简易数字秒表课程设计

《电子设计自动化》
课程设计报告
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二00九年12 月16 日
目录
1.课程名称 (2)
2.设计任务和要求 (2)
2.1设计任务 (2)
2.2设计要求 (2)
3.方法选择与论证 (2)
3.1方案选择 (2)
3.2方案论证 (2)
4.方案的原理图 (3)
4.1方案原理图 (4)
4.2总体电路图，布线图以及说明 (5)
4.3单元电路设计及说明 (5)
5.电路调试 (8)
6.收获体会、存在问题和进一步的改进意见 (9)
简易数字秒表
1.课程名称：《简易数字秒表》
2.设计任务和要求
2.1设计任务：
数字式秒表实现简单的计时与显示，按下启动键开始清零计时，按下停止键，计时停止。

具有“ 分”（00—59）“秒”( 00—59）数字显示，分辨率为1 秒。

计时范围从 00分 00 秒到 59 分 59 秒。

2.2设计要求：
阅读相关科技文献，上网搜索相关资料，设计多种方案设计，予以论证，最终选择最佳方案。

1、将提供的1024hz的方波源转换成1hz 的方波源。

2、秒表的范围为0-59分59秒。

3、最后用数码管显示。

3. 方法选择与论证
3.1.方案选择
在设计之初，我们有两个方案，都实现了59分59秒的结果，不过经过小组成员的讨论，一致选定采用方案二，该方案是在Proteus软件环境下实现的秒表计时功能，就制作上较方案一还是很不错的。

3.2. 方案论证
我们主要采用74LS90芯片和555计时器，74LS90 是二 -- 五十进制计数器，根据进制转换，很好的实现了六进制的功能，参考了各相关书籍及网上的一些资料，我们做好了现在的电路图，经过仿真，我们达到了预期的结果。

4.方案的原理图
方案设计一：
4.1方案原理框图：
4.2总体电路图，布线图以及说明：
说明：上图是用EWB软件仿真的简易秒表设计的总体电路图，主体部分采用4片74LS160芯片构成进位计数器，据其引脚功能连线并设置相应使能和触发端；
其中两个与非门是通过反馈输出进行6进制的控制，两个与门实现高位两片74LS160的使能控制，达到秒表计数的功能。

单击开关停止计数，在软件上通过启动开关可实现清零。

4.3元器件选择及说明：
74LS160的逻辑功能：74160为可预置的十进制计数器，异步清零端为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。

74160的预置是同步的。

当置入控制器为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端与数据输入端一致。

74160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现。

当ENP、ENT均为高电平时，在CP上升沿作用下输出端同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。

方案设计二：
4.1方案原理框图
本数字电子秒表设计由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电路等组成，如图4.1所示：
图4.1方案原理框图
4.2总体电路图，布线图以及说明
图4.2 总体布线图
4.3单元电路设计及说明
4.3.1秒信号发生器单元：
秒信号发生器
利用555定时器构成的多谐振荡器产生秒脉冲发生器。

由于555定时器的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，再加上电路结构简单，计算比较简单。

利用555定时器构成的多谐振荡，在电路中我们选择数据如下：C＝0.1uF，R1=R2。

利用公式：f=1/(R1+2R2)Cln2
根据设计要求，需要精确到0.01s，故f＝100Hz，带入上式得：R1＝R2＝4.8KΩ。

在protues环境下的原理图中，取R1＝R2＝4.8KΩ，并且在R1支路串联一个1KΩ的电位器，来调节脉冲信号的精度。

此信号从555定时器的3引脚OUT端输出，送到计
数器74LS90的脉冲输入端CP，作为计时脉冲。

4.3.2 时间计数单元：
图1.3 74LS90六进制时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。

要实现 0.1 秒计数，须设计一个 10 进制计数器；要实现秒计数，须设计一个 60 进制计数器；要实现分计数，须设计一个 10 进制计数器，这里选用 74LS90 实现。

表为74LS90功能表
输入输出
功能
清 0 置 9 时钟
QD QC QB QA
R0(1)、R0(2) S9(1)、S9(2) CP1 CP2
1 1 0
×
×
× × 0 0 0 0 清 0
0 × ×
1 1 × × 1 0 0 1 置 9
0 × × 0 0 ×
× 0
↓ 1 QA输出二进制计数
1 ↓ QDQCQB输出五进制计数
↓ QA
QDQCQBQA输出 8421BCD
码
十进制计数QD↓
QAQDQCQB输出 5421BCD
码
十进制计数
1 1 不变保持
十分之一秒计数器和分计数器是十进制，所以只需要将 74LS90 接成十进制即可。

电路图如下：
图1.4 74LS90构成十进制计数器
74LS90 是二 -- 五十进制计数器，所以设计一个60进制秒计数器要用两个74LS90 ，当计数状态一到 01100000 立即清零。

但是用90实现六进制时须将QC,QA 分别接 R0(1)、R0(2)，这样由启动停止电路输出的启动停止秒表工作的信号就无法接到 R0(1)、R0(2)处控制。

所以本设计中改用 74LS92 实现 60 进制计数。

4.4元器件选择和电路参数计算的说明
本次设计选用的器件：74LS90×5,NE555×1,74LS26×4,AND×3,电阻若干。

本设计需要计算说明的是555芯片构成的秒信号发生器。

利用公式：
f=1/(R1+2R2)Cln2根据设计要求，需要精确到0.01s，故f＝100Hz，带入上式得：R1＝R2＝4.8KΩ。

4.5程序流程图及代码（由于本实验只用Proteus仿真，故没有代码）
5.电路调试（对调试中出现的问题进行分析、并说明解决的的措施；测试、记录、整理与结果分析）
对于方案一的调试以及相关解释：
a．由于74160的清零端低电平有效，那么当从右的第1片和第3片实现十进制就只用将清零端接高电平，让其不起作用。

b．在电路调试时，最左边的一片不好实现其计数功能，原因在于使能端没有设置好，最后将第1、2片的进位通过与门接到其ENP端口，将第3片的进位接到它的ENT 端，实现触发与计数。

c. 电路中置数是通过清零端实现的，置数端没有用，接高电平让其无效即可。

d. 此种方案接线仿真简单，清晰明了；但电路存在不稳定的可能，不好将其用
于实际的实现。

对于方案二的调试以及相关解释：
在我们整个设计过程中，我们小组完成了秒信号发生器的设计，再用公式求出555中的电阻参数，实现了精确到0.01秒。

在此基础上我们完成了74LS90的六进制电路搭建及实现有效进位。

6.收获体会、存在问题和进一步的改进意见
经过分析和仿真，我们最后选择方案二为最终方案。

收获：了解熟悉相关软件、并知道比较其利弊；巩固相应电路实现的原理，加深理论知识的学习；懂得通过团队合作来完成任务、合理利用资源，合理安排时间。

存在的问题：在仿真过程中不能很好的实现清零。

改进的方案：我们小组成员讨论后单独用包括启动开关在内的三个开关来实现。

参考书目：
［1］《电工电子基础实验》，湖北师范学院电工电子实验教学示范中心系列教材，2007年8月［2］《电子技术基础二》，华中科技大学电子技术课程组编（康华光主编），高等教育出版社（第五版）。