课程设计（综合实验）报告

20##—20##年度第一学期

名    称：数字电路实验

题    目：电子秒表设计

院    系：电气与电子工程学院

班    级：通信XXXX班

学    号：XXXXX

学生姓名：XX

指导老师：XX

设计周数：一周

成绩：

日期：20##年1月2日

一、实验目的

1.  学习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器、译码器显示等单元电路的综合应用。

2.  熟悉555定时器的使用以及相关电路的设计，巩固RS触发器的功能以及特性，熟悉RS触发器的使用和设计。

3.  学习电子秒表的调试方法。

二、实验要求

1.  利用555定时器制作一个频率为50HZ的时钟发生装置。

2.  通过二五十进制计数器制作时钟分频电路，输出0.1秒到9.9秒的计数脉冲。

3.  通过分频电路，输出周期为0.1s的计数脉冲。

4.  利用74LS248和数码显示器接受分频电路输出的计数脉冲，并显示出来。

5.  使用基本RS触发器制作电子秒表的控制开关，实现开始计数，停止并保持计数和清零重新开始计数的功能。

三、总体方案设计

1.整体设计布局框图如下图所示。

整体设计布局框图

2.模块总体方案设计

1)   555时钟发生模块设计。

利用555定时器实现多谐振荡电路能够完成时钟信号发生器的功能，通过调节电路中电阻电容值使多谐振荡器的输出信号频率为50Hz。为设计方便，取R1=100，R2=100可调电阻，C=0.1uF 构成一个能产生周期为0.02s（频率为50Hz）的脉冲的多谐振荡器。

2)   分频电路模块。

利用74LS290将输入为50Hz频率的时钟脉冲进行5分频变为10Hz的信号输出，即周期为0.1s。将555定时器的输出端接入一个74LS290五进制端的时钟输入端，正确连接电路，五进制端最高位输出和RS触发器的输出Q的与非控制输出即所需脉冲。

3)   输出及显示模块
利用3个74LS160分别连接成十进制计数器，并通过三个数码显示器显示0.1——99.9s的秒表数值。其中将分频电路输出的所需脉冲接入第一个芯片的时钟输入端，并将第一个芯片的四个对应输出接入相应的数码显示器的相应端，构成秒表的小数部分。第一个芯片的进位输出端再接入第二个芯片的时钟输入端，同第一片芯片，构成电子秒表的个位显示，同理连接第三个芯片，构成电子秒表的十位显示。

4)   控制电路设计。
利用基本RS触发器生成控制电路：S有效时，则Q端输出高电平，控制信号输出到分频电路，实现了“开始计数”；同时Q非端输出的低电平使“清零并准备重新开始计数”无效；R有效时，则时钟信号被屏蔽，电子秒表保持当前数值不变，同时允许“清零并准备重新开始计数”信号输入。先由两个与非门构成基本RS触发器，再引入一对原反变量作为触发器RS端的输入，因为该设计中无需触发器保持状态，这样始终有RS=0，所以便成功避免了出现不定状态情况。在引入一个清零输入，同非Q端与一个与非门相连作为每个74LS160清零端输入，实现了在开始计数时，清零无效；暂停计数时，允许清零重新计数操作的功能。

3.所需的元器件。

（1）555定时器

其结构功能如图

555内部结构及引脚图

555功能真值表

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R₁ .R₂ .C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。

（2） 基本RS触发器

用集成与非门构成基本RS触发器，属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。

（3）计数器芯片（74LS160,74LS290）

三．课程设计总结

1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和连接图以及芯片上的选择。这个方案总共使用了74LS290一个，74LS160三个，数码显示器三个，555定时器各一个。

2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

4、经过几天的上机，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。

我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。

社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

5、此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

6、在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！

五.附录

元器件清单：

电路原图：

参考文献：《数字电子技术基础》

 

第二篇：电子秒表课程设计报告

电子秒表课程设计报告　

目　　　　录　

一、设计要求…………………………………………………　２　

二、设计的目的与作用………………………………………　２　

三、设计的具体体现　………………………………………２　　　　１．　电子秒表的基本组成………………………………　３　

２．电子秒表的工作原理…………………………………３　３．电子秒表的原理图……………………………………４　４．　单元电路设计…………………………………………４　　　　　５．设计仿真与ＰＣＢ制版…………………………………１２　

四、心得体会…………………………………………………１７　

五、附录………………………………………………………１８　

六、参考文献…………………………………………………２０　　　　

　

　

　

　

　

　

一、设计要求　

１． 以０．１秒为最小单位进行显示。　

２． 秒表可显示０．１～６０秒的量程。　

３． 该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能。　

　

二、设计的目的与作用

１．培养我们运用有关课程的基础理论和技能解决实际问题，并进一步提高专业基本技能、创新能力。通过课程设计，学习到设计写作方法，能用文字、图形和现代设计写作方法系统地、正确地表达课程设计和研究成果。　

２．　熟悉５５５方波振荡器的应用。　

３．熟悉计数器的级联及计数、译码、显示电路的整体配合。　４．建立分频的基本概念。　

　

三、设计的具体体现

１．电子秒表的基本组成　

电子秒表电路的基本组成框图如图所示，它主要由基本ＲＳ触发器、多谐振荡器、计数器和数码显示器４个部分组成。　

电子秒表电路的基本组成（方框图）如下：　

　

　

图（１）电子秒表基本组成方框图　

　

２．电子秒表的工作原理　

由５５５定时器构成多谐振荡器，用来产生５０Ｈｚ的矩形波。第Ⅰ块计数器作５分频使用，将５５５输来的５０Ｈｚ的脉冲变为０．１秒的计数脉冲，在输出端Ｑｄ取得，作为第２块计数器的始终输入，第２、第３块计数器ＱＡ与ＣＰ２相连，都已接成８４２１码十进制计数电路　，第４块接成六进制形式，其输出端与译码显示器的相应输入端连接，可显示０．１－０．９ｓ，１－９ｓ，１０－６０ｓ．　　

3.电子秒表的原理图

图（2）原理图

4. 单元电路设计 （１）由ＮＥ５５５Ｐ组成的多谐振荡器（多谐振荡器)

　ｎｅ５５５是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。ｎｅ５５５的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。ｎｅ５５５时基电路有两种封装形式有，一是ｄｉｐ双列直插　８脚封装，另一种是ｓｏｐ－８小型（ｓｍｄ）封装形式。其他ｈａ１７５５５、ｌｍ５５５、ｃａ５５５分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。ｎｅ５５５的内部结构可等效成２３个晶体三极管．１７个电　

阻．两个二极管．组成了比较器．ＲＳ触发器．等多组单元电路．特别是由三只精度较高５ｋ

电阻构成了一个电阻分压器．为上．下比较器提供基准电压．所以称之为５５５。　

５５５内部结构及引脚如下图所示：　

图（３）５５５内部结构及引脚图　　

（Ａ）、５５５时钟电路可以构成多谐振荡器，真值表如下：　　ＲＳＴ　

０　

１　

１　

１　ＴＨＲ　Ｘ　ＴＲＩ　Ｘ　ＯＵＴ　０　ＴＤ　导通　导通　不变　截止　＞２＼３ＶＣＣ　＞１＼３ＶＣＣ　０　＜２＼３ＶＣＣ　＞１＼３ＶＣＣ　不变　＜２＼３ＶＣＣ　＜１＼３ＶＣＣ　１　

１　＞２＼３ＶＣＣ　＜１＼３ＶＣＣ　１　表（１）５５５功能真值表　截止　

注明：６脚为ＴＨＲ，触发器输入端，低电平有效。　

２脚为ＴＲＩ，阀值输入端，高电平有效。４脚为ＲＳＴ，总复位端，低电平有效。　

７脚为ＤＩＳ，放电端。５脚为ＣＯＮ，控制端。１脚接地，８脚接电源。　

３脚为输出端。ＴＤ为内部三极管。　

　（Ｂ）时钟信号产生电路　

　

图（４）５５５组成的多谐振荡器

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R1 .R2 .C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0.01uf和0.1uf，电阻为100K欧姆。 （２）　基本ＲＳ触发器　　　

　

　

　

图（５）ＲＳ触发器电路　

用集成与非门构成基本ＲＳ触发器，属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。　

它的一路输出　作为单稳态触发器的输入，另一路输出作为与非门的输入控制信号。　

　按动按钮开关Ｊ１（接地），则门１输出　＝１；门２输出Ｑ＝０，Ｊ１复位后Ｑ、　状态保持不变。再按动按钮开关Ｊ２，则Ｑ由０变　为１，门５开启，为计数器启动作好准备。　由１变为０，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。基本ＲＳ触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作．　

（３）单稳态触发器　

　

　

　

　

　

　

　

图（６）单稳态触发器电路　

用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Ｖｉ由基本ＲＳ触发器　端提供，输出负脉冲Ｖｏ通过非门加到计数器的清除端Ｒ。静态时，门４应处于截止状态，故电阻Ｒ必须小于们的关门电阻Ｒｏｆｆ。定时元件ＲＣ取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的Ｒｐ和Ｃｐ。　

单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。　

（４）计数及译码显示　

（Ａ）７４ＬＳ９０（计数器）简介　

７４ＬＳ９０是一种较为典型的异步十进制计数器。它由１个一位二进制和１个异步五进制计数器组成。如果计数脉冲由ＣＰ１端输入，输出由ＱＡ端引出，即得二进制计数器；如果计数脉冲ＣＰ２端输入，输出由ＱＡ～ＱＤ端引出即得五进制计数器；如果将ＱＡ与ＣＰ２相连，计数脉冲由ＣＰ１输入，输出由ＱＡ～ＱＤ引出，即得８４２１码十进制计数器。因此，又称此电路为二——五——十进制计数器。　

它的引脚功能如下：　

　

图（７）７４ＬＳ９０引脚图　

功能表如下：　

输　　　入　

时　　　

清　０　

置　９　

钟　

ＱＤ　ＱＣ　ＱＢ　　ＱＡ　能　

Ｒ０（１）　Ｒ０（２）　

Ｓ９　（１）　Ｓ９（２）　

０　

１　

１　

×　

０　×　

×　

１　

０　

１　×　

↓　　　　

０　　　　×　×　　　　０　

０　　　　×　

１　

×　　　　０　

１　　　　

ＱＤ　ＱＣ　ＱＢ输出

五进

ＱＡ　　输　出　

制计数　

二进

０　×　

×　　　　

１　０　０　１　ＣＰ２　×　

×　　　　　

０　０　０　０　ＣＰ１　　

功　　　

输　出　

清　０　

置　９　

↓　

ＱＤ　ＱＣ　ＱＢ　ＱＡ

↓　　　

输出８４２１ＢＣＤ　

ＱＡ　

码　

ＱＡ　ＱＤ　ＱＣ　ＱＢ

ＱＤ　　　　　

输出５４２１ＢＣＤ　

↓　

码　

１　　　　

不　　变　

１　

表（２）７４ＬＳ９０功能表　

（１）异步清０　制计数　十进制计数　十进制计数　保　　持　

只要Ｓ９（１）×Ｓ９（２）＝０，Ｒ０（１）＝Ｒ０（２）＝１，就可使

ＱＡＱＢＱＣＱＤ＝００００，即异步清０　

（２）异步置９　　　　只要Ｓ９（１）＝Ｓ９（２）＝１，　ＲＯ（１）×ＲＯ（２）＝０，就可实现置９功能。　

　

（Ｂ）二—五—十进制加法计数器７４ＬＳ９０与译码显示器构成电子秒表的计数单元　

　图（８）电子表秒计数单元电路　

其中计数器１接成五进制形式，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，作为计数器②的时钟输入。计数器２及计数器３接成８４２１码十进制形式，计数器４用异步清零方式接成六进制形式，其输出端与实验装置上译码显示的相应输入端连接　，可显示０．１－６０Ｓ．　

５． 设计仿真与ＰＣＢ制版　

１．、将各部分电路在ＭＵＬＴＩＳＩＭ１０中连接并进行仿真　

（１） 时钟发生器的仿真　

用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节滑动变阻器，使输出５０Ｈｚ矩形波。　

仿真结果如下：　

　

图（９）多谐振荡器信号波形图　

（２）与非门基本ＲＳ触发器的仿真　

用示波器观察基本　ＲＳ　触发器的波形图如下（先闭合Ｊ１后再打开J1，再闭合J2

后再打开）。

仿真结果如下：

图（10）RS触发器仿真图

(3) 单稳态触发器的仿真

将启停电路单元的按钮按下, 则此电路输出一个有效信号（负脉冲），但持续时间很短。

仿真结果如下：

图（１１）单稳态触发器波形　

（４）计数电路的仿真　

计数器1接成五进制形式，计数器2、3接成十进制形式，计数器4接成六进制形式，接入50Hz信号源进行仿真并观察其显示功能。

仿真结果如下:

　

图（12）计数单元的仿真

2.电子秒表的整体测试

各单元电路测试正常后，按总图把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体仿真。

仿真结果如下：

图（13）电子秒表总体仿真图

３．ＰＣＢ版电路电路制作

(1)原理图的绘制如下：

图（14）Protel原理图

（2）PCB制版

图（１５）ＰＣＢ制版图　

　

四．心得体会　

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。在我们上了一个学期的数字电子技术基础课后，我们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，我们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们的课程设计的质量，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。

五．附录　

元器件清单：　

　序号　

１　

２　名称　计数器　５５５定时型号　７４ＬＳ９０　ＬＭ５５５ＣＮ　数量　４　１　备注　——　——　

器　

３　４　５　６　７　８　９　１０　１１　１２　１３　１４　

七段译码显示器　

１５　

发光二极管　

１６　１７　

电容　　

ＣＡＰ　　

１　１　

５１０ｐＦ　４．７ｎＦ　

ＬＥＤ　

１　

——　

ＤＣＤ－ＨＥＸ　

与非门　或非门　反相器　与门　或门　开关　　　电阻　

７４ＡＬＳ００Ｍ　４００１ＢＰ　４００９ＢＣＰ　７４ＡＬＳ０８Ｍ　７４ＡＬＳ３２Ｍ　ＳＰＳＴ　　　ＲＥＳＩＳＴＯＲ　

５　１　１　１　１　２　２　１　２　１　１　４　

——　——　——　——　——　——　３ＫΩ　１ＫΩ　４７０Ω　１００ＫΩ　１００ＫΩ　——　

１８　

１９　电容　ＣＡＰ　１　１　１００ｎＦ　１０ｎＦ　　

六．参考文献　

　　阎石《数字电子技术基础第五版》：高等教育出版社，１９９８　郭海文《电气实验技术》：中国矿业大学出版社，２００８