电路课程设计

目录

一、目录

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

①控制电路

②0.01秒脉冲发生器

③译码器显示电路

3、选择元器件

①计数器74LS160

②译码器74LS48

③七段数码管（LED）

④555定时器

六、电路图及工作原理

七、存在的问题及解决

八、心得体会

九、参考文献

二、内容摘要

数字式秒表是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，无机械装置，具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字式秒表从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。该秒表最大计时值为99分59.99秒，“分”和“10毫秒”为一百进制计数器组成，“秒”为六十进制计数器组成。

该数字计数系统由直流电源、计数电路、0.01秒脉冲发生电路、计数控制电路、锁存译码及数码显示电路组成。其中核心的部分为0.01秒脉冲发生器、计数、译码及显示电路部分，而其它部分是为了使电子秒表功能更加完善而采取的附加控制部分。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。

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. 设计并制作符合要求的电子秒表。

2. 秒表由6位7段LED显示器显示，其中2位显示“min”，4位显示“s”，其中显示分辨率位“0.01S”。

3. 计数最大值到99min59.99s，计数误差不超过0.01s。

4. 具有清零、启动计数、暂停计时及继续计时等控制功能。

五、方案论证与选择

1、方案论证

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，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。采用串联方式构成，这种连接方式简单，使用元器件数量少。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100HZ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74LS47，则用来驱动共阳极数码管；如果选择74LS48，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。

其核心部分使用六个74160计数器采用串联方式构成，这种连接方式简单，使用元器件数量少。由于555定时器的比较器灵敏度较高，输出驱动电流大，功能灵活，再加上电路结构简单，计算比较方便，所以CP脉冲是由555多谐振荡

器产生的。数字式秒表实际上是一个频率（100HZ ）进行计数的计数电路。由于

数字式秒表计数的需要，故需要在电路上加一个控制电路，该控制电路清零、启

动计时、暂停及继续计数等控制功能，同时100HZ 的时间信号必须做到准确稳定。

通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。数字电子钟的总体图如图所示。由图

可见，数字电子钟由以下几部分组成：555振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；

防抖开关；秒表控制开关；一百进制秒、分计数器、六十进制秒计数器；以及百

分之一秒、秒、分的译码显示部分。

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

要实现秒表的清零功能。开始，清零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。长期在开关状态下工作的

高频开关电源容易受高次谐波的干扰，为了抵抗干扰，保持电路的稳定性，我们

引入了消抖电路。

消抖原理：具有锁存功能所致，由两个集成与非门元件构成。接在机械开关

K 后面，防止开关K

在打开和闭合时一些假信号串入逻辑电路。

秒表实现开始计时和停止计时，可通过一开关

控制脉冲的输出，如图： 0

．01秒脉冲发生器

七段数码管显示器 串电阻 译码器 100进制计数器 60进制计数器

秒表控制开关

当开关闭合时，实现秒表开始，当开关断开时，脉冲不能过去，所以74LS160不能工作，实现了秒表的开始跟停止。

②0.01秒脉冲发生器

发生器产生的十毫秒信号输入计数进行计数，并把累计结果以分，秒，毫秒的形式表示显示出来。振荡器是整个秒表的核心，它产生一个频率标准，其精度和稳定度基本决定了秒表的计时准确性和精度。由于555定时器的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活且电路结构简单计算简单。因此在本电路中采用NE555定时器构成的多谐振荡器作为振荡源，用来产生100HZ的脉冲信号。

原理图如上图所示，调节Rw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。

555定时器的频率和占空比尤其外部所接的电阻和电容共同决定，因此只要选择

好电容和电阻的参数就能够产生所需频率的脉冲。

接通电源后，电容C 被充电，当Vc 上升到2Vcc/3时，使Vo 为低电平，同

时放电三极管T 导通，此时电容C 通过R2和T 放电，Vc 下降。当Vc 下降到Vcc/3

时，Vo 翻转为高电平。电容器C 放电所需时间为

当放电结束时，T 截止，Vcc 将通过R2、Rp 、R1向电容C 充电，Vc 由Vcc/3上

升到2Vcc/3，所需时间为：

（2）

当Vc 上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电

路的输出端就得到一个周期性的矩形波，电路的工作波形如上图3.2.2所示，其

振荡周期为：

（3）

f = 1/T = 100Hz （4）

输出方波占空比为：

（5）

脉冲源电路的职能是为秒表提供脉冲源以驱动芯片74LS160工作。

用Multisim 仿真脉冲发生器电路