电子秒表的设计

电子秒表的设计

目录

一、设计要求 (2)

二、设计的目的与作用 (2)

三、设计的具体体现 (2)

1. 电子秒表的基本组成 (3)

2.电子秒表的工作原理 (3)

3.电子秒表的原理图 (4)

4. 单元电路设计 (4)

5.设计仿真与PCB制版 (12)

四、心得体会 (17)

五、附录 (18)

六、参考文献 (20)

一、设计要求

1.以0.01秒为最小单位进行显示。

2.秒表可显示0.01～59:59:99秒的量程。

3.该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能。

二、设计方案

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：

图（1）电子秒表基本组成方框图

2.电子秒表的工作原理

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——59:59:99s

3.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ha17555、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 TD

0 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 .R2 .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

。定时元件RC取值不

off

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：