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摘要 1 1.设计要求 2 2.方案比较与选择 2 3. 设计方案 3
3.1系统框图 3 3.2控制电路 3 3.3 0.01秒脉冲发生电路 4 3.4复位电路 6 3.5译码显示电路 6
3.5.1计数器 7 3.5.2 译码器 8 3.5.3七段数码管（LED） 9 4. 电路工作原理 10 小结 12 参考文献 13 附录 元件清单 14 本科生课程设计成绩评定表 15
简单秒表设计
摘要
如今，信息正是一个高度发展的产业，而数字技术是信息的基础，数 字技术是目前发展最快的技术领域之一，数字技术在数字集成电路集成 度越来越高的情况下，开发数字系统的使用方法和用来实现这些方法的 工具已经发生了变化，但大规模集成电路中的基本模块结构仍然需要基 本单元电源电路的有关概念，因此用基本逻辑电路来组成大规模或中规 模地方法仍然需要我们掌握。
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。
管显示分钟的两位。本次设计中选择前一种方法。
3. 设计方案
3.1系统框图
在设计一个数字系统时，首先应根据要求，设计出总框图，然后按 框图设计具体电路，这样可避免在设计过程中产生错误。按照设计原 理，数字式秒表的电路总框图如图1所示。它主要由控制电路，脉冲发 生器，与非门，译码显示，复位电路等部分组成。
LT’=1，这时按动8421码拨码开关，输入D,C,B,A四位8421码二进制 数，显示器就显示相应的十进制数。
（4）在（3）步骤后，仍使LT’=1,BI’/RBO’接LED发光二极管，此时 若RBI’=1按动拨码开关，显示器正常显示工作。若RBI’=0,按动拨码 开关8421码输出为0000时，显示器全灭，这时BI’/RBO’端输出为低电 平即LED发光二极管全灭这就是“灭零”功能。
置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能（第二行）。和都无效，ET或EP
任意一个为低电平，计数器处于保持功能，即输出状态不变。只有四个
控制输入都为高电平，计数器（161）实现模10加法计数，Q3 Q2 Q1
Q0=1001时，RCO=1。
3.5.2 译码器
译码器电路是将数码转换为一定的控制信号。在此由7447集成元件 构成，它能将一个二进制数码转换为输出端的电平信号以控制显示器。 下图为7447的管脚图：
图9 7447管脚图
LT’,RBI’接逻辑开关，D,C,B,A接8421码拨开开关，a，b，c， d，e，f，g七段分别接显示器对应的各段。地线，电源线接好后，若线 路无误后，接通电源就开始实验论证： （1）LT’=0,其余状态为任意态，这时LET数码管全亮。 （2）再用一根导先把0电平接到BI’/RBO’端，这时数码管全灭，不显 示，这说明译码器显示是好的。 （3）断开BI’/RBO’与0电平相连的导线，使BI’/RBO’悬空。且使
图4 工作波形
图5 仿真0.01秒脉冲发生电路
该电路是由555定时器以及外围的电阻，电容组成的。 其中从555定时器构成的多谐振荡器OUT引脚出来的频率是100赫 兹。 555定时器的参数：T=0.01s，f=100Hz =1/0.695(R1+ 2R2)C 在图中R3+Rp=R1，R5=R2 经过计算并实际调整，方案为R3=130千欧，R5=5.1千欧，Rp=10千
0 × × × × ×××× 0 0 0 0 1 0 × × ↑ DCBA DCBA 1 1 0 × × ×××× 保 持 1 1 × 0 × ×××× 保 持 1 1 1 1 ↑ ×××× 计 数 74LS160功能表 1 2 3 4
5
6 7 8 9 10 11 12 13 14 74LS160
3.5.3七段数码管（LED）
7段数码管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。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。
二进制数及二进制代码是数字系统中信息的主要表示形式，与， 或，非三种基本逻辑运算是逻辑代数的基础，相应的逻辑门成为数字电 路中最基本的元件。数字电路的输入，输出信号为离散数字信号，电路 中电子元器件工作在开关状态。除此之外，由与，或，非门构成的组合 逻辑功能器件编码器，译码器，数字分配器，数字选择器，加法器，比 较器以及触发器是常用的器件。
2.方案比较与选择
数字式秒表，就需要显示数字。根据设计要求，要用数码管来做显 示器。题目要求最大记数值为99分59.99秒，则需要一个8段数码管作为 秒位（有小数点）和五个7段数码管作为分秒位。要求计数分辨率为0.0 1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：一种是用晶体振荡器，另一种方 案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。石英晶 振荡器精度很高，一般都需要多级分频。
控制电路
与 非 门 计数译码显示
0.01秒 脉冲发生器 复位电路
3.2控制电路
图1 系统框图
控制电路是由一个基本R-S触发器，机械开关，电阻以及5伏电源组 成。主要实现秒表的停止和开始计数功能。开始，停止功能可以只用一 个机械开关实现，之所以用此电路代替机械开关，是因为利用此电路的 锁存功能，防止开关K在打开和闭合时一些假信号串入逻辑电路，影响 秒表正确计数显示。电路组成如图2所示。
欧，c=100微法。在实践中，如果用示波器观察到频率不正确，可调整 Rp来改变频率，减小误差。
3.4复位电路
图6 复位电路
该复位电路由机械开关，电阻，以及电源组成。输出线1接在74160 的复位端。当需要复位时，合上开关，从输出线1即可输出复位信号 （即清零信号），
复位电路的基本功能是：提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤 销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信 号，以防开关分-合过程中引起的抖动而影响复位。
图2 控制电路
3.3 0.01秒脉冲发生电路
图3 555组成的占空比可调的多谐振荡器
555组成的多谐振荡器可以用作各种时钟脉冲发生器，图3为脉冲频 率可调的矩形脉冲发生器，调节Rp可得到任意频率的脉冲信号，由于电 容C充放电回路的时间常数不等，所以输出波形为矩形脉冲，矩形脉冲 的占空比随频率变化而变化。工作波形如图4所示。
总体来说，通过这次暑期强化训练的学习，我越发感觉电子设计不 是死板的东西，是有很大科学性与艺术性的。不同芯片的使用，不同的 接线方法，不同的变量，不同的实现思路，经过组合后几乎可以称之为 艺术。这次课程设计使我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用 proteus软件的使用，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加 深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好 的开端，我受益匪浅。同时，让我明白：电子设计容不得纸上谈兵，只 有自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获，所谓“千里之行， 始于足下”，这次课程设计最大的意义在于让我们迈出了通往工程师的 第一步。再次感谢指导老师的指导和帮助过我的同学们。
秒表核心部分——计数器，此次选择74LS160计数器。它具有同步 置数和异步清零功能。主要是利用它可以十分频的功能。
计数脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生100赫兹脉冲。如 果精度要求高，也可采用石英振荡器。
在选择译码器的时候，有多种选择，如74LS47，74LS48等4-7线译 码器。如果选择7447，则用来驱动共阳极数码管；如果选择7448，则用 来驱动共阴极数码管。在选择数码显示管时，可以利用六个数码管；也 可以借鉴简易数字频率计中的四位数码管来显示后四位，再用两个数码
下图是八段数码管（LED）的示意图，图中引脚6为VCC的为共阳数
码管，引脚6为GND的为共阴数码管。
图10 数码管
本设计采用阳数码管与74LS47匹配。
4. 电路工作原理
该设计电路的总电路图为：
图11 总电路图
各部分工作原理如下： 控制电路：它是由两个74LS00集成与非门元件构成的基本R-S触发 器，接在机械开关K的后面，防止开关K在打开和闭合时一些假信号窜入 逻辑电路。用来控制秒表的开始，暂停。 复位电路：作为清零复位用。它是由电源，开关和一个电阻组成的 电路。 0.1秒脉冲发生器电路：它由555集成定时器元件和外围的电阻和电 容等元件构成的多谐振荡器。调节滑动电阻的数值，可以改变脉冲发生 器的输出频率。 计数器电路：从进位制来分，有二进制计数器，十进制计数器等多 种形式。在此采用的74LS160十位二进制计数器，即8421编码方式。 译码器电路：是将数码转换为一定的控制信号。在此由74LS47集成 元件构成，它能将十个二进制数码转换为输出端上的电平信号以控制显 示器。 显示器电路：有辉光数码管和荧光数码管等多种显示电路。此次设 计中采用的是共阳极七段LED显示器。 电路工作原理： 在仿真软件上接通电源 1.合上复位电路的开关，是电路在工作之前先清零。电子秒表处于 复位状态。 2.当第一次按动开关K，产生第一个单脉冲作为基本RS触发器的时 钟，使三状态控制电路的输出端Q1产生高电平，经与非门后，使0.01秒 脉冲进入计数器计数，并译码、显示出来。 3.当第二次按动开关K，产生第二个单脉冲使三状态控制电路输出端 Q1输出低电平Q2输出高电平，关闭与非门，使计数停止。 4.当需要复位清零时，按动复位电路的开关K。电路即处于复位状 态。