内蒙古科技大学电子秒表电路.docx
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内蒙古科技大学电子秒表电路
课程设计任务书
一、设计题目
电子秒表电路
二、主要内容及要求
要求设计一个数字秒表，用于短时间测量，适用于田径比赛等竞技场合计时使用。
（1）计时范围：
0~10分钟
（2）显示分辨率为1s／10。
（3）用一只按钮开关控制三种工作状态，即：
清零计时停止
三、进度安排
1．3月15号，老师安排数电设计实验任务。
2．3月16号-28号，抽取实验并根据课程设计内容及要求构造整个设计思路，复习数字电路中RS触发器、D触发器、计数器、译码显示器等部分内容。
3．3月29号，分析电子秒表的组成、各部分功能及工作原理。
查出各芯片引脚排列及功能。
4．3月30号，大致设计出实验并进行电路的设计及仿真模拟。
5．3月31号，设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。
四、总评成绩
指导教师
学生签名
题目电子秒表电路
一、设计任务与要求
1．计时范围：
0~10分钟。
2．显示分辨率为1s／10。
3．用一只按钮开关控制三种工作状态，即：
清零计时停止
二、方案设计与论证
此实验的目的是为了：
1、了解计时器主体电路的组成及工作原理;
2、熟悉集成电路及有关电子元器件的使用;
3、学习数字电路中触发器、计数、译码显示等单元电路的综合应用。
电子秒表电路是一块独立构成的记时集成电路芯片。
它集成了计数器、、振荡器、译码器和驱动等电路，能够对秒以下时间单位进行精确记时，具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能。
该设计的主要任务是通过开关的控制，使译码显示器呈现秒表计时功能。
等开关开启时，向计数器输入“脉冲”，使其能让显示器在十分钟的时间内，显示分，秒，毫秒。
当开关断开时，能使其有保持数字、清零等功。
方案一：
利用十进制芯片和D触发器、计数器和译码显示器等，连接实现秒表计数器的功能；D触发器具有保持功能，不会因为前后的变化而改变，因此可以通过它实现“单开关保持清零功能”;
方案二：
利用基本RS触发器作为电子秒表的开关，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。
可使其在停止后能够依然保留数字而不马上归零。
若要计数，脉冲少不了。
通过555定时器改装的多谐震荡器发出的脉冲频率要更准确；
相对而言，第一种方法较第二种简单，所以我采用第一种。
三、单元电路设计与参数计算
1、（单元元件一：
74LS160N）工作原理及主要参数计算
如上图所示：
编号为U8的芯片接受函数信号发生器的脉冲，和译码显示器共同构成数字秒表的毫秒位，该芯片为十进制芯片，将使能端接高电平。
芯片开始工作，计数范围从0000~1001，在计数到1001时产生进位信号，
并将RCO进位输出的信号传给秒位芯片的CLK。
2、（单元元件二：
74LS160N）工作原理及主要参数计算
如上图所示，U7、U6和译码显示器共同构成了秒表计数器的秒位。
当U8将进位输出信号传给U7的CLK时，U7芯片开始工作。
U7构成十进制，U6构成六进制。
两个芯片采用同步预置数的方式连接为六十进制的计数器，其工作范围为00000000~01011001，当下一个脉冲信号到来时，产生清零信号，同时将进位输出信号传给U5芯片的CLK。
3、（单元元件三：
74LS160N）工作原理及主要参数计算
如左图所示：
U5和显示译码器共同构成十进制计数器，它表示的是秒表计数器的分位，当U6产生的进位输出传给U5的CLK时，U5开始工作，并且计数范围为0000~1001；
4、（单元元件4：
74LS175D）工作原理及主要参数计算
四、总电路工作原理及元器件清单
1．总原理图
2．电路完整工作过程描述（总体工作原理）
（1）函数信号发生器：
利用函数信号发生器产生100HZ的脉冲;
（2）记数器：
对时钟信号进行记数并进位,毫秒和秒之间10进制,秒和分之间60进制;
（3）译码器：
对脉冲记数进行译码输出到显示单元中；
（4）显示器：
采用4片LED显示器把各位的数值显示出来，是秒表最终的输出，有分、秒、和毫秒位；
（5）控制器：
控制电路是对秒表的工作状态（记时开始/暂停/继续/复位等）进行控制的单元，可由触发器和开关组成。
时钟发生单元
时钟发生器可以采用函数信号发生器产生脉冲信号，因输出要求为1KHZ的，选择占空比为50%，即T=0.1S的时钟源，当开关闭合时。
此时1KHZ脉冲信号通过导线将方波信号传给U8的CLK，U8开始工作。
记数单元
同步十进制计数器74LS160N的计数。
如图为其功能表：
输入
输出
L
*
*
*
*
*
*
*
*
L
L
L
L
H
L
*
*
UP
H
H
H
H
UP
*
*
*
*
计数
H
H
L
*
*
*
*
*
*
保持
H
H
*
L
*
*
*
*
*
保持
由160的功能表可知，当
、
、
、
接高电平时，将脉冲信号传给CLK，160开始加计数工作，LED显示器显示的范围为0~9，即从0000~1001；当变为1001时，RCO将其进位输出传给U8的CLK。
则U7芯片开始工作，因为U7、U6两个芯片要求连接成六十进制的加计数，则采用同步置数的方式连接，即计数范围为00000000~01011001，当计数到01100000时，产生清零信号，同时产生进位输出信号给U5的CLK，则U5开始工作，且计数范围为0000~1001.
开关控制单元
开关控制由集成的D触发器74LS175D来实现，根据D触发器的特点可知，不管输入状态是什么，只要
接高电平，不管来的时钟脉冲是上升还是下降触发，D触发器都有保持的功能，所以，利用D触发器的功能，可以实现开关控制清零和保持的功能。
元件清单如下：
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1~U4
DCD_HEX
4
U5~U8
74LS160N
4
U9
74LS175D
1
S1
SPDT-SB
SPACE
1
VCC
5V
1
信号源
XFG1
方波，三角波，正弦波
1
Ground
1
连接线
若干
五、仿真调试与分析
将各个芯片在MULTISIM8中连接并进行仿真，仿真如图所示
经过调试，各部分运行结果正确。
六、结论与心得
这次课程设计实验可以说是收获很多，尽管在开始的时候遇到很多的困难，但在自己的努力和同学的帮助下，最后还是顺利的完成了实验。
因为是上个学期学习的《数字电子计数》，这学期遗忘了部分知识点，所以先开始着手的时候，有些困难，没有什么思路，不知道从哪里下手。
后来经过一段时间的复习和调整，逐步对这次的设计有了认识和了解，题目虽然看似不那么复杂，但是有些条件实现起来确实需要技巧和清晰的思路。
例如：
用单个开关实现控制秒表保持和清零的功能，这部分我始终难以找到最佳的方案，先开始尝试用单稳态触发器来实现，但是对其功能不是很熟悉，致使功能实现出现了障碍。
后来在学委的帮助下，改用了集成D触发器，D触发器不会因为前后时钟脉冲的变化而改变，利用这一点，在一次一次的连接尝试下，终于找到方法，也顺利的实现了开关控制环节。
再例如：
构成六十进制计数那里，先开始采用异步清零方式，但是芯片工作起来不能和开关的控制统一步调，最后在同学的提示下，尝试用同步置数方式，结果实现了六十进制的计数。
俗话说：
“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
不经一番彻骨寒，哪得梅花扑鼻香”；本次课程设计使我对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，才能具备事半功倍的效果。
于此同时，通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。
这次实验总体还算成功，希望以后多一些这类的实验，来增强我们的动手能力，为以后的学习实践打下坚实的基础。
七、参考文献
[1]《电子技术课程设计指导》湖南大学出版。
[2]《数字电子技术基础》华中科技大学出版。
[3]《实用电子电路手册（数字电路分册）》编写组编。
实用电子电路手册（数字电路分册）。
北京；人民教育出版社，1992。
[4]《1992年全国高等学校电子技术课程教学研究会课程设计选题集》，1992.大连；
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