课程设计说明书（小初号字距4磅黑体加黑居中）课程名称：数字电子课程设计题目：数字式跑表学生姓名：专业：网络工程班级：网络11-3班学号：指导教师：日期： 2013 年 6 月 28日数字式跑表一、设计任务与要求设计一个以0.01s为基准计时信号的实用数字式跑表。

基本要求：（1）跑表计时显示范围0~99min59.99s（2）具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时功能，操作按键（或开关）不超过2个（3）时钟源误差不超过0.01s提高要求：（4）显示最大值可达23h59min59.99s，有整点、半点提醒功能（5）有定时功能（6）有倒计时功能二、方案设计与论证跑表的原理图及简要说明（分层次进行说明，如顶层设计和底层设计分开说明）图一：数字跑表输入输出示意图输入有三个信号，CLR=1时清零，CLR=0时跑表从零开始计数；时钟信号CLK，周期为0.01秒；当PAUSE=0时跑表暂停计数，PAUSE=1时跑表从当前值继续计数。

输出分别为分钟、秒钟、百分秒的BCD码，各用数码管显示。

显示部分：显示显示显示显示显示显示译码器译码器译码器译码器译码器译码器一百进制计数器六十进制计数器六十进制计数器图二：数字式跑表逻辑图三、单元电路设计与参数计算原理图主要由3个计数器各自连接其译码器构成。

其中两个模60的分别输出分钟、秒钟，还有一个模100的输出百分秒。

全原理图采用串行接法，外加一个总体清零端，另一个时钟信号使能端作为PAUSE信号输入。

1.计数器图三：74LS160管脚图及功能表74LS160为异步清零计数器，即RD端输入低电平，不受CP控制，输出端立即全部为“0”，功能表第一行。

74LS160具有同步预置功能，在RD端无效时，LD端输入低电平，在时钟共同作用下，CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能（第二行）。

RD和LD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（160）实现模10加法计数，Q3 Q2Q1Q=1001时，RCO=1。

图四：模60计数器模60计数器采用串行进位，部分异步清零接法。

图五：模100计数器模100计数器采用串行进位，不需要清零接法。

2.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：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。

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（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。

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。

本设计采用阳数码管与74LS47匹配，同时并入一个四输入内置译码器的7段数码管，以验证译码部分的功能。

四、总电路工作原理及元器件清单1．总原理图控制电路：用两个简单的逻辑电平就可以控制整个电路的运转。

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。

其中，分别用两个160构成一个60进制计数器和两个100进制计数器。

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。

2．电路完整工作过程描述（总体工作原理）首先，时钟脉冲为100Hz，保证了计数时跑表的单位为0.01S。

用一个逻辑电平和输入脉冲相与，当逻辑电平为0时，与门输出0，整个电路处于暂停状态；当逻辑电平为1时，与门输出1，整个电路处于计数状态。

然后，U2和U3构成100进制计数器，用来显示0.01~0.99S；U4和U5构成60进制计数器，用来显示0~59S；U7和U11同样构成100进制计数器，用来显示0~99min。

U6，U8，U9，U10，U13，U27作为四输入七输出译码器，分别与上面的六个数码管配合起来显示相对应的数字。

3．元件清单元件序号型号主要参数数量备注1 NC7S08 3 控制脉冲输入2 74LS160 6 用于计数3 74LS47 6 用于译码4 数码管 6 用于显示数字5 非门（） 4 控制高位输入6 与非门（74LS00） 2 实现与非功能五、仿真调试与分析调试的时候没有出现错误。

六、结论与心得一周的课程设计已经结束，不是很辛苦，但给我带来了从未有过的体验与喜悦。

在设计实践的过程中，我深深的体会到必须要有扎实的知识基础，要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是利用Multisim 仿真，因为以前没有学过这个软件，所以我们要从头学起，自行摸索的学习。

我们在各个单元电路的连接上花费了大量时间。

我们在设计时曾做出了两套方案以及仿真电路，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，这才确定了我们的电路。

实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，要考虑到各个元器件的功能和特性，要翻阅大量资料，参考别人的经验，只有这样才能把自己的电路设计的成功。

通过这次对数字式秒表的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字秒表的原理与设计理念。

在此次的数字秒表设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构、管脚图、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

而且这些知识是对我们大学生来说十分宝贵的实践经验，是无法在课堂上获得的，是现今社会最重视的同时也是我们最需要提高的部分。

在设计电路中,完成电路图只是完成了设计的一小部分，更加困难的是对电路的验证和纠错，在这过程中我接触到了很多未接触过的检查方法和思想。

在电路的仿真过程中出错的主要原因都主要是接线的错误所引起的。

接线的时候一定要细心，不要接错，同时也要学会如何判别芯片的功能，要是芯片不具备要求的功能，或者，不匹配，即使接线再正确也出不来结果。

对自己的设计要仔细考虑，是否可行，尤其是进位输出，着重看看进位的CP脉冲是否正确等。

总体来说，通过这次课程设计学习，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，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对数字电子电路的了解，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。

再次感谢课设指导老师的指导和帮助过我的同学们。

七、参考文献[1]数字电子技术及应用（李继凯，杨艳）[2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社[3]孙梅生，李美莺，徐振英. 电子技术基础课程设计[M]. 北京：高等教育出版社[4]梁宗善. 电子技术基础课程设计[M]. 武汉：华中理工大学出版社[5]张玉璞，李庆常. 电子技术课程设计[M]. 北京：北京理工大学出版社[6]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].武汉：华中科技大学出版社。