电子秒表设计.docx

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电子秒表设计

电子秒表设计

摘要：

随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用也越来越广泛，人们对它的认识也逐步加深，在秒表的设计上功能不断完善，在时间的设计上不断的精确，电子秒表适用于对时间测量精度要求较高的场合，如测定短时间间隔的仪表，秒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。

关键词：

电子秒表；电子技术；定时器

1引言

1.1设计目的

通过对电子秒表的设计，了解电路设计的原理和设计理念，熟悉芯片结构、管脚图、功能表及掌握各芯片的工作原理和具体的使用方法。

1.2设计内容

完成数字电子秒表的设计并绘出电路原理图。

调校0.1S信号源。

测试电子秒表计时、停止、清零的功能。

1.3设计要求

以0.1S为最小单位进行显示。

秒表可显示0.1S～9h59m59.9S的量程。

该秒表具有计时、停止、清零的功能。

2单元电路设计

2.1仪器材料

555[1]时钟芯片1块、74LS90[1]芯片6块、四脚数码管[2]6块、与门[2]2块、二极管4只、单刀双掷开关2只、电阻和电容若干

2.2原理图

图1原理图

Fig.Theprinciplediagram

2.3芯片功能介绍

2.3.1555定时器

（1）电路组成及其引脚

图2555芯片电路图图3555芯片管脚图

Fig.2555TimerChipcircuitdiagramFig.3555TimerChipPinfigure

（2）555的工作原理

它含有两个电压比较器[3]，一个基本RS触发器[3]，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为

和

。

C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过

时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于

时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

是复位端，当其为0时，555输出低电平。

平时该端开路或接

。

Vco是控制电压端（5脚），平时输出

作为比较器C1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01

的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.

（3）555时钟电路构成多谐振荡器的真值表

表1555芯片真值表

Table1555TimerChipTruthtable

2.3.274LS90计数器

（1）电路组成及其引脚

图474LS90芯片电路图图574LS芯片管脚图

Fig.474LS90ChipcircuitdiagramFig.574LS90ChipPinfigure

（2）74LS90芯片的工作原理

74LS290[4]是一种较为典型的异步十进制计数器。

它由1个一位二进制和1个异步五进制计数器组成。

如果计数脉冲由CLKA端输入，输出由QA端引出，即得二进制计数器；如果计数脉冲CLKB端输入，输出由QA～QD端引出即得五进制计数器；如果将QA与CLKB相连，计数脉冲由CLKA输入，输出由QA～QB引出，即得8421码十进制计数器。

因此，又称此电路为二——五——十进制计数器。

（3）74LS90的功能

表274LS90功能表

Table274LS90ChipTruthtable

2.3.3译码器（74LS47）

（1）电路组成及其引脚图

图674LS47电路图图774LS47管脚图

Fig.674LS47ChipcircuitdiagramFig.774LS47ChipPinfigure

（2）74LS47芯片管脚功能

译码[5]为编码[6]的逆过程，它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。

实现译码的逻辑电路成为译码器。

译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。

其管脚功能

（a）LT（——）：

试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT（——）=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。

（b）BI（—）：

灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

BI（—）=0时。

不论LT（——）和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。

（c）RBI（——-）：

灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI（——-）=0作用下，使译码器输出全1。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

（d）RBO（———）：

灭零输出，它和灭灯输入BI（—）共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。

（3）74LS47真值表

表374LS47真值表

Table374LS47ChipTruthtable

2.3.4七段数码显示管

（1）电路组成及其引脚

图8七段数码管

Fig.8Sevensegmentdigitaltube

（2）数码管的工作原理

7段数码管[7]又分共阴和共阳两种显示方式。

如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极，那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地；它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上（也是abcdefg）！

此时若显示数字1，那么译码驱动电路输出段bc为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类推。

如果7段数码管是共阳显示电路，那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。

共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。

无论共阴共阳7段显示电路，都需要加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了！

限流电阻的选取是：

5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。

发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！

发光二极管的工作电流选取在10-20ma，电流选小了，7段数码管不太亮，选大了工作时间长了发光管易烧坏！

对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数！

图9七段数码管显示字形对照图

Fig.9SevensegmentdigitaltubeGlyphcontrastfigure

（3）数码管真值表

数码管可显示0—9十个数字，要描述这十种高、低电平的组合状态必须用4位二进制数，根据LED发光的特点可得描述显示译码器逻辑功能的真值表如下表所示。

表4七段数码管真值表

Table4SevensegmentdigitaltubeTruthtable

2.4功能实现

2.4.1秒信号发生

（1）555定时器产生秒信号

由集成电路定时器555与RC电路组成的多谐振荡器[8]产生矩形脉冲：

暂稳状态的脉冲宽度t1，即uc从（1/3）Ucc充电上升到（2/3）Ucc所需的时间：

t1≈（R1＋R2）C＝0.7（R1＋R2）C

脉冲宽度t2，即uc从（2/3）Ucc放电下降到（1/3）Ucc所需的时间：

t2≈R2C＝0.7R2C

振荡周期：

T=t1+t2＝0.7（R1＋2R2）C

改变

、

和

的值，就可以改变振荡器的频率，令R1=2KΩ,R2=5KΩ,输出频率为10Hz即T=0.1s，则可求出C=0.119μF。

得下图中10Hz的555定时器构成的多谐振荡器：

图10秒信号发生电路

Fig.10Secondsignalgeneratingcircuit

（2）精度调整

脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，555定时器产生信号频率在100—10KHz之间，精度为10%，计时误差太大[9]。

用晶体振荡器[10]发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。

如晶振为32768Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出，选用晶振时钟分频的到的信号精度为1s/32768，可以大大提高计时精度，减小计时误差，电路图如图11所示，但在仿真软件上难以实现用晶体振荡器作为脉冲发生器进行仿真，故此设计沿用555定时器作为脉冲发生器。

图11晶振时钟电路

Fig.11Crystalclockcircuit

2.3.1十进制加法计数

74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制[11]加法计数器，QD则作为进位输出端。

图1210进制计数电路

Fig.12Decimalcountingcircuit

2.3.2

六进制加法计数

74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，根据8421码的输出特点，将QB和QC信号用与门连接后输到R01和R02，则构成异步8421码六进制[11]加法计数器，QC则作为进位输出端。

图13六进制计数电路

Fig.13Sixhexadecimalcountingcircuit

2.3.3译码显示

根据74LS47译码器和七段数码管的译码显示关系，可直接用四脚数码管代替（四脚数码管将74LS47芯片与七段数码显示管封装在一起），将计数器（74LS90）输出的8421码输到四脚数码管，以显示数字

图14显示电路

Fig.14Displaycircuit

2.4.5控制电路

接时钟脉冲

2.4.5.1计数、停止

接0.1s计数器

如图所示，当开关接低电平即接地时，通过与时钟脉冲与非，使计时器处于暂停状态；当开关接高电平即VCC时，通过与时钟脉冲与非，使计时器处于启动状态。

因此这个开关为“计时/暂停”按键，用此电路实现计时、停止的功能

图15计数、停止控制电路

Fig.15Counting,stopcontrolcircuit

2.4.5.2清零

如图所示，当开关接高电平时，所有计数器清零；当开关接低电平时，所有计数器正常工作。

用此电路实现清零的功能。

接所有计数器的R01端

图16清零控制电路

Fig.16Resetthecontrolcircuit

3总电路图及仿真

3.1电路总工作过程的完整描述

电路通过555多谐振荡器产生的10Hz时钟脉冲与启动与暂停电路与非后输入到第一个计数器即0.1s位的74LS90十进制计数器使其进行频率为10Hz的十进制加法运算。

并进位至下一位1s位的十进制加法计数器，频率缩减为1Hz。

以此类推依次进位至最高位，并以6个LED数码管将计数器输出的信号显示出来。

当“启动/停止”开关处于低电平时计数器处于保持状态，即暂停；当开关处于高电平时，计数器继续正常工作。

而清零开关为高电平时，所有计数器清零；处于低电平时所有计数器可正常工作。

3.2总电路图

图17总电路图

Fig.17Thetotalcircuitdiagram

参考文献

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高等教育出版社，1998

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高等教育出版社，1999

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高等教育出版社，2006

[4]刘修文.实用电子电路设计制作.淮安：

电子信息工程系，2008,69

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中央电大出版社，1993

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清华大学出版社，2009.5

[8]康华光．数字电子技术基础．武汉：

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[11]DesdevisesY.MorandSOliverGLinkingspecializationtodiversificationintheDiplectanidaeBychowsky[J].Springer-Verlag,2001,87:

223-230.

Designofelectronicstopwatch

Abstract:

withthedevelopmentofelectronictechnology,electronictechnologyinvariousfieldsisbecomingmoreandmorewidely,peopletoitsunderstandingalsograduallydeepened,improvementonthedesignofthestopwatchfunction,onthedesignofthetimeconstantprecision,electronicstopwatchtimesuitableforrequiringhighermeasuringprecision,suchasinstrumentmeasuringshorttimeinterval,astopwatchwithmechanicalstopwatchandelectronicstopwatch,mechanicalstopwatchasamechanicalwatches,buthasabrakingdevice,canbeaccuratetoofasecond;Electronicstopwatchwithtinybatteriesforenergy,electroniccomponentsmeasurementshowsthatcanbeaccuratetoofasecond,widelyusedinscientificresearch,sportsandnationaldefense,etc.,intoday'sverypayattentiontotheefficiencyofsocialenvironment,thetimercanimproveourworkefficiency.

Keywords:

Electronicstopwatch;Electronictechnology;Thetimer