1、数字秒表设计两位1 设计目的电子技术课程设计是电子信息工程系三个专业的公共课程设计，是模拟电子技术、数字电子技术课程结束后进行的教学环节。其目的是：1、培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。2、学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。3、进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。4、培养学生的创新能力。2 设计要求 1.
2、 秒表由2位七段LED显示器显示，其中1位显示“s”,二位显示“0.1s”，显示分辩率为0.1 s;2. 计时最大值为9.9s;3. 计时误差不得超过1s;具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能；4. 主要单元电路和元器件参数计算、选择；5. 画出总体电路图；6. 安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。7. 调试电路8. 电路性能指标测试9. 提交格式上符合要求，内容完整的设计报告3 总体设计3.1 工作流程图图 1 工作流程图图1中1单元为用集成与非门74LS00构成的基本RS触发器。属低电平直接触
3、发的触发器,有直接置位,复位的功能。 图1中2单元为集成与非门74LS00构成的单稳态触发器，它的职能是为计数器提供清零信号。 图1中555定时器构成了多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。 图1中4单元74LS160构成的计数器/分频器 图1中5单元译码显示单元3.2 原理图:图1为电子秒表的原理图,按功能可分为5个单元电路进行分析。其中单元1为基本RS触发器；单元2为单稳态触发器；单元3为时钟发生器；单元4为计数器和分频器；单元5为译码显示单元。图2 原理电路图 电路中使用两个基本RS触发器提供置位、复位、和清零信号，555定时器提供时钟脉冲信号，三块74LS160作为译码/分频单元，有效、
4、简洁地完成了秒表所具备的所有功能（清零、启动计时、暂停计时及继续计时）。4 单元电路设计4.1基本RS触发器原理图中单元1为用集成与非门74LS00构成的基本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。基本RS触发器功能表: 表1 基本RS触发器功能表RSQ10101011不变00不定它的一路输出Q作为单稳态触发器的输入,另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号。 按动开关K2，则门1输出Q非为1；门2输出Q为0；K2复位后Q、Q非状态保持不变。再按动K1，则Q由0变为1，门5开启，为计数器启动作好准备。Q非由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
5、表中的职能是启动和停止秒表的工作。4.2单稳态触发器 单元2为用集成与非门74LS00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U1由基本RS触发器Q非端提供，输出脉冲U0则加到计数器的清除端。门4在静态是应处于截止状态，R4、C4控制输出脉冲宽度。它的功能是提供清零信号。 图3 74LS00引脚及内部结构表图4 单稳态触发器波形4.3时钟发生器 555定时器构成了多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。 调节电位器RW1，使在555输出端3获得频率为5060Hz的矩形波信号，当基本RS触发器Q为1时，门5开启，此时脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器的计数输入端CP。图5为5
6、55定时器管脚分布图。图5 555引脚图4.4计数器及分频器 74LS161管脚排列图管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作
7、用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。输 入输 出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00000010dcbadcba110Q3Q2Q1Q0110Q3Q2Q1Q01111状态码加1译码显示单元: 本部分由cc4511译码器和七段显示共阴极数码管构成。在其引脚当中A、B、C、D为BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输出“1”有效，用来驱动LED数码管。4.5元件清单表3 元件清单表元件规格数量元件规格数量与非门
8、74LS002电位器100k1定时器5551电容510p1计数器74LS903电容4700p1译码器CC45112电容0.01u1数码管共阴2电容0.1u1电阻4701集成块座14脚5电阻3k2集成块座16脚2电阻1k1集成块座8脚1电阻1.5k1开关2电阻100k1导线若干5 调试5.1 基本RS触发器的调试 按动开关K2，检查门1输出Q非是否为1，门2输出Q是否为0，K2复位后这两个状态能否保持，再按动开关K1，Q是否由0变1，Q非是否由1变0，否则检查卡观和与非门U1。5.2 单稳态触发器的测试（1） 静态测试 用直流数字电压表测量U1、U0和C2前后的电位值。（2） 动态测量 输入端接
9、1KHz连续脉冲源，用示波器观察U0波形，5.3 时钟发生器的测试 用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节RW1，使输出波形频率为50-60Hz，若无波形输出，检查555定时器。5.4 计数、译码、显示单元的测试 测量计数器功能和分频器功能，看输出频率是否为10倍关系，各段测量显示管的功能是否正常。5.5 整体测试 先按按钮K2，此时电子秒表不工作，再按一下K1，则计数器清零后变开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常。如不需要计时或暂停时，按一下开关K2，立即会出现暂停状态。5.6 电子秒表准确度的测试 利用电子钟或手表的计时对电子秒表进行校准，若时间不准，调节RW1。 6 电路测试及测
10、试结果（测试方法、测试结果、性能分析）6.1电子秒表的整体测试各单元电路测试正常后，把各个单元按顺序连接起来，进行电子秒表的总体测试。先按一下按钮开关K2，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关K1，则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常，如不需要计时或暂停计时，按一下K2，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。在显示译码时刚开始由于频率没有调准确而导致所显示的数字不稳定，经过调试后使得555定时器输出端为稳定频率值1HZ，最终能正常显示结果。6.2电子秒表准确度的测试利用电子钟或手表的秒计时对电子秒表进行校准，使误差在1s之内。7 设计总结作为新世纪的当代大学生，在竞争如此激
11、烈的社会环境里，动手实践和创新能力显得相当重要，通过这次的实践我发现了自己还存在诸多方面的不足。 在调试过程中，我发现我的显示器只显示到79，之后的数字不在显示，于是我检查了74LS161的QD端，发现与它旁边的引脚连在了一起，解决这个问题后，我自己制作的数字式电子秒表终于完成了。 理论知识终究不是实践能力，在实践面前一系列的问题会突发出现，但是没有扎实的理论知识，实践能力又无从存在，二者可谓缺一不可，所以在以后的学习工作中要同时培养自己的学习和动手能力。 我相信自己在以后的工作和学习当中一定会养成严谨的工作习惯。8 参考文献1 康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社，1999，2 康华光.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社，1999，3 黄仁欣.电子技术实践与训练.北京：清华大学出版社，2004，1654 陈帅. 数字电子技术实验指导书.淮安:电子信息工程系,2008,695 刘修文.实用电子电路设计制作.北京:中国电力出版社,2005.
