1、.課程名稱： 數字電子技術課程設計 題 目： 電子秒表電路 學生姓名：專 業(yè)：班 級：學 號：指導教師：日 期：年月日電子秒表電路一、設計任務與要求要求設計一個數字秒表，用于短時間測量，適用于田徑比賽等競技場合計時使用。（1）計時范圍：010分鐘（2）顯示分辨率為1s10。（3）用一只按鈕開關控制三種工作狀態(tài)，即：清零 計時 停止二、方案設計與論證實驗要求設計一個用于短時間測量的電子秒表，根據學過的相關知識可以知道和題目的要求，電路應該分為分為3個部分，分別是計數脈沖產生電路、計數電路、和狀態(tài)控制電路。電路的框圖描述如下圖：由上面的電路模塊圖，我們討論得到下面兩個方案方案一、 用一個555定時

2、器做出多諧振蕩電路為計數電路提供計數脈沖，通過調節(jié)外圍電阻R1、R2和電容C的值使振蕩電路產生10Hz的計數脈沖（即周期為0.1秒的信號）。用74LS160計數器做成3級計數電路，分別是十進制的0.1秒計數電路、60進制的秒計數電路和十進制的分計數電路。用74LS160做成3進制計數電路并配合74139二線四線譯碼器做成狀態(tài)控制電路，使計數電路在清零、計數、停止3個狀態(tài)之間轉換。方案二、用石英晶體構成石英晶振脈沖發(fā)生器。計數電路是74LS160串接構成的600進制計數器最多可以計數到600秒（10分鐘）這樣控制起來比較方便、控制電路同方案一。最終方案： 方案一。由于對方案二的石英晶振電路原來不

3、是很熟悉，并且方案二的計數顯示不符合人的一般思維方式，因此選用方案一作為最終方案。3、 單元電路設計與參數計算 根據上面的討論，方案包含3大單元：計數電路、狀態(tài)控制電路、計數脈沖產生電路。下面分別對個單元進行設計和參數的計算。(1) 計數脈沖產生電路 由于555定時器在數字電子和模擬電子中都要重要的應用，并且使用起來比較簡單，只需接少量的電阻電容等外圍元件，就可以構成施密特觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)電路和多諧振蕩電路，所以本方案最終選用了555定時器來做計數脈沖產生電路。 555定時器的功能表：通過對上面功能表的分析，可以用以下的典型多諧振蕩電路。電容C充電時間 t1=(R1+R2)Cln(Vcc-Vt

4、-)/(Vcc-Vt+)=(R1+R2)Cln2 <1>放電時間t2 t2=R2Cln(0-Vt+)/(0-Vt-)=R2Cln2 <2>電路的振蕩周期 T=t1+t2=（R1+2R2）Cln2 <3>由于設計要求秒表的分辨率為0.1秒，所以這里要設置振蕩周期T=0.1S由<3>式并假定C=3uF,則： R1+2R2=T/Cln2=0.1/(3×10-6×ln2)48090最終取R1=8090,R2=20K，C=3uF(2)74LS160和139二線四線譯碼器構成的狀態(tài)控制電路 74LS160功能表CLKRD'LD&#

5、39;EPET工作模式×0×××置010××預置數×1101保持×11×0保持(c=0)1111計數74HC139的真值表輸入 輸出G'A1A0Y'3Y'2Y'1Y'01××11110001110001110101010110110111由上面的功能表為依據可以設計下面的控制電路： 由于電子秒表有清零、計數、停止三個狀態(tài)。本方案利用74LS160構成一個三進制計算電路，由于74160采用異步置零方式，所以用計數器的第四個狀態(tài)，即0011通過一個與

6、非門譯出一個地電位作為控制器的清零信號，使控制器循環(huán)于0000、0001和0010之間，對應于秒表的3個控制狀態(tài)。而控制計數電路的計數脈沖是通過一個常開開關接VCC構成，每按一下開關，計數器便接收到一個下降沿，從而跳到另一個狀態(tài)。(3)74160構成的計數電路由于74LS160是十進制計數器，采用異步置零方式。按設計要求，0.1秒計數和分鐘計數部分都是十進制，所以0.1秒計數部分和分鐘計數部分只需用控制電路的清零信號來清零即可，每當0.1秒計時電路和分鐘計數電路到達10，或者接收到控制電路的清零信號就清零。而秒計數部分需要本身的60進制清零信號和控制電路的清零信號來置零，所以U3和U4用或非門

7、來接收這兩個清零信號，只要秒計數到達60或者控制電路發(fā)送了清零信號，秒計時電路都會清零。秒計數電路的60進制清零信號是當十位為6時發(fā)出的。同時對于所有的74LS160計數器的ET端(圖中為ENT端)，由控制電路的74139譯碼器輸出來控制，ET為0時保持，ET為1時計數，計數電路在計數狀態(tài)和保持狀態(tài)之間變換。計數電路下面是各部分的大圖0.1秒計數電路 分計數電路秒計數電路四、總電路工作原理及元器件清單1電子秒表總體電路 2、電路完整工作過程描述（總體工作原理） 整個電路通電后，由于控制電路的計數器初始狀態(tài)是從0000然后是0001再到0010，經過二線四線譯碼器，譯碼后譯碼器的輸出端Y3Y2Y

8、1Y0對應的狀態(tài)分別是HHHL、HHLH、HLHH(H代表高電位，L代表地電位)。因為所有的計數器ET端都接到了74HC139的Y1端，Y3接到0.1秒計數電路和分鐘計數電路的清零端，同時Y3也通過反相器接到秒鐘計數電路清零端的或非門。電路通電后控制電路的計數器還沒開始工作，輸出狀態(tài)為0000，譯碼器Y0低電位，Y3、Y2、Y1都是高電位，所有計數電路的所有計數器ET端都為1，同時計數電路的所有計數器清零端都是高電位，秒表電路進入計時狀態(tài)。0.1秒計數電路逢10向秒鐘計數電路進1，而秒鐘計數電路逢60向分鐘計數電路進1。當按一下開關J1時，控制電路接收到一個下降沿脈沖，控制電路輸出狀態(tài)變?yōu)?0

9、01，譯碼器的輸出端Y3Y2Y1Y0電位為HHLH，計數電路所有計數器的ET端都為0，同時所有計數器清零端為1，計數電路處于保持狀態(tài)。再按一下J1開關，控制電路接收到一個下降沿脈沖，控制電路輸出狀態(tài)變?yōu)?010，譯碼器的輸出端Y3Y2Y1Y0電位為HLHH,計數電路所有計數器清零端都為0，完成清零動作。再按開關，則控制電路在0000、0001和0010之間循環(huán)，計數電路則在清零、計數和保持之間循環(huán)。2 元件清單元件名稱型號主要參數數量備注 十進制計數器74LS160異步清零5 二線四線譯碼器74CH1391 555定時器1 或非門74LS021 非門74LS041 與門74LS081 與非門7

10、4LS001 電阻3 電容2五、仿真調試與分析整個實驗設計和仿真都是用Multism11.0 來做的。對一個比較大的電路經行設計和調試電路都是要分模塊經行。首先，把計數電路調試好，0.1秒計數電路、秒計數電路和分鐘計數電路分別是10進制、60進制和10進制計數電路。開始調試的時候發(fā)現秒計數電路到了49就清零了，后來發(fā)現開始設計的時候是用了十位的5來譯出清零信號，所以當十位進到5，即到49時就會清零，最后改為了用十位的6來譯出清零信號。比較難的一部分是秒計數部分。因為秒計數部分由兩個74LS160構成，置零要考慮本身的60進制置零和控制電路的清零信號通過多次的仿真和認真的考慮，最終確定了在秒計數

11、電路的清零端接一個二輸入或非門，輸入端分別連到控制電路送來的清零信號和本身通過與門譯出60進制清零端。還要注意74160是異步置零方式，60進制清零時應該用十位的6，即6對應的二進制0110通過與門譯出高電位作為置零信號，而不是用59來譯碼。控制電路部分的調試。首先要做一個3進制的計數器分別控制電子秒表的3個狀態(tài)。開始的時候本來想直接用邏輯門對這3個狀態(tài)譯出相應的控制信號控制計數電路，后來想到用譯碼器更簡單，所以就改用譯碼器了。因為控制電路計數器只有3個狀態(tài)，就只需將它的低二位送到譯碼器的A、B輸入段就可以。再用譯碼器的輸出端Y2、Y1、Y0分別控制計數電路即可。脈沖產生電路調試。開始的時候按照數字電子技術基本教程的例題計算出產生10HZ脈沖的電路，但是用multisim11.0把電路畫出來之后發(fā)現不能驅動計數電路，也就是計數電路不能計數。后來在網上查閱先關資料，才知道是multisim11.0的限制，不能用555定時器產生低頻方波脈沖。所以實驗仿真時用的參數的1Kz的參數，報告中給出了10Hz脈沖產生的計算公式和R1、R2和C的參數出理論值。六、結論與心得 對于復雜的電路設計，要先將電路劃分模塊，然后思考各個模塊要實