數字電子技術基礎
課程設計
電子秒表
壹．設計目的：
1、了解計時器主體電路的組成及工作原理;
2、熟悉集成電路及有關電子元器件的使用;
3、學習數字電路中基本RS觸發器、時鐘發生器及計數、譯碼顯示等單元電路的綜合應用。
二．設計任務及說明：
電子秒表電路是壹塊獨立構成的記時集成電路芯片。它集成了計數器、、振蕩器、譯碼器和驅動等電路，能夠對秒以下時間單位進行精確記時，具有清零、啟動計時、暫停計時及繼續計時等控制功能。
設計壹個可以滿足以下要求的簡易秒表
1.秒表由5位七段LED顯示器顯示，其中壹位顯示“min”,四位顯示“s”，其中顯示分辯率為0.01 s，計時範圍是0—9分59秒99毫秒；
2.具有清零、啟動計時、暫停計時及繼續計時等控制功能；
3.控制開關為兩個：啟動（繼續）/暫停記時開關和復位開關
三．總體方案及原理:
電子秒表要求能夠對時間進行精確記時並顯示出來,因此要有時鐘發生器,記數及譯碼顯示,控制等模塊,系統框圖如下:
時鐘發生器 記數器 譯碼器
顯示器
控制器
圖1.系統框圖
其中：
(1)時鐘發生器：利用石英震蕩555定時器構成的多諧振蕩器做時鐘源,產生100HZ的脈沖;
(2)記數器：對時鐘信號進行記數並進位,毫秒和秒之間10進制,秒和分之間60進制;
(3)譯碼器：對脈沖記數進行譯碼輸出到顯示單元中；
(4)顯示器：采用5片LED顯示器把各位的數值顯示出來，是秒表最終的輸出，有分、秒、和毫秒位；
(5)控制器：控制電路是對秒表的工作狀態（記時開始/暫停/繼續/復位等）進行控制的單元，可由觸發器和開關組成。
四．單元電路設計，參數計算和器件選擇：
1.時鐘發生單元
時鐘發生器可以采用石英晶體震蕩產生100HZ時鐘信號，也可以用555定時器構成的多諧振蕩器，555定時器是壹種性能較好的時鐘源，切構造簡單，采用555定時器構成的多諧振蕩器做為電子秒表的輸入脈沖源。
因輸出要求為100HZ的，選擇占空比為55%，可根據
T=（ ）Cln2=0.01
可選擇的電阻進行連接可在輸出端3獲得頻率為100HZ的矩形波信號，即T=0.01S的時鐘源，當基本RS觸發器Q＝1時，門5開啟，此時100HZ脈沖信號通過門5作為計數脈沖加於計數器①的計數輸入端CP2。
圖2.時鐘發生器555定時器構成的多諧振蕩器
2.記數單元
記數器74160、74ls192、74ls90等都能實現十進制記數，本設計采用二—五—十進制加法計數器74LS90構成電子秒表的計數單元，如圖3所示，555定時器構成的多諧振蕩器作為計數器①的時鐘輸入。計數器①及計數器②接成8421碼十進制形式，其輸出端與實驗裝置上譯碼顯示單元的相應輸入端連接，可顯示0.01～0.09秒；0.1～0.9秒計時，計數器②及計數器③，計數器③和計數器④也接成8421碼十進制形式，計數器④和計數器⑤接成60進制的形式，實現秒對分的進位。
集成異步計數器74LS90簡介
74LS90是異步二—五—十進制加法計數器，它既可以作二進制加法計數器，又可以作五進制和十進制加法計數器。
圖3為74LS90引腳排列，表1為功能表。
通過不同的連接方式，74LS90可以實現四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對計數器清零，借助S9(1)、S9(2)將計數器置9。其具體功能詳述如下：
(1)計數脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數器。
(2)計數脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進制加法計數器。
(3)若將CP2和QA相連，計數脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，
則構成異步8421碼十進制加法計數器。
(4)若將CP1與QD相連，計數脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，
則構成異步5421碼十進制加法計數器。
(5)清零、置9功能。
a) 異步清零
當R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實現異步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。
b) 置9功能
當S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時，實現置9功能，即QDQCQBQA＝1001。
圖3.74LS90引腳排列（下）
輸 入 輸 出 功 能
清 0 置 9 時 鐘 QD QC QB QA
R0(1)、R0(2) S9(1)、S9(2) CP1 CP2
1 1 0
× ×
0 × × 0 0 0 0 清 0
0
× ×
0 1 1 × × 1 0 0 1 置 9
0 ×
× 0 0 ×
× 0 ↓ 1 QA 輸 出 二進制計數
1 ↓ QDQCQB輸出 五進制計數
↓ QA QDQCQBQA輸出8421BCD碼 十進制計數
QD ↓ QAQDQCQB輸出5421BCD碼 十進制計數
1 1 不 變 保 持
表1 .74LS90功能表
10秒到分位的6進制位可在十進制的基礎上將QB、QC連接到壹個與門，它的置零信號與系統的置零信號通過壹個或門連接接至R0(1)，即當記數為6或有置零信號是均置零，如圖4所示。
圖4 .74ls90組成的6進制記數器
3 .譯碼顯示單元
74LS248（74LS48）是BCD碼到七段碼的顯示譯碼器，它可以直接驅動***陰極數碼管。它的管腳圖如圖5所示. 顯示器用 LC5011-11 ***陰極LED顯示器.(註：在multisim中仿真可以用譯碼顯示器DCD_HEX代替譯碼和顯示單元)。
圖5. 74LS248管腳圖
4 .控制單元
（1） 啟動（繼續）/暫停記時開關
采用集成與非門構成的基本RS觸發器。屬低電平直接觸發的觸發器，有直接置位、復位的功能。
它的壹路輸出作為單穩態觸發器的輸入，另壹路輸出Q作為與非門5的輸入控制信號。
按動按鈕開關B（接地），則門1輸出 ＝1；門2輸出Q＝0，K2復位後Q、狀態保持不變。再按動按鈕開關K1 ,則Q由0變為1，門5開啟, 為計數器啟動作好準備。由1變0，送出負脈沖，啟動單穩態觸發器工作。
（2） 清零開關
通過開關對每個計數器的R0(2)給以高電平能實現系統的清零。
五：在MULTISIM中進行仿真
將各個芯片在MULTISIM8中連接並進行仿真，仿真如圖6所示，結果正確。
六：設計所需元件
555觸發器壹片，74ls90五片，74ls248五片，LC5011-11 ***陰極LED顯示器五片，
電容、電阻若幹。
七：設計心得
本次課程設計對數字電子技術有了更進壹步的熟悉，實際操作和課本上的知識有很大聯系，但又高於課本，壹個看似很簡單的電路，要動手把它設計出來就比較困難了，因為是設計要求我們在以後的學習中註意這壹點，要把課本上所學到的知識和實際聯系起來，同時通過本次電路的設計，不但鞏固了所學知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結合起來，增強了學習的興趣，考驗了我們借助互聯網絡搜集、查閱相關文獻資料，和組織材料的綜合能力。
參考資料：