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1、1.1 设计目的1.2 设计要求2 .电路分析22.1 设计电路图22.2 电路分析32.2.1 时钟脉冲发生器32.2.2 计数器52.2.3 译码器62.2.4 数码管73 .设计步骤73.1 设备与元件73.2 测试调整73.2.1 时钟发生器的测试73.2.2 计数器的测试73.2.3 电子秒表的整体测试83.2.4 电子秒表准确度的测试84 .参考文献85 .设计心得8数字电子秒表设计电子秒表在生活中的应用，它可广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测域实验,还可 用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验,同时也适用于对时间测量精度要求较高的 场合.测定短时间间隔的仪表。有机械秒表和
2、电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但 具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可 精确至千分之一秒。广泛应用于科学研究、体育运动及国防等方面在当今非常注重匚作效率 的社会环境中，定时器能给我们的.作、生活以及娱乐带来很大的方便，充分利用定时器， 能有效的加强我们的工作效率。数字电子秒表是利用数字电子技术把模拟信号转换成数字信号来完成的，具有再观、准 确性高的特点。1.1设计目的1 .建立数字电子电路系统的基本概念；2 .运用CD4060分频器的应用，计数器的级联及其计数、译码、显示电路的整体配合;3 .建立分频的基本概念。4 .2设计要求设计一个数字电
3、子秒表，该秒表具有显示功能和清零、开始计时.、停止计时等功能。设计的要求如下：1 .以1秒为最小单位进行显示；2 .秒表可显示09秒的心程：3 该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能：4 .除了以上功能，个人可根据具体情况进行电路功能扩展。1.3设计内容1 .搭接电子秒表的整体设计电路；2 .校准0.1秒信号源；3 .测试电子秒表清零、开始计时、停止计时功能。2.电路分析图2.1.1电子秒表电路图2.2电路分析THTR及OUTDISXX00导通为3 tT-v 310导通v3 e-v3 e1保持保持X3 811截止（二）555定时器的逻辑功能图2.2.2555逻辑电路图和引脚图图2.1.1是电子
4、秒表完全的电路图，按功能可以分成四个单元电路进行分析，由时 钟脉冲发生器、计克器、译码器和数码管组成。其原理方框图如图221所示。H、J钟脉冲|回数器引码器|髭而2.2. 1时钟脉冲发生器555定时器是模拟一数字混合式 集成电路，利用它可以方便地构成脉冲 产生、整形电路和定时、延时电路。用 555定时器构成的门激式多谐振荡器, 是一种性能较好的时钟源。调节电位器 Rp，使在输出端3获得频率为50HZ 的矩形波信号。（一）555定时器的电路结构及其功能图2.2.2为555定时器的内部逻辑电 路和外引脚图，从结构上看，555电路由2 个比较器、1个基本RS触发器、1个 反相缓冲器、1个集电极开路的
5、放电晶体 管和3个5kQ电阻组成分压器组成。图2.2.5多谐振荡器电路多谐振荡器如图2.2.3所示。当电路刚接通电源时，由丁-C(C1/C2)来不及充电，555 电路的2脚处于零电平，导致其输出3脚为高电平。当电源通过RI、Rp向C充电到 VeVcc时，输出端3脚由高电路平变为低电平，电容C经R1和内部电路的放电开关 管放电。当放电到VcgVcc时，输出端乂由低电平转变为高电平。此时电容再次充电， 这种过程可周而复始地进行下去，形成自激振荡。图2.2.4是输出端及电容器C上电压 的波形。图224波形图振荡频率的估算：(为r电路更有观，见图2.2.5)(1)电容充电时间/。电容充电时，时间常数r
6、 1=(4+&)C,起始值此(O) =-r,r, 3终了值VC()=%c，转换值此(八)=1喙，带入HC过渡过程计算公式进行计算：vc(oo)-vc(0+)F. = r. InVc(00)- Vc(r()(I= =r inJ()(2.2.4)20.7(7?, + 2R、)Ccc-cc23/?. + R.Ieb=ri ,n2 Rt +2公= 0.7(/?! + R2)C(2)电容放电时间T2电容放电时，时间常数T 2=&C，起始值，C(0+)=3曦，终了值心(8)=0,转换值 3VC(r2) =lr4r,带入HC过渡过程计算公式进行计算：T2 =0.7R2c(3)电路振荡周期7+公=0.7（R+
7、2R2）C（ 2.2.2）（4）电路振荡频率/3s_112_（2.2.3）T （+2&）C（5）输出波形占空比q定义：q=TVT,即脉冲宽度与脉冲周期之比，称为占空比。2.2.2计数器Qa 4 4 QdIlliVcc GNDk74LS90 Rg -R。 RoQ) -rp 11 rCPlCP2Ro(i)图2.2.5五进制计数器计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不 仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时，分频和执 行数字运算以及其它特定的逻辑功能.计数器种类很多 .按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源 来分,有同步计数器和异步计数器,根据计数制的不同，分 为二进制计数器，十进制
8、计数器和任意进制计数器.根据 计数的增减趋势，乂分为加法，减法和可逆计数器.还有可预置数和可编程序功能计数器等 等。74LS90是异步二一五一十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，乂 可以作五进制和十进制加法计数器。1 .分频器电路通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到0.1Hz的秒信号输入，需要对 振荡器的输出信号进行分频。图2.2.1中的U1是一个五进制计数器，对振荡器的输出信 号进行分频。对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频,在输出端QD取得周期为0. 1S 的矩形脉冲，作为时间计数单元的时钟输入。单元电路2.2. 5所示。若计数器U1不用，汽接用555产生的信号作计数脉
9、冲是可以实现的。根据多谐振荡 电路的频率公式（22的），直接产生0.3 （10Hz）的脉冲,可以调节电路的R和C的数 值。2 .时间计克计数器U2及计数器U3接成8421码十进制形式，将CP2 （即CKB）和Qa相连,计数脉冲由CPi输入，Qd、Qc、Qb、Qa作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计 数器。S2断开秒表应清为00, S2接通（S1闭合），秒表应开始计数。输 入输出功 能清0置9时 钟Qd Qc QbQaRod), R，2)%(1)、S)CP| CP21 10xX0XX0000清 00Xx01 1XX1001置 90xx00XX0I 1Qa输出二进制计数1 IQdQcQb输
10、出五进制计数I QaQdQcQbQa 输出8421 BCD 码十进制计数QdIQaQdQcQb 输出5421 BCD 码十进制计数I1不变保持表 2.2.1 74LS9074LS903 .2.3译码器译码器是一个多输入，多输出的组合逻辑电路.它的作用是把给定的代码进行”翻译 ”，成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的 用途，不仅用于代码的转换，终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信 号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。译码器可分为通用译码器和显示译码器两 大类。前者乂分为变呈译码器和代码变换译码器。计数器实现了对时间的累计以8421BCD
11、码形式输出，译码器电路采用74LS47集成块，其功能表如F：Truth TableDMlmal orOutputsFunatonLTRB?A3A2A1AO7odi-ihLLLLHLLLtLLi 口.用“iHXLLIHHHLLHHHH2）ZHXLLHUHLLHLLHL3MXLLMHMLLLLMHL4HXLHLLHHLLHHLI3HXLHLMHLMLLHLLaHXbHMHHHLI.ULL7HXLHHMHIULHHHM8MXM1.LLMLLLLLLL9HXHLLHHLLUHHUIWHXHLHLHMHMLLML11MMLHMXMHLLHML，2MXMMLLMMLMHMLL3MXMMLMHLHMLHLI
12、14HXHHHLHHHHLLLL-bHXHHMMMKMMHM57XXXXXXLHHMMMMHI Nota 3)ftWiHi.ULUULHHHHHHH4)CTLXMXXXHLLLLLULtNote 6741s47功能去2.2.4数码管一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点.小型数码管(0.5、和 0.36寸)每段发光二极管的正向压降，随显示光(通常为红，绿，黄,橙色)的颜色不同略有差别, 通常约为22.5V,每个发光二极管的点亮电流在5lOmA.LED数码管要显示BCD码所 表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相 当的驱动能力。这个设计的数码管采用共阴型数码管。一个LED数码管可用来显示一位09十进 制数
