利用IC芯片设计实用用电子秒表电路设计说明书

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1、word 格式. 信息职业技术学院 毕业设计说明书(论文) 设计(论文)题目: 利用 IC 芯片设计 实用秒表电路 专 业: 通信技术 班 级: 通技 06-2 学 号: 姓 名: 指导教师: 二 八年十二月三十日 word 格式. 职业技术学院毕业设计（论文）任务书职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学 生 姓 名 学号班级 通技 06-2 专业通信技术 设计（或论文）题目利用 IC 芯片设计实用秒表电路 指导教师职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注 工程师 高级 工程师 设计（论文）容： （1）设计指标 设计一个能对从某一时刻到另一时刻的时间间隔进行计时的秒表； 要求所设计的秒表最小可

2、以测定到 1/100s； 要求最大计数可计到 59.99s，当变为 60.00 的同时预置为 00.00； 要求秒表的计数输入有两种方式：一种是复位输入，一种是计数输入。 （2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图） ； 元器件及参数选择。 进度安排： 第 5 周：任务下达，理解消化任务要求；初步设计方案确定； 第 6 周第 10 周：设计方案确定，分模块部分完成； 第 11 周：中期检查，查找问题，分析解决难点； 第 12 周第 15 周：分模块调试，整体电路调试，论文书写等； 第 16 周：答辩。 主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)： 1松，黄继业数字电路技术实用教

3、程科学，2006 2马淑华，高原电子设计自动化邮电大学，2006 审 批 意 见 教研室负责人： 年 月 日 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。 word 格式. 目录 摘要.1 第 1 章绪论.2 第 2 章方案设计.3 第 3 章单元电路设计.4 3.1脉冲源产生电路设计.4 3.1.1石英晶体振荡电路.4 3.1.2石英晶体并联谐振振荡器工作原理.4 3.2脉冲源信号分频设计.5 3.2.1同步十进制计数器 74LS160 介绍.5 3.2.2利用 74LS160 计数器芯片实现分频的工作原理.6 3.3计数器设计.7 3.4复位、启动和停止控制电路设计.

4、8 3.4.1复位电路设计.8 3.4.2R-S 锁存器工作原理 .8 3.4.3利用 R-S 锁存器控制秒表的启动和停止.10 3.5译码驱动显电路设计.10 3.5.1显示译码器的选用.10 3.5.274LS49 译码器工作原理及功能 .11 3.5.3显示器的选择.13 总结.14 致.15 参考文献.16 附录实用电子秒表电路原理图.17 word 格式. 摘要 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，现代电子产品渗透到社会各个领域， 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品 性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵，

5、秒表计时器常常用于体育竞赛及各种其他要求有精确时间的各领域中。秒表的数字 化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大扩展了它的功能。因此，研究其应用， 有着非常现实的意义。此设计的实用秒表电路由启动/停止和复位电路、脉冲源、分 频器电路、计数电路、译码驱动和显示器组成，选用常见的 IC 芯片构成。 关键词电子秒表；译码器；译码显示器 word 格式. 第 1 章绪论 随着社会的进步，电子技术的飞速发展，数字模拟电子技术、微电子技术也快 速发展使得大量集成芯片出现，集成 IC 芯片其微小的体积和极低的成本，广泛应用 于家用电器、仪器仪表、工业控制单元以及通信产品中，成为现代电子系统中最重 要的智能

6、化工具。同时可以实现很多功能代替原来的模拟电路。这样利用集成芯片 和电子电路就可以很方便的进行设计，其中最典型、现在应用也很多的就是电子产 品的设计。电子秒表已为人们生活中必不可少的一种工具，尤其是在现在这个讲究 效率的年代，电子秒表更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。 在很多实际生活中，电子秒表不单是简单的计数，更多的是运用到控制系统中。诸 如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、 定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等实现自动化的精确 控制中。因此，研究电子秒表及扩大其应用，有着非常现实的意义。数字电子秒表 的设计方法有很多

7、种，例如可以用专用的 IC 芯片配以显示电路及所需要的外围电路 组成电子秒表；也可以用中小规模的集成电路组成电子秒表；还可以利用单片机来 制作电子秒表。这些方法各有特点，其中利用 IC 芯片设计的电子秒表电路的具有稳 定度好，精度高，电路结构简单，元件芯片市场较易购买等特点。此次设计选用了 IC 芯片设计的实用秒表。 word 格式. 第 2 章方案设计 电子秒表电路由启动/停止电路、复位电路、时钟脉冲电路、分频器电路、计数 电路、译码驱动和显示器六部分组成。电子秒表的设计框图如图 2-1 所示。 图 2-1设计框图 计数前，先按下复位开关，计数器清零。按下启动开关，开始计数。石英晶体 振荡器

8、产生稳定的脉冲信号，作为电子秒表的时间基准，经过分频器分频输出标准 0.01s 时钟脉冲输入计数电路，计数器输出端接译码器输入端，译码器译码，译码 完成通过显示管显示。按下停止开关，在与非门的功能控制下，停止计数，完成一 次计数。复位清零完成后就可以开始新一轮的计数了。 word 格式. 第 3 章单元电路设计 3.1脉冲源产生电路设计 3.1.1石英晶体振荡电路 石英晶体振荡电路、LC 谐振电路、RC 谐振电路、555 定时器构成的多谐振荡器 等都可以产生脉冲信号，相比之下石英晶体具有振荡频率准确、电路结构简单、选 频特性极好、稳定度高等特点。结合设计要求选用了石英晶体振荡器产生脉冲源。 比

9、较容易买到的石英振子的频率通常是在几百 KHz到几 MHz的围，此次设计选用了 频率为 1MHz的 HC6U 型石英振子。采用结构较简单的门电路构成的石英晶体并联谐 振振荡电路。 3.1.2石英晶体并联谐振振荡器工作原理 石英晶体并联谐振振荡电路图如图 3-1 所示。 11 12 13 :4 1MHz 1M 47p 47p GND GND +5V 产生1MHz的脉冲 图 3-1石英晶体并联谐振振荡电路图 图 3-1 石英晶体两端的电容通过接地并联，石英晶体与这两个电容构成一个并 联谐振电路，也是构成一个 型选频网络反馈通道（也称 型谐振电路） 。当电容 的损耗电阻大时，电路的 Q 值会下降，同

10、时会使晶体的特性恶化，为避免这种情况， word 格式. 可以在与非门输出端与选频网络间串入一个电阻，这个电阻阻值为 1M左右，但连 接线要粗而短，这样可以减少产生损耗，而且还能防止混入干扰源而干扰了振荡器 的正常工作。信号通过石英晶体构成的 型谐振电路返回与非门的输入端，形成反 馈振荡。由此可见该电路的振荡频率是由 型谐振电路所决定的。当然，主要还是 石英晶体所决定。图 3-1 中选用的石英振子频率为 1MHz，这样就可以产生 1MHz的 脉冲源。 3.2脉冲源信号分频设计 电路需要 100Hz信号，而石英晶体振荡器电路产生的脉冲源为 1MHz，分频 1MHz 信号得到 100Hz信号必须进

11、行万分频。分频电路可由 D 触发器、锁相环电路、计数 器电路等构成，在本电路设计中采用同步十进制计数器 74LS160 构成万分频器，以 得到电路需要的频率信号。 3.2.1同步十进制计数器 74LS160 介绍 74LS160 芯片管脚如图 3-2 所示。 图 3-274LS160 芯片管脚图 图 3-2 的 74LS160 芯片管脚中，P0、P1、P2、P3为输入端，Q0、Q1、Q2、Q3为输 出端，TC 为进位输出端，CLK为时钟控制端，MR为清零端，PE为预置端，CEP、CET 为计数使能端。74LS160 计数器具有以下功能： 1异步清零功能 当MR0 时，不管其他输人端的状态如何（

12、包括时钟信号CP） ，4 个触发器的输 出全为零。 2同步并行预置数功能 在MR1 的条件下，当PE1 且有时钟脉冲CP的上升沿到来作用时， P0、P1、P2、P3输入端的数据将分别Q0、Q1、Q2、Q3被所接收。由于预置操作必须有 CP脉冲上升沿到来有效，故称为同步置数。 3保持功能 word 格式. 在MR=PE1 的条件下，当CET、CEP不同时 1 时，不管有无CP脉冲作用，计数 器都将保持原有状态不变（停止计数）。 3.2.2利用 74LS160 计数器芯片实现分频的工作原理 石英晶体振荡器提供的脉冲源为 1MHz，达不到秒表计数的精度。因此必须对脉 冲源信号进行分频，经计算要将 1

13、MHz脉冲信号变为 100Hz的脉冲信号须进行 1/10000 的分频，在分频电路的选择上，可以用四片 74LS160 计数器芯片来实现。 具体连接电路如图 3-3 所示。由于只对信号分频不用计数，可以把四个输入端连接 出来一起接地，输出端不做处理，清零端(MR)和预置端（PE）接+5V(高电平)。通过 低位计数器的进位端TC控制高位CEP、CET(控制端)即可实现分频。 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 CEP 7 CET 10 CLK 2 PE 9 MR 1 U 4 7 4L S1 60 P0 3 P1 4 P2 5 P3

14、6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 CEP 7 CET 10 CLK 2 PE 9 MR 1 U 5 74L S1 60 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 CEP 7 CET 10 CLK 2 PE 9 MR 1 U 6 74L S1 60 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 CEP 7 CET 10 CLK 2 PE 9 MR 1 U 7 74L S1 60 VCC +5V V CC +5V V CC +5V V CC +5V G ND

15、G NDG NDG ND V CC +5V 输入的1MHz脉冲 1/10分频1/100分频 1/1000分频1/10000分频 输出稳定100Hz脉冲 图 3-374LS160 构成万分频器电路 由于只对脉冲信号分频，所以没有必要对清零端进行强制复位；时钟控制端 （CLK）接输入的 1MHz脉冲源，当U4接收到输入的 1MHz脉冲源，U4开始计数，当 U4接收到第十个脉冲时，U4的 15 脚TC（进位控制端）输出由低电平跳变为高电平， U5的CET、CEP（计数使能端）变为高电平，U5开始计数，再来一个脉冲U4又从 “0001”开始新一轮的计数，计满 10 又向U5进位，依次类推，U5计满 1

16、0 又向U6进 位，U6计满 10 又向U7进位，从而完成万分频工作，得到电路需要的 100Hz信号， 通过U7的TC（进位端）输入计数部分。 word 格式. 3.3计数器设计 计数器电路同样可以用同步十进制计数器 74LS160 芯片设计，由芯片 74LS160 计数器芯片构成的计数器电路如图 3-4 所示。 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 CEP 7 CET 10 CLK 2 PE 9 MR 1 U 8 74L S160 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 CEP 7 CET 10 CLK 2 PE 9 MR 1 U 9 74L S160 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 CEP 7 CET 10 CLK 2 PE 9 MR 1 U 10 74LS 160 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 CEP 7 CET 10 CL