《数字式秒表》课程设计.docx

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1、电子技术课程设计报告题目数字式秒表学院部专业电气工程及其自动化班级电气 班学生姓名学号月日至月日 共周指导教师签字1长安大学电子技术课程设计前 言数字式秒表是一种常用的计时工具，以其价格低廉、走 时准确、使用便利、功能多而广泛用于体育竞赛中，下文介 绍了如何利用中小规模集成电路和半导体器件进展数字式秒表的设计。本设计中数字秒表的最大计时是 99 分 59.99 秒， 也就是说区分率是 0.01 秒，最终计数结果用数码管显示，需要实现清零、启动计时、暂停计时、连续计时等功能。当计时停顿的时候，由开关给出一个清零信号，使得全部显示管全部清零在本次试验中由六片 74LS160 构成两个 100 进制

2、计数器和一个 60 进制计数器来实现秒表的计数功能。由于需要比较稳定的信号，我们用 555 定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器产生 100HZ 的信号，用六个数码管显示计时，最终在电路中参与了两个把握开关一个把握电路的启动和暂停； 另一个把握电路的清零。2长安大学电子技术课程设计名目题目 摘要 关键词 设计要求4第一章 系统概述5其次章 单元电路与分析62.1 秒信号发生器62.1.1 555 定时器的功能62.1.2 555 构成的多谐振荡器72.1.3 多谐振荡器的仿真图82.2 消抖电路92 .3分、秒、毫秒计数器电路设计92.3.1 选择计数器的方案92.3.2 74LS160 计数器

3、的功能介绍102.3.3 计数器最终连线图112.4 译码局部122.4.1 译码器的根本原理122.4.2 方案的提出122.4.3 方案比照与选择132.4.4 74LS48 的功能介绍132.5 数码管152.5.1 七段数码管工作原理152.5.2 七段数码管内部构造介绍162.5.3 显示器匹配电路图162.5.4 译码器与数码管匹配电路的仿真图16第三章 系统综述、总体电路图173.1 总电路图17第四章 完毕语184.1 总结语184.2 故障分析18参考文献19元器件明细表19鸣谢20收获与体会21评语223长安大学电子技术课程设计摘要：数字式秒表数字式秒表是一种用数字电路技术

4、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，其中包括了组合规律电路和时序电路。本次试验所做数字式秒表由信号发生系统和计时系统构成。由于需要比较稳定的信号，所以 信号发生系统 555 定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器构成，信号频率为100HZ。计时系统由计数器、译码器、显示器组成。计数器由74 LS160 构成，由十进制计数器组成了一百进制和六十进制计数器，承受异步进位方式。译码器由 74LS48 构成，显示器由数码管构成。具体过程为：由晶体震荡器产生100HZ 脉冲信号，传入计数系统，先进入计数器，然后传入译码器，

5、将4 位信号转化为数码管可显示的 7 位信号，结果以“分”、“秒”、“10 毫秒”依次在数码管显示出来。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。：关键词 计时 精度 计数器 显示器设计要求：1. 秒表最大计时值为 99 分 59.99 秒；2. 6 位数码管显示，区分率为 0.01 秒；3. 具有清零、启动计时、暂停及连续计数等把握功能；4. 把握操作键不超过二个。4长安大学电子技术课程设计第一章系统概述所为数字式秒表，所以必需有一个数字显示。按设计要求，须用七段数码管来做显示 器。题目要求最大记数值为99，59，99

6、，那则需要六个数码管。要求计数区分率为0.01 秒， 那么我们需要相应频率的信号发生器。选择信号发生器时，有两种方案：一种是用晶体震荡器，另一种方案是承受集成电路555 定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。其核心局部使用六个 74160 计数器承受串联方式构成，这种连接方式简洁，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，功能灵敏，再加上电路构造简洁，计算比较便利，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进展计数的计数电路。由于数字式秒表计数 的需要，故需要在电路上加一个把握电路，该把握电路清零、启动计时、暂停及连续计数等

7、 把握功能，同时 100HZ 的时间信号必需做到准确稳定。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以下图。由图可见，数字电子钟由以下几局部组成：555 振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；防抖开关；秒表把握开关；一百进制秒、分计数器、六十进制秒计数器；以及秒、分的译码显示局部等串电阻串电阻串电阻图 1-1 原理流程图5长安大学电子技术课程设计其次章单元电路设计与分析2.1 秒信号发生器2.1.1 555 定时器的功能555 定时器组成及工作原理如下：图 2-1-1 555 定时器电路构造图如图 2 是 555 定时器电路构造的简化原理图和引脚标识。由电路原理图可见，该集成电路由

8、下述几局部组成：串联电阻分压电路、电压比较器C1 和 C2、根本 RS 触发器、放电三极管 T 以及缓冲器 G 组成。注释：编号 555 的内涵是因该集成电路的基准电压是由三个5k 电阻分压组成定时器的功能主要取决于比较器，比较器C1 和 C2 的输出把握着RS 触发器和放电三极管 T 的状态，R 为复位端。当R =0 时，输出U0=0,T 管饱和导通。此时其他输入端状态对电DD路清零 0 状态无影响。正常工作时，应将 R 接高电平。当把握电压输入端 5 脚悬空时，比D较器 C1、C2 的基准电压分别是 2Ucc/3 和Ucc/3。假设 5 脚 Uic 外接固定电压，则比较器 C1、C2 的基

9、准电压为 Uic 和 Uic/2。 由图 1 中可知，假设 5 脚悬空，当 Ui62Ucc/3,Ui2Ucc/3 时，比较器C1、C2 分别输出高电平和低电平，即R=1, S=0, 使根本 RS 触发器置 1，放电三极管截止，输出Uo=1。当Ui6Ucc/3 时，比较器C1 和 C2 输出均为高电平， 即 R=1, S=1.。RS 触发器维持原状态， 使 Uo 输出保持不变。6长安大学电子技术课程设计当 Ui62Ucc/3，Ui2Ucc/3 时，比较器 C1 输出低电平，比较器 C2 输出高电平，即 R=0，S=1， 根本 RS 触发器置 0，放电三极管T 导通，输出Uo=0。当 Ui62Uc

10、c/3，Ui22Ucc/3Ucc/30导通1Ucc/3不变不变12Ucc/3m 时,称为局部译码。2.4.2 方案的提出方案一：利用 7447 七段显示译码器7447 七段显示译码器输出为低电平有效，用以驱动共阳极数码管。规律符号见图 9， 其功能表见表 2。7447 有 4 个 BCD 码输入端 A、B、C 和 D，其中 D 为最高有效位，A 为最低有效位，它们分别与输出端口中的 4 位相连。7447 的 7 个输出引脚 ag 直接与 LED 的相应引脚相连。当灭灯输入/动态灭灯输出BI/RBO开路或为高电平而试灯输入为低电平， 则全部输出端都为 1。BI/RBO 是线与规律，作灭灯输入BI

11、或动态灭灯RBO之用，或者兼为二者之用。图 2-4-1.7447 显示译码器1. 要求 015 时，灭灯输入BI必需开路或保持高电平，假设不要灭十进制数零，则动态灭灯输入RBI必需开路或为高电平。12长安大学电子技术课程设计2. .将一低电平直接输入BI 端，则不管其他输入为何电平，全部的输出端均输出为低电平。3. 当动态灭灯输入RBI和 A,B,C,D 输入为低电平而试灯输入为高电寻常，全部各段输出都为 0，并且动态灭灯输出RBO为低电平响应条件。4. 当灭灯输入/动态灭灯输出BI/RBO开路或为高电平而试灯输入为低电平，则全部输出端都为 1。方案二：利用 74LS48 显示译码器74LS4

12、8 是 BCD-7 段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED 七段共阴极显示数码管。其管脚功能如图 2-4-1 所示2.4.3 方案比照与选择图 2-4-2. 74LS48 管脚图7447 七段显示译码器输出为低电平有效，用以驱动共阳极数码管，而 74LS48 是 BCD-7 段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动 LED 七段共阴极显示数码管。在软件Multisim 仿真的时候消灭错误，无法正常工作，所以为了得到正确的设计结果，我们选用74LS48 显示译码器。2.4.4 74LS48 功能介绍74LS48 除了有实现 7 段显示译码器根本功能的输入DCBA和输出YaYg端外

13、，74ls48 引脚功能表七段译码驱动器功能表74LS48 还引入了灯测试输入端LT和动态灭零输入端RBI，以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出BI/RBO端。 其功能表如下表 2-4-1十进数输入输出或功能LTRBID C B ABI/RBOabcdefg备注/TD0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H011000012Hx0 0 1 0H110110113长安大学电子技术课程设计3Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H111000

14、08Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL00000002RBIHL0 0 0 0L00000003LTLxx x x xH11111114由 74LS48 真值表可获知 74LS48 所具有的规律功能：17 段译码功能LT=1，RBI=1在灯测试输入端LT和动态灭零输入端RBI都接无效电寻常，输入DCBA 经 7

15、4LS48 译码，输出高电平有效的7 段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000 外，RBI 也可以接低电平，见表 2-4-1 中 116 行。2消隐功能BI=0此时 BI/RBO 端作为输入端，该端输入低电平信号时，表 2-4-1 倒数第 3 行，无论 LT 和RBI 输入什么电平信号，不管输入 DCBA 为什么状态，输出全为“0”，7 段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。14长安大学电子技术课程设计3灯测试功能LT = 0此时 BI/RBO 端作为输出端， 端输入低电平信号时，表 2-4-1 最终一行，以及DCBA 输入无关，输出全为“1”，显示器7 个字段

16、都点亮。该功能用于7 段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4） 动态灭零功能LT=1，RBI=1此时 BI/RBO 端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，假设此时 DCBA= 0000，表 2-4-1 倒数第 2 行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7 段显示器同时显示时熄灭高位的零。2.5 数码管2.5.1 七段数码管工作原理在这个局部我们用七段数码管LED来显示结果， 七段数码管有七个发光段，即a.b.c.d.e.f.g，依据设计要求的需要，我们使用了四个无小数点显示和两个有小数点显示的数码管。它们分别如

17、图 2-5-1 和 2-5-2。图 2-5-1图 2-5-2数码显示与发光段之间的对应关系如下表2-5-1 所示。表 2-5-1BCD 码0000显示数码发光管AbcdefBCD 码0101显示数码发光管acdfg0001bc0110cdefg0010Abdeg0111Abc0011Abcdg1000Abcdefg0100bcfg1001Abcfg15长安大学电子技术课程设计2.5.2 七段数码管内部构造介绍七段数码管内部由发光二极管构成。在发光二极管两端加上适当的电压时，就会发光。发光二极管有两种接法：即共阴极接法和共阳极接法，如以以下图2-5-3,2-5-4 所示。图 2-5-3图 2-5

18、-42.5.3 显示器匹配电路图本设计承受共阴数码管与 74LS48 匹配。其连接图如图 2-5-5 所示图 2-5-52.5.4 译码器与数码管匹配电路的仿真图图 2-5-616长安大学电子技术课程设计第三章系统综述、总体电路图3.1 总电路图17长安大学电子技术课程设计J1 把握数字秒表的启动和停顿，J2 把握数字秒表的清零复位。开头时把 J1J2 合上，由 555 多谐振荡器产生脉冲信号，运行本电路，数字秒表正在计数。J1 翻开，脉冲不能给上面的计数电路，整个电路暂停计数，闭合J1，电路重获得脉冲信号，开头计数，当 J1 开关闭合，把开关 J2 开关翻开，那将给计数电路中的 74LS16

19、0 的清零信号，开头计数，当J1 开关闭合，J2 开关翻开，那将给计数器清零，于是我们就用两个开关实现了整个电路的清零、启动、计时、暂停及连续计数等把握功能；闭合 J1.J2，电路处于计数状态，当给计数电路 91001个脉冲的时候，连续再给一个脉冲，就会产生进位，这样我们用输出 BCD 码的最高位来触发下一个计数器，这样给电路第十个脉冲以后，电路计数结果就会成“10”，连续给脉冲，到第 99 个时候，连续给一个脉冲，我们同样用其次个芯片的最高位来触发下一个芯片，也就是用最高位的下降沿来当做下一个芯片的脉冲。同理，当秒计数需向分计数进位的时候，我们都用最高位的变化来当做下一个芯片的CP 信号，这

20、样我们就完成了我们需要的计数。第四章完毕语4.1 总结语通过一周半的设计，终究是有了一个结果。方案和结果都让我们比较满足，完成了全部 的设计要求：1.秒表最大计时值为 99 分 59.99 秒；2. 6 位数码管显示，区分率为 0.01 秒； 3.具有清零、启动计时、暂停及连续计数等把握功能；4. 把握操作键不超过二个。在这次课题设计中，我们的整体思路主要是参考了教师的意见，然后进展不断的争论与探究而成的。实现了电路的最简洁，使电路图简洁易懂。防抖开关的使用，使我们的电路更加的稳定，这 是我们这次设计中一个比较大的亮点。但是，在这次设计过程中，我们也遇到不少的麻烦， 经过屡次反复的检查和排解，

21、最终实现了局部功能。4.2 故障分析故障 1：脉冲发生器555 定时器构成的多谐振荡器没法实现0.01s 的脉冲信号。缘由：参数不对。排解方法：利用 f=1.43/R1+2R2)C 适当的选取定值电阻、电容的大小和可变电阻的最大阻值， 其中，外加可调电阻，对其进展左右微调，以提高精度，最大限度的保证输出波形不失真。故障 2：数码管不显示18长安大学电子技术课程设计缘由：l LED 数码管接入错误，阴阳极接反，未接入保护电阻。l 起初我们选用译码器 7447，但由于软件Multisim 中此元件不行用，无法正常工作。排解方法：调整数码管的阴阳极接线按共阴极接线方法接线，接入电阻，将原件 7447

22、更换为 74LS47。故障 3：数码管显示后，分进位显示错误，无法正常进位缘由：对原件 74LS160 的工作原理理解有误，其应在下降沿，进位排解方法：在分秒计数间，即 60 十进制和 100 进制之间，加一非门，保证其在下降沿故障 4：数码管数字跳动频率不均匀。缘由：使能输入信号和清零信号的脉冲方波输入波形消灭抖动， 排解方法：在机械开关之后，加一个防抖动开关参考文献1 林涛主编，数字电子技术根底，北京：清华大学出版社，2023 2林涛主编，模拟电子技术根底，重庆：重庆大学出版社，20233吴慎山主编，电子线路设计与实践， 北京：电子工业出版社，2023 4刘福太主编，绿版电子电路498 例

23、， 北京：科学出版社，20235姜齐荣，赵东元，陈建业编著，有源电力滤波器构造原理把握 北京：科学出版社，2023元器件明细表序号名 称型号参数数量备注1U1O74LS00D12U2,U1,U8,U7,U5,U674LS160D63J2,J1DIPSW124U27,U26,U25,U24,U74LS,74LS480619长安大学电子技术课程设计21,U205R5,R9,R10,R7RPACK_VARIABLE_2*7,18046U18,U9SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_K_GREEN27U22,U3SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_K_ORANGE28U11,U12SE

24、VEN_SEG_DECIMAL_COM_K_BLUE29R4,R8RPACK_VARIABLE_2*8,180210U1374STD,7404N111J4TD_SW1,0.5sec1sec612U15,U1474STD,7401N213R6,R11RESISTOR 10K214R1,R2RESISTOR 4.7K215R3POTENTIOMETER 1K1鸣谢本次课程设计历时一周半，在设计过程当中遇到了各类各样从未遇到的困难和挫折， 但在其中得到了XX 教师的悉心指导，为我教育迷津，拓宽争论思路，细心点拨，循循善诱， 热心鼓舞。教师们的急躁辅导，我们牢记于心。其次还要格外感谢同组的XX,YY

25、同学始终以来对我的帮助，回忆两周经受的兼程，他们让我学会了独立思考，学会了团队协作，学会 了举一反三，这一周半以来的相濡以沫，我受益匪浅，再次表示感谢。我还感谢电子与把握工程学院的诸位教师为我们供给了良好的设计条件，让我顺当完成此次课程设计。最终，我们诚意的感谢长安大学对我们的教育和支持。20长安大学电子技术课程设计收获与体会一周半的课程设计已经完毕，留给我们组印象最深的是：要设计一个成功的电路，必需要有扎实的学问根底，要娴熟地把握课本上的学问，这样才能对试验中消灭的问题进展分析解决。同时还需要有急躁和毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是利用Multisim 仿真，由于以前没有学过这

26、个软件，所以我们要从头学起，自行摸索地学习。在各个单元电路的连接上花费了大量时间。我们在设计时做出了两套方案以及仿真电路，我们 认真比较分析其原理以及可行的缘由，最终我们通过和非本组的同学的共同争论下，这才确定了我们的电路。课设过程中，我们深刻的体会到在设计过程中，要考虑到各个元器件的功能和特性，要翻阅大量资料，参考别人的阅历。只有这样才能把自己的电路设计的完善。通过这次对数字钟的设计与制作，让我们了解了设计电路的程序，也让我们了解了关于数字秒表的原理与设计理念。在此次的数字秒表设计过程中，更进一步地生疏了芯片的构造 及把握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。在设计电路中,输入输出端口不愿定

27、是固定的，例如数码管的共极性是共阴极还是共阳极，不能将其 “ ” 与 “ ” 极接错。比方，共阴极数码管和 74LS48 接，共阳极数码管和 74LS46/74LS47 接。在电路的仿真过程中出错的主要缘由都主要是接线的错误所引起的。接线的时候确定要 细心，不要接错，同时也要学会如何判别芯片的功能，要是芯片不具备要求的功能，或者， 不匹配，即使接线再正确也出不来结果。对自己的设计要认真考虑，是否可行，尤其是进位输出，着重看看进位的CP 脉冲是否正确等。总体来说，通过这次课程设计学习，我们对很多电路都有了或许的了解，也学会了常用绘图 软件的使用，加深了我们对专业的了解，培育了我们学习的兴趣，我们受益匪浅；我们还认 识到，虽然“万事开头难”，但只要我们冷静冷静，团结全都，急躁、细心地找到突破口，最终问题是确定能解决的；同时我们还生疏到，一个人的力气永久都是有限的，一个人的知 识也总是有局限性的，但通过这次课程设计的团队合作，我们深深地体会到了团队的力气， 也让我们体会到了团队合作的欢快！21长安大学电子技术课程设计评语评审人:22长安大学电子技术课程设计23长安大学电子技术课程设计