2011~2012 学年第二学期
《 数字电子技术》
课程设计报告
题 目：电子秒表的设计
专 业：电子信息工程
班 级：10信息1班
姓 名：
指导教师：
电气工程系
20##年 5月 25日
任务书
摘 要
秒表应用于我们生活、工作、运动等需要精确计时的方面。它由刚开始的机械式秒表发展到今天所常用的数字式秒表。秒表的计时精度越来越高，功能越来越多，构造也日益复杂。
本次数字电路课程设计的数字式秒表的要求为：显示分辨率为1s/100，外接系统时钟频率为100KHz；计时最长时间为1h，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s；系统设置启／停键和复位键。复位键用来消零，做好计时准备、启／停键是控制秒表起停的功能键。
针对上述设计要求，我们先前往校图书馆借阅了大量的数字电路设计方面的书籍，以及一本电子元件方面的工具书，以待查阅各种设 计中所需要的元件。其次安装并学习了数字电路设计中所常用的Multisim仿真软件，在课程设计过程的电路图设计与电路的仿真方面 帮助我们发现了设计电路方面的不足与错误之处。
工作安排方面：我们首先在课程设计的要求下设计出了数字式秒表的整体电路框图。其次我们对每个单元电路进行设计分析，对其工作原理进行介绍，最后使用Multisim软件画出单元电路，并在可能情况下对其进行仿真实验。完成了单元电路设计分析之后，进行总电路的拼接与调试，最后对总电路图进行分析，写出结论。完成总电路的设计与分析之后，对资料与设计电路进行整理、排版，完成课程设计报告。
关键字：555定时器 十进制计数器 六进制计数器 多谐振荡器
目 录
第一章 方案设计与论证...................................... 5
第二章 单元电路设计与参数计算............................ 6
2.1 时钟脉冲发生和控制信号.......................................... 6
2.2 设计十进制加法计数器............................................ 7
2.3 设计六进制加法计数器............................................ 8
2.4 启动与停止电路.................................................. 9
2.5 清零电路设计................................................... 10
第三章总电路工作原理及元器件清单....................... 11
3.1电路完整工作过程描述........................................... 11
3.2总原理图....................................................... 11
第四章 仿真.................................................... 13
第五章 结论.................................................... 15
参考文献........................................................ 16
附录............................................................. 17
插图清单
图1-1 方案设计图......................................................5
图2-1 555定时器构成的多谐振荡器.......................................6
图2-2 异步8421码十进制加法计数器.....................................8
图2-3 六进制加法计数器................................................9
图2-4 启动与停止电路..................................................9
图2-5 清零电路.......................................................10
图3-1 总原理图.......................................................12
图4-1电子秒表仿真结果图1............................................13
图4-2电子秒表仿真结果图2............................................14
第一章 方案设计与论证
总体分析：
图1-1 方案设计图
如图1-1所示，该电路需要2个六进制和4个十进制的加计数器，一个555定时器组成的多谐振荡器，RS触发器启动停止电路。由555多谐振荡器产生100Hz的时钟脉冲作为脉冲源（即0.01s为周期），通过与启动停止电路的输出与非后作为信号源输入至第一个十进制计数器即0.01s位的计数器。然后进位至0.1s位的十进制加计数器，以此类推逐个进位。以此实现显示分辨率为1s／100，计时最长时间为1h，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s，最后通过6个译码显示LED数码管输出。
第二章 单元电路设计与参数计算
2.1时钟脉冲发生和控制信号
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器产生矩形脉冲：
暂稳状态的脉冲宽度tp1，即uc从(1/3)Ucc充电上升到(2/3)Ucc所需的时间：
tp1≈（R1＋R2）Cln2＝0.7（R1＋R2）C
脉冲宽度tp2，即uc从(2/3)Ucc放电下降到(1/3)Ucc所需的时间：
tp2≈R2Cln2＝0.7R2C
振荡周期： T=tp1+tp2＝0.7(R1＋2R2)C
因此，令R1=2KΩ,R2=5KΩ,输出频率为100Hz即T=0.01s，则可求出C=1.19μF。得下图2-1中100Hz的555定时器构成的多谐振荡器：
图2-1 555定时器构成的多谐振荡器
从3脚(OUT)输出100Hz的脉冲信号。
2.2设计十进制加法计数器
使用74LS90芯片实现十进制加法计数器：
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。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R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：
(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。
(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。
(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1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。
(4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB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R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。
b) 置9功能
当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001。
在这里我们用到的是将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，构成的异步8421码十进制加法计数器。如下图2-2：
图 2-2 异步8421码十进制加法计数器
2.3设计六进制加法计数器
使用74LS92芯片实现六进制加法计数器：
74LS92是一个十二进制的加法计数器，通过将其输出QB，QC与非再与非后输入到芯片的清零端R01，则每当计数器到6即二进制0110时，时计数器清零实现六进制加法计数器。为使其六进制清零输出的高电平不影响其他计数器清零，在计数器公共清零端前加上二极管（具体见总电路图）。如下图 2-3：
图 2-3 六进制加法计数器
2.4启动与停止电路
如图：
图2-4 启动与停止电路
当开关接低电平即接地时，通过与时钟脉冲与非，使计时器处于暂停状态；当开关接高电平即VCC时，通过与时钟脉冲与非，使计时器处于启动状态。因此这个开关为“启动/暂停”按键。
2.5清零电路设计
如图:
图2-5 清零电路
当开关接高电平时，所有计数器清零；当开关接低电平时，所有计数器正常工作。
第三章总电路工作原理及元器件清单
3.1 电路完整工作过程描述（总体工作原理）
电路通过555多谐振荡器产生的100Hz时钟脉冲与启动与暂停电路与非后输入到第一个计数器即0.01s位的74LS90十进制计数器使其进行频率为100Hz的十进制加法运算。并进位至下一位0.1s位的十进制加法计数器，频率缩减为10Hz。以此类推依次进位至最高位，并以6个LED数码管将计数器输出的信号显示出来。当“启动/停止”开关处于低电平时计数器处于保持状态，即暂停；当开关处于高电平时，计数器继续正常工作。而清零开关为高电平时，所有计数器清零；处于低电平时所有计数器可正常工作。
3.2 总原理图：（见下图3-1）
图3-1 总原理图
第四章 仿真
按照上面的总电路图建立仿真电路，观察计数器上面的输出，下面的图就是仿真的输出结果
图 4-1电子秒表仿真结果图1
图 4-2电子秒表仿真结果图2
第五章 结论
本次课程设计的题目是电子秒表，技术指标为：计时最长时间为1h，六位显示器，显示时间最长为59m59.99s，可以清零、暂停。至今各项指标都已实现。整个过程历经3个星期，从资料的查询，方案的确定，以及电路板的制作。
本电路由555振荡器、控制、分频、计数、译码显示几个部分组成，各电路的功能都已实现且运行良好。
在本次设计的过程中，本组所设计和制作的电路还存在许多的不足之处。如：布线稍微凌乱，原件摆放松散，工艺有所欠缺。
通过这次对数字式秒表的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字秒表的原理与设计理念。在此次的数字秒表设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构、管脚图、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。而且这些知识是对我们大学生来说十分宝贵的实践经验，是无法在课堂上获得的，是现今社会最重视的同时也是我们最需要提高的部分。
参考文献
[1]杨欣.王玉凤.电子设计从零开始.清华大学出版社,2005
[2]黄仁欣.电子技术实践与训练.清华大学出版社,2004
[3]彭铭泉.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，2004
[4]高志清.数字电路逻辑设计.大连理工出版社,2002
[5]张庆权.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社,2002
[6]沈明山.常用电子元件手册.机械工业出版社,2001
[7]郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社,2004
[8]杨素行.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2005
[9]刘维恒.实用电子电路基础.电子工业出版社,2004
[10]王武江.陈树凯.常用集成电路速查手册.冶金工业出版社, 2004
[11]成立.电子技术.北京理工大学出版社,2000
附 录
答辩记录及评分表
第二篇：数电课程设计：电子秒表
《数字电子技术基础》
课程设计报告
题 目： 电子秒表
专 业： 电气工程及其自动化
班 级： 2班
姓 名：
指导教师：
成 绩：
电气工程系
20##年11月8日
课程设计任务书
学生班级：11电气工程及其自动化2班 学生姓名： 学号：
设计名称： 电子秒表
起止日期： 2013.11.18——2013.11.24 指导教师：
摘 要
秒表应用于我们生活、工作、运动等需要精确计时的方面。它由刚开始的机械式秒表发展到今天所常用的数字式秒表。秒表的计时精度越来越高，功能越来越多，构造也日益复杂。
本次数字电路课程设计的数字式秒表的要求为：显示分辨率为1s/100，外接系统时钟频率为100KHz；计时最长时间为10min，6位显示器，显示时间最长为9m59.99s；系统设置启／停键和复位键。复位键用来消零，做好计时准备、启／停键是控制秒表起停的功能键。
针对上述设计要求，我们先前往校图书馆借阅了大量的数字电路设计方面的书籍，以及一本电子元件方面的工具书，以待查阅各种设 计中所需要的元件。其次安装并学习了数字电路设计中所常用的Multisim仿真软件，在课程设计过程的电路图设计与电路的仿真方面 帮助我们发现了设计电路方面的不足与错误之处。
关键字：555定时器 十进制计数器 六进制计数器 多谐振荡器
目 录
第一章 方案设计与论证............................................ - 5 -
第二章 单元电路设计与参数计算.................................... - 5 -
2.1 时钟脉冲发生和控制信号........................................... - 5 -
2.2 设计十进制加法计数器............................................. - 6 -
2.3 设计六进制加法计数器............................................. - 7 -
2.4 启动与停止电路................................................... - 8 -
2.5 清零电路设计..................................................... - 9 -
第三章 总电路工作原理及元器件清单................................ - 9 -
3.1 电路完整工作过程描述（总体工作原理）............................. - 9 -
3.2 总原理图：（见下图3-1）......................................... - 9 -
第四章 主要芯片介绍............................................ - 10 -
4.1 74LS00.......................................................... - 10 -
4.2 74LS160......................................................... - 11 -
第五章 仿真.................................................... - 11 -
自我评价....................................................... - 14 -
参考文献....................................................... - 15 -
附 录......................................................... - 16 -
插图清单
图1-1 方案设计图......................................................5
图2-1 555定时器构成的多谐振荡器.......................................6
图2-2 异步8421码十进制加法计数器.....................................7
图2-3 六进制加法计数器................................................8
图2-4 启动与停止电路..................................................8
图2-5 清零电路.......................................................9
图3-1 总原理图.......................................................10
图5-1电子秒表仿真结果图1............................................12
图5-2电子秒表仿真结果图2............................................13
第一章 方案设计与论证
总体分析：
图1-1 方案设计图
如图1-1所示，该电路需要1个六进制和4个十进制的加计数器，一个555定时器组成的多谐振荡器，RS触发器启动停止电路。由555多谐振荡器产生100Hz的时钟脉冲作为脉冲源（即0.01s为周期），通过与启动停止电路的输出与非后作为信号源输入至第一个十进制计数器即0.01s位的计数器。然后进位至0.1s位的十进制加计数器，以此类推逐个进位。以此实现显示分辨率为1s／100，计时最长时间为10min，六位显示器，显示时间最长为9m59.99s，最后通过5个译码显示LED数码管输出。
第二章 单元电路设计与参数计算
2.1 时钟脉冲发生和控制信号
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器产生矩形脉冲：
暂稳状态的脉冲宽度tp1，即uc从(1/3)Ucc充电上升到(2/3)Ucc所需的时间：
tp1≈（R1＋R2）Cln2＝0.7（R1＋R2）C
脉冲宽度tp2，即uc从(2/3)Ucc放电下降到(1/3)Ucc所需的时间：
tp2≈R2Cln2＝0.7R2C
振荡周期： T=tp1+tp2＝0.7(R1＋2R2)C
因此，令R1=4KΩ,R2=5KΩ,输出频率为100Hz即T=0.01s，则可求出C=1.02μF。得下图2-1中100Hz的555定时器构成的多谐振荡器：
图2-1 555定时器构成的多谐振荡器
从3脚(OUT)输出100Hz的脉冲信号。
2.2 设计十进制加法计数器
使用74LS160芯片实现十进制加法计数器：
当
=
=ENP=ENT=1时，74161处于计数状态,电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000状态，RCO端从高电平跳变至低电平。可以利用RCO端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。
如下图2-2：
图 2-2 异步8421码十进制加法计数器
2.3 设计六进制加法计数器
使用74LS160芯片实现六进制加法计数器：
74160从0000状态开始计数，当输入第6个CP 脉冲（上升沿）时，输出Q3Q2Q1Q0＝0110，此时=0，反
馈给端
一个清零信号，立即使Q3Q2Q1Q0返回0000状态，接着,端的清零信号也随之消失，74160重新从0000状态开始新的计数周期。
反馈归零逻辑为代码中为1的Q相与非。
电路如图2所示，
图 2-3 六进制加法计数器
2.4 启动与停止电路
如图：
图2-4 启动与停止电路
当开关接低电平即断开时，使计时器处于暂停状态；当开关接高电平即闭合时，使计时器处于启动状态。因此这个开关为“启动/暂停”按键。
2.5 清零电路设计
如图:
图2-5 清零电路
当开关接低电平即断开时，所有计数器清零；当开关接高电平即闭合时，所有计数器正常工作。
第三章 总电路工作原理及元器件清单
3.1 电路完整工作过程描述（总体工作原理）
电路通过555多谐振荡器产生的100Hz时钟脉冲经过启动与暂停开关输入到第一个计数器即0.01s位的74LS160十进制计数器使其进行频率为100Hz的十进制加法运算。并进位至下一位0.1s位的十进制加法计数器，频率缩减为10Hz。以此类推依次进位至最高位，并以5个LED数码管将计数器输出的信号显示出来。当“启动/停止”开关处于低电平时计数器处于保持状态，即暂停；当开关处于高电平时，计数器继续正常工作。而清零开关为低电平时，所有计数器清零；处于高电平时所有计数器可正常工作。
3.2 总原理图：（见下图3-1）
图3-1 总原理图
第四章 主要芯片介绍
4.1 74LS00
74LS00功能为四2 输入与非门
其真值表及管脚图为：
4.2 74LS160
74LS160 十进制同步计数器(异步清零)其真值表如下( H:高电平，L:低电平，↑:上升沿，X:任意，D0 ~D3 :A~D稳态输入电平)
第五章 仿真
按照上面的总电路图建立仿真电路，观察计数器上面的输出，下面的图就是仿真的输出结果
图 5-1电子秒表仿真结果图1
图 5-2电子秒表仿真结果图2
自我评价
经过这次的数字电子秒表课程设计后，我从中学到了好多东西。在我上了一个学期的数字电子技术基础课后，我已经对数字电子技术有一定的了解，加上之前学过的电路课和模拟电子技术基础课，我可以独立完成数字电子技术基础课程设计了，不过当中还是遇到许多不懂的问题。通过这次自己动手的课程设计，我学会了设计数字电子电路的一般方法，还进一步熟悉数字电子器件的使用。这个课程设计课我还不是很熟悉，第一次做难免会感到陌生，而且对很多基本的东西都不是很清楚，在一定程度上影响了我的课程设计的质量，希望能在以后的时间里认真学习好这些基础的东西。
我对这个课程设计课有着深刻的体会：要想做好这个课程设计，就必须认认真真地去做，不要怕麻烦，遇到不懂的问题就要主动去问同学或者老师。最后我希望课程设计课能够再多一点给我们提供动手的机会，并让我们多点发挥主观能动性和创造能力，这样可以在学到东西的同时又能发散大家的思维。
总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。
参考文献
[1]杨欣.王玉凤.电子设计从零开始.清华大学出版社,2005
[2]黄仁欣.电子技术实践与训练.清华大学出版社,2004
[3]彭铭泉.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，2004
[4]高志清.数字电路逻辑设计.大连理工出版社,2002
[5]张庆权.电子元器件的选用与检测.机械工业出版社,2002
[6]沈明山.常用电子元件手册.机械工业出版社,2001
[7]郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社,2004
[8]杨素行.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2005
[9]刘维恒.实用电子电路基础.电子工业出版社,2004
[10]王武江.陈树凯.常用集成电路速查手册.冶金工业出版社, 2004
[11]成立.电子技术.北京理工大学出版社,2000
附 录
