数字秒表电路报告

课程名称：数字电子技术课程设计

题目：电子秒表电路

学生姓名：

专业：

班级：

学号：

指导教师：

日期：年月日

电子秒表电路

一、设计任务与要求

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

二、方案设计与论证

实验要求设计一个用于短时间测量的电子秒表，根据学过的相关知识可以知道和题目的要求，电路应该分为分为3个部分，分别是计数脉冲产生电路、计数电路、和状态控制电路。电路的框图描述如下图：

由上面的电路模块图，我们讨论得到下面两个方案

方案一、

用一个555定时器做出多谐振荡电路为计数电路提供计数脉冲，通过调节外围电阻R1、R2和电容C的值使振荡电路产生10Hz的计数脉冲（即周期为秒的信号）。用74LS160计数器做成3级计数电路，分别是十进制的秒计数电路、60进制的秒计数电路和十进制的分计数电路。用74LS160做成3进制计数电路并配合74139二线四线译码器做成状态控制电路，使计数电路在清零、计数、停止3个状态之间转换。

方案二、

用石英晶体构成石英晶振脉冲发生器。计数电路是74LS160串接构成的600进制计数器最多可以计数到600秒（10分钟）这样控制起来比较方便、控制电路同方案一。

最终方案：

方案一。由于对方案二的石英晶振电路原来不是很熟悉，并且方案二的计数显示不符合人的一般思维方式，因此选用方案一作为最终方案。

三、单元电路设计与参数计算

根据上面的讨论，方案包含3大单元：计数电路、状态控制电路、计数脉冲产生电路。下面分别对个单元进行设计和参数的计算。

(1)计数脉冲产生电路

由于555定时器在数字电子和模拟电子中都要重要的应用，并且使用起来比较简单，只需接少量的电阻电容等外围元件，就可以构成施密特触发电路、单稳态电路和多谐振荡电路，所以本方案最终选用了555定时器来做计数脉冲产生电路。

555定时器的功能表：

通过对上面功能表的分析，可以用以下的典型多谐振荡电路。

电容C充电时间

t1=(R1+R2)Cln(Vcc-Vt-)/(Vcc-Vt+)=(R1+R2)Cln2 <1>

放电时间t2

t2=R2Cln(0-Vt+)/(0-Vt-)=R2Cln2 <2>

电路的振荡周期

T=t1+t2=（R1+2R2）Cln2 <3>由于设计要求秒表的分辨率为秒，所以这里要设置振荡周期T=

由<3>式并假定C=3uF,则：

R1+2R2=T/Cln2=(3×10-6×ln2)≈48090Ω

最终取R1=8090Ω,R2=20KΩ，C=3uF

(2)74LS160和139二线四线译码器构成的状态控制电路

74LS160功能表

74HC139的真值表

由上面的功能表为依据可以设计下面的控制电路：

由于电子秒表有清零、计数、停止三个状态。本方案利用74LS160构成一个三进制计算电路，由于74160采用异步置零方式，所以用计数器的第四个状态，即0011通过一个与非门译出一个地电位作为控制器的清零信号，使控制器循环于0000、0001和0010之间，对应于秒表的3个控

制状态。而控制计数电路的计数脉冲是通过一个常开开关接VCC构成，每按一下开关，计数器便接收到一个下降沿，从而跳到另一个状态。

(3)74160构成的计数电路

由于74LS160是十进制计数器，采用异步置零方式。按设计要求，秒计数和分钟计数部分都是十进制，所以秒计数部分和分钟计数部分只需用控制电路的清零信号来清零即可，每当秒计时电路和分钟计数电路到达10，或者接收到控制电路的清零信号就清零。

而秒计数部分需要本身的60进制清零信号和控制电路的清零信号来置零，所以U3和U4用或非门来接收这两个清零信号，只要秒计数到达60

或者控制电路发送了清零信号，秒计时电路都会清零。秒计数电路的60进制清零信号是当十位为6时发出的。

同时对于所有的74LS160计数器的ET端(图中为ENT端)，由控制电路的74139译码器输出来控制，ET为0时保持，ET为1时计数，计数电路在计数状态和保持状态之间变换。

计数电路

下面是各部分的大图

秒计数电路分计数电路

秒计数电路

四、总电路工作原理及元器件清单1．电子秒表总体电路

2、电路完整工作过程描述（总体工作原理）

整个电路通电后，由于控制电路的计数器初始状态是从0000然后是

0001再到0010，经过二线四线译码器，译码后译码器的输出端Y

3Y

2

Y

1

Y

对应的状态分别是HHHL、HHLH、HLHH(H代表高电位，L代表地电位)。

因为所有的计数器ET端都接到了74HC139的Y

1端，Y

3

接到秒计数电路和

分钟计数电路的清零端，同时Y

3

也通过反相器接到秒钟计数电路清零端的或非门。

电路通电后控制电路的计数器还没开始工作，输出状态为0000，译

码器Y

0低电位，Y

3、

Y

2、

Y

1

都是高电位，所有计数电路的所有计数器ET端

都为1，同时计数电路的所有计数器清零端都是高电位，秒表电路进入计时状态。秒计数电路逢10向秒钟计数电路进1，而秒钟计数电路逢60向分钟计数电路进1。

当按一下开关J1时，控制电路接收到一个下降沿脉冲，控制电路输

出状态变为0001，译码器的输出端Y

3Y

2

Y

1

Y

电位为HHLH，计数电路所有

计数器的ET端都为0，同时所有计数器清零端为1，计数电路处于保持状态。

再按一下J1开关，控制电路接收到一个下降沿脉冲，控制电路输出

状态变为0010，译码器的输出端Y

3Y

2

Y

1

Y

电位为HLHH,计数电路所有计数

器清零端都为0，完成清零动作。

再按开关，则控制电路在0000、0001和0010之间循环，计数电路则在清零、计数和保持之间循环。

2．元件清单

五、仿真调试与分析

整个实验设计和仿真都是用来做的。对一个比较大的电路经行设计和调试电路都是要分模块经行。首先，把计数电路调试好，秒计数电路、秒计数电路和分钟计数电路分别是10进制、60进制和10进制计数电路。开始调试的时候发现秒计数电路到了49就清零了，后来发现开始设计的时候是用了十位的5来译出清零信号，所以当十位进到5，即到49时就会清零，最后改为了用十位的6来译出清零信号。比较难的一部分是秒计数部分。因为秒计数部分由两个74LS160构成，置零要考虑本身的60进制置零和控制电路的清零信号通过多次的仿真和认真的考虑，最终确定了在秒计数电路的清零端接一个二输入或非门，输入端分别连到控制电路送来的清零信号和本身通过与门译出60进制清零端。还要注意74160是异步置零方式，60进制清零时应该用十位的6，即6对应的二进制0110通过与门译出高电位作为置零信号，而不是用59来译码。

控制电路部分的调试。首先要做一个3进制的计数器分别控制电子秒表的3个状态。开始的时候本来想直接用逻辑门对这3个状态译出相应的

控制信号控制计数电路，后来想到用译码器更简单，所以就改用译码器了。因为控制电路计数器只有3个状态，就只需将它的低二位送到译码器的A 、B 输入段就可以。再用译码器的输出端Y 2、Y 1、Y 0分别控制计数电路即可。

脉冲产生电路调试。开始的时候按照《数字电子技术基本教程》的例题计算出产生10HZ 脉冲的电路，但是用把电路画出来之后发现不能驱动计数电路，也就是计数电路不能计数。后来在网上查阅先关资料，才知道是的限制，不能用555定时器产生低频方波脉冲。所以实验仿真时用的参数的1Kz 的参数，报告中给出了10Hz 脉冲产生的计算公式和R1、R2和C 的参数出理论值。 六、结论与心得

对于复杂的电路设计，要先将电路划分模块，然后思考各个模块要实现的功能，再根据所学的知识设计各模块，设计好各个模块之后就要把各模块连接起来，这时候就要注意模块之间的联系了，使各个模块能很好的配合工作。要做好数电的设计必须要能熟练运用组合逻辑电路和时序逻辑电路的知识，尤其是计数器的应用很重要！计数和电路的状态转换都可以通过计数器来实现。还有就是电路设计一定要用软件来仿真，观察结果是否和预期结果符合，以便对电路进行改正后优化。