制加法计数器，对定时电路的时钟信号进行计数。可用

两片74LS160实现。74LS160是同步十进制加法计数器，其功能表如下：

应用两片74LS160组合级联可构成100进制计数器。其级联方式可分为串行进位方式和并行进位方式两种。串行进位方式接法如图3所示。

图3 串行进位方式连接图

在串行进位方式中，将高位的74LS160的CP与低位的进位端C相接，当低位计数器计满产生进位时就会给高位计数器一个脉冲，使高位计数器加1。

图4、并行进位方式连接图

并行进位方式接法如图4所示。它是将高低位计数器的CP接在一起并将低位计数器的进位C与高位计数器的EP接起来。当低位计数器尚未计满时，其进位端C输出低电平使高位计数器处于保持状态（不计数）；当低位计数器计满产生进位时，C输出高电平使高位计数器处于计数状态，定时脉冲一到高位计数器加1。同时低位计数器回零，C输出低电平，高位计数器又处于保持状态直到第二个进位脉冲的到来。

3、显示译码电路

显示译码电路根据显示器件的不同可有不同的器件选择，如74LS47（适合于驱动共阳接

法的LED数码管）和74LS48（适合于驱动共阴接法的LED数码管），本实验提供的器件为共阳LED数码管，所以选用74LS47。其电路为如下图5：

图5、74LS47与共阳LED数码管组成的译码显示电路

4、控制电路

系统要求具有清“０”和启／停按键。对于清零功能，根据计数器74LS160的功能表，我们知道，74LS160提供了清零引脚，只要将该引脚置低电平，计数器既实现清零功能。具体接法如图6。

图6、实现清零功能电路

对于启／停控制，我们从74LS160的功能表可知，当ET端为低电平，计数器将处于保持状态（停止记数）。当ET端为高电平且其他控制引脚均满足计数条件时，计数器才开始计数。我们可采用图１０的电路来实现启／停控制。当开关按下时，ET=“0”；放起时，ET=“1”。

图7、实现启/停功能的电路

五、应用EWB电子仿真软件进行设计仿真

1、定时电路的仿真调试

在计算机上运行ＥＷＢ并调出时钟发生信号仿真运行达到预定目标，电路产生周期为100ms 的时钟信号。

2、计时及控制电路。

按并行进位方式接法，电路工作正常。按串行方式接法，结果出现了当低位计数到“９”时，高位立即显示“１”的情况。经分析，原来74LS160的进位Ｃ属于超前进位。当低位计数到“９”时，进位端即产生一从“０”到“１”的跳变。而74LS160的CP输入端是上升沿有效的，此时高位的计数器即从“0000”变为“0001”了，所以出现了“19”的显示结果。要解决这一问题，只需将进位信号取反，使其后沿变成上升沿就行了。经调试，电路符合设计目标，如图8。

图8 改进后的串行进位示意图

3、显示译码电路

按设计方案接线，电路逻辑正常。

由上设计方案，该实现电子秒表功能的电路如下图9：

图9、实现电子秒表功能的电路

4、测试结果：

本电路通过两个开关1、2来实现电路的控制启动（开始计时）/停止和清零，其测试结果为：

第一个数码管显示的是1/10秒，第二个数码管显示的是1秒，测试结果为：两个数码管显示的数字为00－99，即系统计数范围从0.0～9.9秒。

由此可知，该电路测试结果正确。

八、总结

通过了本次综合实验，我学会了运用EWB电子仿真实验软件，能够运用理论课学习到的知识，组合设计电路完成特定任务。这不仅让我巩固了理论课学习的知识，锻炼了动手能力，更是增强我对数字电子技术这门课的兴趣。