数字电子技术基础课程设计（一）——电子钟
数字电子技术基础
课程设计
电子秒表
一．设计目的：
1、了解计时器主体电路的组成及工作原理;
2、熟悉集成电路及有关电子元器件的使用;
3、学习数字电路中基本RS触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。
二．设计任务及说明：
电子秒表电路是一块独立构成的记时集成电路芯片。它集成了计数器、、振荡器、译码器和驱动等电路，能够对秒以下时间单位进行精确记时，具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能。
设计一个可以满足以下要求的简易秒表
1.秒表由5位七段LED显示器显示，其中一位显示“min”,四位显示“s”，其中显示分辩率为0.01 s，计时范围是0—9分59秒99毫秒；
2.具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能；
3.控制开关为两个：启动（继续）/暂停记时开关和复位开关
三．总体方案及原理:
电子秒表要求能够对时间进行精确记时并显示出来,因此要有时钟发生器,记数及译码显示,控制等模块,系统框图如下:
时钟发生器 记数器 译码器
显示器
控制器
图1.系统框图
其中：
(1)时钟发生器：利用石英震荡555定时器构成的多谐振荡器做时钟源,产生100HZ的脉冲;
(2)记数器：对时钟信号进行记数并进位,毫秒和秒之间10进制,秒和分之间60进制;
(3)译码器：对脉冲记数进行译码输出到显示单元中；
(4)显示器：采用5片LED显示器把各位的数值显示出来，是秒表最终的输出，有分、秒、和毫秒位；
(5)控制器：控制电路是对秒表的工作状态（记时开始/暂停/继续/复位等）进行控制的单元，可由触发器和开关组成。
四．单元电路设计，参数计算和器件选择：
1.时钟发生单元
时钟发生器可以采用石英晶体震荡产生100HZ时钟信号，也可以用555定时器构成的多谐振荡器，555定时器是一种性能较好的时钟源，切构造简单，采用555定时器构成的多谐振荡器做为电子秒表的输入脉冲源。
因输出要求为100HZ的，选择占空比为55%，可根据
T=（ ）Cln2=0.01
可选择的电阻进行连接可在输出端3获得频率为100HZ的矩形波信号，即T=0.01S的时钟源，当基本RS触发器Q＝1时，门5开启，此时100HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器①的计数输入端CP2。
图2.时钟发生器555定时器构成的多谐振荡器
2.记数单元
记数器74160、74ls192、74ls90等都能实现十进制记数，本设计采用二—五—十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，如图3所示，555定时器构成的多谐振荡器作为计数器①的时钟输入。计数器①及计数器②接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.01～0.09秒；0.1～0.9秒计时，计数器②及计数器③，计数器③和计数器④也接成8421码十进制形式，计数器④和计数器⑤接成60进制的形式，实现秒对分的进位。
集成异步计数器74LS90简介
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。
图3为74LS90引脚排列，表1为功能表。
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。
图3.74LS90引脚排列（下）
输 入 输 出 功 能
清 0 置 9 时 钟 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 输 出 二进制计数
1 ↓ QDQCQB输出 五进制计数
↓ QA QDQCQBQA输出8421BCD码 十进制计数
QD ↓ QAQDQCQB输出5421BCD码 十进制计数
1 1 不 变 保 持
表1 .74LS90功能表
10秒到分位的6进制位可在十进制的基础上将QB、QC连接到一个与门，它的置零信号与系统的置零信号通过一个或门连接接至R0(1)，即当记数为6或有置零信号是均置零，如图4所示。
图4 .74ls90组成的6进制记数器
3 .译码显示单元
74LS248（74LS48）是BCD码到七段码的显示译码器，它可以直接驱动共阴极数码管。它的管脚图如图5所示. 显示器用 LC5011-11 共阴极LED显示器.(注：在multisim中仿真可以用译码显示器DCD_HEX代替译码和显示单元)。
图5. 74LS248管脚图
4 .控制单元
（1） 启动（继续）/暂停记时开关
采用集成与非门构成的基本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Q作为与非门5的输入控制信号。
按动按钮开关B（接地），则门1输出 ＝1；门2输出Q＝0，K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K1 ,则Q由0变为1，门5开启, 为计数器启动作好准备。由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。
（2） 清零开关
通过开关对每个计数器的R0(2)给以高电平能实现系统的清零。
五：在MULTISIM中进行仿真
将各个芯片在MULTISIM8中连接并进行仿真，仿真如图6所示，结果正确。
六：设计所需元件
555触发器一片，74ls90五片，74ls248五片，LC5011-11 共阴极LED显示器五片，
电容、电阻若干。
七：设计心得
本次课程设计对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。
