数字秒表

湖南人文科技学院

课程设计报告

课程名称： 电子技术课程设计

设计题目： 数字秒表电子电路 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 通信工程 班 级： 08级通信一班 学生姓名: 程骏 李偌淮 倪锡 学 号: 08416146 08416128 08416110 起止日期: 2010.6.7~6.25 指导教师: 钟明生 陈洁 教研室主任： 刘建闽

绩定 成项 目 1、设计过程中出勤、学习态度指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 权重 程骏 0.2 李偌淮 倪锡 成 绩 评 等方面 2、课程设计质量与答辩 3、设计报告书写及图纸规范程度 总 成 绩 0.5 0.3 教研室审核意见： 教研室主任签字： 年 月 日 教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日

摘 要

数字秒表电子电路是为了运用于教学，学习、等场所的电路达到精确测量做某一

事情的时间而设计的。本电路由多谐振荡器，分频器，计数器，译码器及数码管组成，其中多谐振荡器由555定时器组成，分频器由74LS90组成，计数器由74LS192组成，译码器由74LS48组成。整个电路分为三大部分，首先是生成时钟信号，通过555定时器组成的多谐振荡器产生信号输出。其次是信号的分频，通过74LS90对信号进行十分频或一百分频。最后是对时钟信号的计数、译码和显示（通过74LS192计数器，74LS48译码器及数码管达成此功能）。本设计与市场同类产品设计相比，具有电路简单、结构合理、制作方便、工作可靠、功能齐全等优势。同时本设计进行了倒计时、及用简易的开关达到清零等一些拓展功能的创新设计。

关键词：多谢振荡器、分频、计数、译码、显示、暂停、清零、倒计时

目 录

1、设计要求与目的..........................................................1

1.1设计要求...........................................................1 1.2设计目的...........................................................1 2、方案对比................................................................1

2.1方案一及原理.......................................................1 2.2方案二及原理 ......................................................2 2.3方案优选 ..........................................................3 3、电路设计与原理分析 ......................................................3

3.1 整体思路..........................................................3 3.2 对各部分电路分析..................................................3

3.2.1时钟信号发生器...............................................3 3.2.2分频电路.....................................................4 3.2.3计数、译码和显示电路.........................................6 3.3 对整体电路分析....................................................7 4、PCB版制作与调试........................................................9

4.1基本流程...........................................................9 4.2 拓展技巧..........................................................9 5、元件清单.............................................................. 10 6、课程设计结论.......................................................... 10 参考文献 .................................................................11 致谢..................................................................... 11 附录..................................................................... 12

数字秒表电子电路

1、设计要求与目的

1.1设计要求

基本要求：

1：用单面单层PCB板设计电路。 2：计时1-99秒，用数码管显示。 3：具有直接置位、复位功能。

4：用按钮开关停止、启动秒表的工作。 5：可用6V干电池，也可设计直流稳压电源。 6：完成设计总结报告。 拓展要求：

1：增加倒计时功能。

2：增加0.1秒到9.9秒的计时功能。

1.2设计目的

通过此次数字秒表电子电路的设计，调制与PCB板的制作，了解常用电子电路设计的思路与过程，要求学会怎么通过PROTEL DXP绘制电路原理图，通过原理图导入成PCB图，以及PCB板的制作流程。同时，掌握数字秒表电子电路的基本原理，其所涉及的时钟信号的产生以及信号的处理，将时钟信号进行分频，然后通过计数、译码和显示达到设计目的。我们应该通过此次设计举一反三，掌握使用电脑上的USB做电源、同时了解其计数和译码电路，如何通过控制信号的输入，74LS192各引脚的电平输入达到拓展功能。

2、方案对比

数字电子秒表有多种设计方案，各有各的优点和缺点，以下我们来介绍与分析

2.1方案一及原理

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设计框图如图1所示

输出CP时钟信号 74LS90进行分频 74LS192进行计数 暂停 清零、倒计时 译码与显示

图1 数字秒表电子电路方框图一

原理简述：555多谐振荡电路产生频率为100HZ的cp，由两片74ls90进行十分频或一百分频，74ls192进行计数、加减法以及清零，最后经译码器74ls48译码和七段数码管显示。

2.2方案二及原理

设计框图如图2所示

输出CP时钟信号 74LS90进行分频 74LS90进行计数 暂停 清零 译码与显示

图2 数字秒表电子电路

原理简述：555多谐振荡电路产生频率为100HZ的cp，由两片74ls90进行十分频或一百分频，74ls90进行计数、加法、清零，最后经译码器74ls48译码和七段数码管显示。

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2.3方案优选

第二方案用74LS90做分频电路和计数电路，清零、转换频率、暂停等部分电路接线和第一方案类似。但是74LS90不能做减法计数器，所以没有倒计时功能。

由于第一方案功能比第二方案功能齐全一些，所以我们选择了第一方案作为我们的设计方案。

3、原理分析

3.1 整体思路

整个电路分为五个部分，这五个部分分别为555时钟信号发生电路、分频电路、计数电路、译码电路、显示电路。而计数电路、译码电路、显示电路关系紧密，我们可以把它们作为一个电路—计数、译码及显示电路。所以我们重新将整个电路划分为三个部分，这三个部分为时钟信号发生电路、分频电路、计数、译码及显示电路。（各个部分电路我们在以下会详细介绍）我们可以应用锁存器电路、微分电路等其他辅助部分电路使电路图更加完善，使干扰及误差更加小，但是考虑到设计要求中要用单面单层PCB板设计电路，所以我们将一些辅助电路用开关替换，减小了线路的复杂度。

3.2 对各部分电路分析

3.2.1时钟信号发生器

图8中用555 定时器构成的多谐振荡器（如图3），是一种性能较好的时钟源。

图3 555 定时器构成的多谐振荡器

3

我们在这个学期的电子技术的数电部分学到了用555做多谢振荡器，其中

tPL0.7R2C 1

tPH0.7R1R2Cf1tPLtPH 2

100Hz1.43R12R2C 3

在输出端out 获得频率为100HZ 的矩形波信号，当开关闭合时，时钟电路输出信

号，此时100HZ 脉冲信号作为计数脉冲加于74LS90的计数输入端CP ，开关用来断开时钟信号、施行暂停的功能。

3.2.2分频电路

以下先描述集成异步计数器74LS90

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集成异步计数器74LS90。图4为74LS90 引脚排列。

129811R01R0214123

67R91R92

图4 74LS90 引脚图

通过不同的连接方式，74LS90 可以实现四种不同的逻辑功能。 其具体功能详述如下：

1： 计数脉冲从INA 输入，QA 作为输出端，为二进制计数器。

2 ： 计数脉冲从INB 输入，QD QC QB 作为输出端，为异步五进制加法计数器 3： 若将INB 和QA 相连，计数脉冲由INA 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INA 与QD 相连，计数脉冲由INB 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。

4

74LS90NU2INAINBQAQBQCQD

5: 清零、置9功能

表1为74LS90功能表如下图所示：

表1 74LS90功能表

输 入 CP1 ↓ 1 CP2 1 ↓ QA ↓ 8421BCD 码 ↓ QD 输出5421BCD 码 1 1

不 变 保 持 QA QD QC QB 十进制计数 QD 输 出 QC QB QA 二进制计数 五进制计数 功 能 QA 输 出 QD QC QB 输出 QD QC QB QA 输出 十进制计数

图5 分频电路

一块74LS90构成一个十分频电路，两块74LS90构成一个一百分频电路。开关S是用

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于十分频与一百分频之间的转换。

3.2.3计数、译码和显示电路：

以下先描述可预置同步可逆BCD码计数器74LS192。图6为74LS192 引脚排列。

U1151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO3267131274LS192N图6 74LS192 引脚排列图

个别引脚说明：DOWN---减计数脉冲输入，当作减计数操作时UP接高电平。 UP---增计数脉冲输入，当作加计数操作时DOWN接高电平。 DOWN---借位输出信号，在减计数时出现，低电平有效。 CO --进位输出信号，加计数时出现，低点平有效。

LOAD---加载，即对计数器作置数操作时的控制信号。当LOAD位某个电平时，计数器可以预置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。

图8中的计数、译码和显示电路如图7

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S—Q1是作为清零部分的开关电路，S2是加减法计时的开关电路。

总体原理图如图8

图7 计数、译码和显示电路

两块74LS192与74LS48及数码管构成了整个电路的计数、译码及显示部分。图中

3.3 对整体电路分析

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高电平，实现清零功能。

数字秒表电路信号流程：

图8 数字秒表电路原理图

工作与暂停（当工作的时候指示灯绿灯亮，暂停时红灯亮），cp脉冲经74ls90（u1） cka

CLR（14）脚与点触式开关s-q1相接，s-q1的另一脚接vcc，当按下开关s-q1即接入一

接通电源通过开关s-dy控制整个电路的开启与关闭，接着555多谐振荡电路产生频

码后输出端a、b、c、d、e、f、g与7断数码管的输入端一一对应相连。U3、u4的清零端

号接入自锁开关s1，s1的输出信号经s2接入74ls192（u3）的输入端4（减法输入端）

74ls190的输出端QA、QB、QC、QD一次接译码器74ls48的输入端A0、A1、A2、A3，经译

（u2）的输入信号，同时接入自锁开关s1，u2将cp进行十分频后由QA输出1HZ方波信

输入端为u3的4脚时，借位信号BEW(13)脚与u4的dwn（4）脚相连，此时为减法计数。

（14）脚输入，进行十分频，由QD（11）脚输出10HZ方波脉冲，10HZ方波脉冲作为74ls90

或5脚（加法输入端），输入端为5脚时进位信号co（12）接u4的5脚，此时为加法计数;

率为100HZ的方波作为激励信号，从out（3）脚输出，方波信号经开关s-zt控制电路的

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4、PCB版制作与调试

4.1基本流程：

1、PCB设计：PCB板的制作是运用Protel DXP软件来绘制，利用DXP制板的基本流程：准备原理图，设置PCB设计环境，载入网络表，并纠正网络表的宏错误，布线规则设置，布线，PCB的优化，DTC检查，保存文件与输出。

准备原理图：根椐所画的电路图，在元件库中查找到所要求的元件符号，在DXP中绘制出原理图，在选择元件的时候特别要注意元件的封装是否符合所需的封装要求。布线设置主要设置线宽为20mil、焊盘通孔大小为0.8mm、焊盘为2mm，采用底层布线，其他为默认设置。

布线采用单面板布线。布线原则：逻辑清晰、接线牢固、测试方便、美观大方。 PCB的优化主要设置焊盘的大小与某些线的宽度及布线的路径。焊盘一般采用圆形框为2mm×2mm。

DTC检查的主要任务是对先前的设计规则进行检查,查看是否有违反规则的地方,如实际线宽是否比规则设置中的最大值还大或小,是否还存在没有彻底布通的网络等。

保存文件与输出是保存设计中的各种文件，并打印输出，包括PCB文档、元件清单等。设计工作结束。打印时可以把孔打印成实心，可以自己控制孔的大小方便打孔。

2、热转印，通过打印机PCB图打印到热转印上，然后选择大小合适的铜板，将铜板表面打磨干净之后，用带有PCB图的那一面同铜板贴紧，经过热转印机，温度约120度，转印三次，即把热转印纸上的PCB图转印到铜板上。

3、腐蚀，腐蚀这一过程是电路板成功的关键，将腐蚀液倒入腐蚀机加热至75度后，将已经热转印的铜板放入腐蚀机进行腐蚀，腐蚀时间约一分钟即可。拿出洗净后如果没有发现断线、短路等情况即可。

4、焊接元件，根据原理图，在PCB板上焊接元件。焊接时要特别注意不要出现在虚焊、短路等，元件的正负极反接、错接。

4.2 拓展技巧：

1、由于单层板的布线有比较多的飞线，所以我们在仔细考虑后将多余的引脚剪掉，方便了布线。

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2、由于从PCB板顶层走飞线不美观，我们仔细考虑后在芯片的针脚插座上将飞线的两个引脚连接起来。

3、自动布线与手动布线结合，布线精巧，制出的板子小巧而又美观。

5、元件清单

元件清单如表二所示：

表二 元件清单

元器件 芯片 芯片 芯片 芯片 无极性电容 无极性电容 微调电阻 电阻 电阻 发光二极管 数码管 点触开关 自锁开关 电源接口 型号或大小 74LS90 74LS192 74LS48 555 104 103 10k 43K 50K 红色 数量 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2 1 4 1

6、课程设计结论

近三个星期的课程设计，让我们组的成员都充分认识到理论运用于实践，实践建立在理论之上的重要性。两年的学习和二十天的昼夜奋战，我们终于成功的完成了数字电子秒表电路原理的设计并成功的制作出PCB板，在设计和制作的过程中，我们了解到了一些未

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接触的知识，学习到了很多的设计和制版技巧，理解了团队精神的重要性。每一位组员积极地参与与配合，保持清晰地思路，有序地设计与制作过程是我们成功的关键。此次设计的成功涉及的因素主要有：

（1）各组员积极地态度； （2）各组员对知识的掌握程度；

（3）与老师的协商及对实验元件的了解； （4）通过仿真软件对设计电路进行仿真；

（5）对实验流程的掌握及实验中可能会出现的错误和误差的推测； （6）对第五个因素中推测出的错误和误差进行反复的修改和论证。

课程设计的时间将近三个星期，时间比较充分，系部老师积极帮助学生解决一些复杂问题，学生细心听取老师的意见和指导。但是学校有些元器件的储备不足也给学生带来了一系列不必要的困难，当然，学生应该理解和积极的配合老师的工作，根据学校所能提供的元件对方案进行适当的修改，尽量用自己所学的知识排除这一外界因素。

参考文献

[1]康华光主编.电子技术基础（模拟部分）第五版.北京：高等教育出版社，2006.1. [2]康华光主编.电子技术基础（数字部分）第五版.北京：高等教育出版社，2006.1. [3]邱关源原著.电路第五版.北京:高等教育出版社，2006.5 [4]高有堂等编.电子设计与实战指导.北京:电子工业出版社，2007.4 [5]何希才编著.常用电子电路应用365例.电子工业出版社.2006.9

致谢

感谢学校给了我们这次课程设计的机会，给我们将理论能运用于实践提供了条件，其次要感谢指导聂老师和梁老师对我们设计电路的指导与论证，同时也要感谢系里各位老师对于我们方案的敲定、元器件的选择、PCB板的制作的建议与指导，最后感谢同学们对我们组的支持。祝愿老师们工作顺利，同学们学业有成！

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附录1

附录：

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附录2 实物图

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