数字秒表课程设计
安徽科技学院
机电与车辆工程学院
课程教学实习(设计)总结
实习内容: 数字秒表课程设计实习地点: 工程训练中心
实习时间: 2012 学年第一学期第 13-14 周
学号: 1665100213 姓名: 李芳
专业:电子信息工程班级: 102班
2012 年 12 月 3 日
个人总结
通过本次课程设计，我们了解数字秒表的主体电路组成及工作原理，熟悉了集成电路及有关电子元器件的使用，掌握了仿真软件multisystem的应用，学习和掌握数字电路中基本芯片的功能及其应用(比如频率发生、计数、译码显示、等单元电路的综合应用。)
我们对数字电子的认识和应用都有了很大的提高设计实验过程中，我们遇到了很多问题。比如:7段LED数码显示器的译码问题，焊接实物图时的资源短缺问题，这些或大或小的问题，有的我们解决了，有的问题还待解决。这些问题成了我们最好的老师～当我们一个个攻克这些问题的同后，才感觉到自己的动手能力得到了很大的提升～
这两周它带给我太多的回忆，太多的提升。回想当时，每设计出一个模块我都欣喜不已，每一次仿真成功都让我觉得，信心倍增。每一个功能的实现，都让我们
觉得距离成功又进了一步。但是无论设计、仿真还是最后的焊接，我们遇到了更多的失败和打击。面对这些，我们告诉自己:不能放弃～这也是我们的最大的收获。无论遇到多大的困难，都不能轻言放弃～只要肯做研究，肯下功夫，没有什么能难得到我们～
指
导
教
师
评
语
实习成绩: 签名:
年月日
学院实习领导组评语
安徽科技学院机电与车辆工程学院
《软件综合实训》
设计说明书
题目: 数字秒表课程设计
姓名李芳
学号 1665100213
专业: 电子信息工程专业
班级: 10级2班
指导教师 : 张玉山
2012 年 12 月 3 日
目录
一( 设计题目 (3)
二( 设计任务与要求 (5)
三( 设计目的与流程 (6)
四( 设计原理及说明 (6)
五( 单元电路设计 (7)
六( 器件选择 (17)
七( 设计电路图 (17)
八( 焊接与调试 (11)
九( 设计心的与体会 (12)
数字秒表课程设计任务书
一、设计题目
题目:数字秒表的设计与制作
二、设计任务和要求
1、设计任务
设计一个数字秒表，能进行10分钟以内的计时，具备启动、停止、保持功能。要求认真设计电路，并能正常仿真运行无误;制作完整的电路装置，焊接好元件，调试、运行结果正常。 2、设计要求
1)制作一个频率为50Hz的时钟发生装置
2)通过分频电路，输出周期为0.1秒的计数脉冲
3)利用计数器接收分频电路输出的计数脉冲，并通过数码显示器显示出来，完成0.1,9:59.9秒的秒表计时
4)设置开关控制电路，实现“开始计数”，“停止并保持计数”和“清零并准备重新开始计数”的功能
5)完成对数字秒表的设计、仿真、焊接等过程。
三、设计目的及流程
1. 【目的】为引导学生充分利用课外业余时间将课堂所学理论知识
与动手实践相结合～体会电子学的奥秘从而激发大学生对电子
技术的爱好～培养大学生动手设计能力。
2. 【流程】,1,:查找资料～确定总体电路设计方向。
(2):设计并确定电路。
(3):应用multisim 仿真，并校验电路。
(4):使用面包板连接电路，最后确认电路的实际可行性
(5):焊接实物电路图
三、设计原理及说明
本电路由启动、清零复位电路,计数电路,译码显示电路,回读电路，弹压式开关等组成。
利用芯片74LS90的逻辑功能，用四片74LS90芯片实现秒表示00:00—09:99秒。
利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。
利用4511芯片与共阴极七段显示器，实现译码显示器功能，显示时间。
利用74LS00D芯片的逻辑功能，实现电路的直接置位、复位功能
四、单元电路设计
1、时钟信号产生电路
NE555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。利用闭合回路的反馈作用可以产生自激振荡。TTL电路延迟时间短，难以控制频
率。电路接入RC回路有助于获得较低的振荡频率，由于门电路的作用时间极短，TTL电路自有几十纳秒，所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的，而且频率不易调节。在电路中接入RC电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R，C的数值可以很容易实现对频率的调节。
振荡电路是数字秒表的核心部分，电容充放电的速度决定了电路的振荡频率
R3 、R2、C1、C2决定了多谐振荡器的周期，即决定了形成的方波的频率利用闭合回路中的负反馈作用可以产生自激振荡，利用闭合回路中的延迟负反馈作用也能产生自激振荡，只要负反馈作用足够强。为了得到频率更加准确的频率信号，加入了电容和电阻，其中电容为100nf和10nf，电阻为R3为100K欧姆，R2为滑动的变阻器。
VCC
5V
R3A1100ΩVCC
RSTOUT
DISR2THR
TRI1.5kΩ50%CONKey=A
GND
555_VIRTUAL
C1C2
100nF10nF
8
图4.1.1 555多谢震荡脉冲发生电路
图4.1.2 555 多谐振荡脉冲发生器器的工作波形
2、计数及译码显示功能设计
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,十进制计数器和任意进制计数器.根据计数的增减趋势,又分为加法,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—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。
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图4.2.1 74LS90引脚排列
表4.2.2 74LS90真值表
计数功能主要利用二—五—十进制加法计数器74LS90来实现。因要求电子秒表显示时间为00:00—09:99秒，因此需四片74LS90芯片，其与译码显示单元的相应输入端连接，可显示00:00—09:99秒。图2.4.1为74LS90引脚排列。
通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能;而且还可借助
R(1)、R(2)对计数器清零，借助S(1)、S(2)0099将计数器置9。
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其具体功能详述如下:
(1)计数脉冲从CP输入，Q作为输出端，为二进制计数器。 1A
(2)计数脉冲从CP输入，QQQ作为输出端，为异步五进制加2DCB
法计数器。
(3)若将CP和Q相连，计数脉冲由CP输入，Q、Q、Q、Q2A1DCBA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。
(4)若将CP与Q相连，计数脉冲由CP输入，Q、Q、Q、Q1D2ADCB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。
(5)清零、置9功能。
a)异步清零:当R(1)、R(2)均为“1”;S(1)、S(2)中0099
有“0”时，实现异步清零功能，即QQQQ,0000。 DCBA
b)置9功能:当S(1)、S(2)均为“1”;R(1)、R(2)中有9900
“0”时，实现置9功能，即QQQQ,1001。 DCBA
74LS90芯片功能表如表4.3.2所示。由四片74LS90芯片构成的计数器电路如图4.3.3所示
U10U11U17U54511BD_5V4511BD_5V4511BD_5V4511BD_5V713713713713DAOADAOAD AOADAOA112112112112DBOBDBOBDBOBDBOB211211211211DCOCDCOCDCOCDCOC610610610 610DDODDDODDDODDDOD9999OEOEOEOE515515515515~ELOF~ELOF~ELOF~ELOF414414414 414~BIOG~BIOG~BIOG~BIOG3333~LT~LT~LT~LT
U1U2U3U414121412INAQAINAQA191914121412INAQAINAQAINBQBINBQB191988INBQ BINBQBQCQC88211211QCQCR01QDR01QD21121133R01QDR01QDR02R0233R02R0266R91R91 7766R91R91R92R9277R92R9274LS90D74LS90D74LS90D74LS90DU81AVCC1B4A1Y4B2A4Y2 B3A2Y3BGND3YJ1Key = Space74LS00D
图4.2.3 74LS90构成的计数器
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3、译码驱动及显示单元
计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用CD4511作为显示译码电路，选用LED数码管作为显示单元电路。
图4.3.1 CD4511引脚图图4.3.2 LED数码显示管
cd4511管脚功能介绍如下:
LE:锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，CD4511输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g:为译码输出端，输出为高电平1有效。
BI:4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭(消隐)状态，不显示数字。
LT:3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否正常。
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GND
CKCKCKCK
U13U14U16U9ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG
U5U10U11U174511BD_5V4511BD_5V4511BD_5V4511BD_5V713713713713DAOADAOAD AOADAOA112112112112DBOBDBOBDBOBDBOB211211211211DCOCDCOCDCOCDCOC610610610
610DDODDDODDDODDDOD9999OEOEOEOE515515515515~ELOF~ELOF~ELOF~ELOF414414414 414~BIOG~BIOG~BIOG~BIOG3333~LT~LT~LT~LT
U1U2U3U414121412INAQAINAQA191914121412INBQBINBQBINAQAINAQA881919QCQC INBQBINBQB21121188R01QDR01QDQCQC33211211R01QDR01QDR02R0233R02R0266R91R91 7766R91R91R92R9277R92R9274LS90D74LS90D74LS90D74LS90D
图4.3.3 四位译码显示单元电路
4、弹压式开关
图4.4.1开关简易图
五、器件清单
品名型号数量备注
IC1 74LS00 2
IC2 74LS90 4
IC3 CD4511 3
13
IC4 555 1
IC插座 IC相应
LED 7段共阴 3 或八段
电阻 3k 2
电阻 1k 1
电阻 1.5k 1
电阻 100k 1
电阻 470 8
可变电阻 100k 1
电容 510p 1
电容 4700p 1
电容 0.1微法 1
电容 0.01微法 1
按钮 2 直流稳压电源 5v 1
万能板 1 足够大六、总电路图(如下所示)
七(焊接与调试
【安装】:面包板分模块调试完成，功能无误之后，在电路14
板上将元器件焊接。全部焊接结束，并检查所有功能正常后。将整机封装。
【调试】:整机接通电源后并给正常计数电源:按复位键，数码管现实清零，按开始键，秒表开始计数，按暂停键，秒表停止计数。并可以通过调节滑动变阻器，控制脉冲频率来校准秒表。
八( 设计心的与体会
通过本次课程设计，我们了解数字秒表的主体电路组成及工作原理，熟悉了集成电路及有关电子元器件的使用，掌握了仿真软件multisystem的应用，学习和掌握数字电路中基本RS触发器、频率发生、计数、译码显示、回读、去抖等单元电路的综合应用。
在历时半个月的实训，制作的过程当中，我们不但把以前学过的数字电子技术方面的知识做了全面的重新的认识。还学到了很多课堂上根本无法学到的知识。以前我们虽然进过一个学期的学习，并且都在期末考试和数字电子实验当中取得了不错的成绩。但是经过这次的秒表设计，我才发现，我们之前对数字电子的理论知识认识是那么的浅薄，对仿真软件的应用几乎是一窍不通，对于数电的应用也非常的模糊。
在设计的过程中，我们慢慢学习、摸索、体会。一开始，我们在网上查阅资料，拿着别人制作好的秒表的电路图来研究，先学习别人的设计思路，设计方案。之后我们针对自己将要设计的电路的要求进行修改。附加的功能没有现成的电路可以参考，我们就一
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起讨论解决的办法渐渐的把功能实现。之后我们一起用仿真软件仿真。来验证自己的思路的可行性，再对电路做出校验和修改。自己根据现有的元件一步步不断地进行，最后把所有器件焊接在电路板上。
我们对数字电子的认识和应用都有了很大的提高设计实验过程中，我们遇到了很多问题。比如:7段LED数码显示器的译码问题，焊接实物图时的资源短缺问题，这些或大或小的问题，有的我们解决了，有的问题还待解决。这些问题成了我们最好的老师～当我们一个个攻克这些问题的同后，才感觉到自己的动手能力得到了很大的提升～
一个星期以来，我几乎把所有的课余时间全都用在了这个工程上，也许对于很多人而言，这个项目是一个非常不起眼的小工程，我们做出来的作品是那么的粗糙，存在着不可计数的缺点和不足。但是这是我的努力。它带给我太多的回忆，太多的提升。回想当时，每设计出一个模块我都欣喜不已，每一次仿真成功都让我觉得，信心倍增。每一个功能的实现，都让我们觉得距离成功又进了一步。但是无论设计、仿真还是最后的焊接，我们遇到了更多的失败和打击。面对这些，我们告诉自己:不能放弃～这也是我们的最大的收获。无论遇到多大的困难，都不能轻言放弃～只要肯做研究，肯下功夫，没有什么能难得到我们～
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