一、工作原理
本數(shù)字電子秒表設(shè)計(jì)由啟動(dòng)、清零復(fù)位電路、多諧振蕩電路、分頻計(jì)數(shù)電路、譯碼顯示電路等組成。如下圖所示：
啟動(dòng)清零復(fù)位電路主要由U6A、U6B、U7B、U7D組成，其本質(zhì)是一個(gè)RS觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。J1控制數(shù)字秒表的啟動(dòng)和停止，J2控制數(shù)字秒表的清零復(fù)位。開始時(shí)把J1合上，J2打開，運(yùn)行本電路，數(shù)字秒表正在計(jì)數(shù)。
當(dāng)打開J1，合上J2鍵，J2與地相接得到低電平加到U6B的輸入端，U6B輸出高電平又加到U6A的輸入端，而U6A的另一端通過電阻R15與電源相接得到高電平，（此時(shí)U6B與U6A組成RS觸發(fā)器），U6A輸出低電加到U7A的輸入端，U7A被封鎖輸出高電平加到U5的時(shí)鐘端，因U5不具備時(shí)鐘脈沖條件，U5不能輸出脈沖信號(hào)，因此U3、U4時(shí)鐘端無脈沖而停止計(jì)數(shù)。當(dāng)J1合上時(shí)，打開J2鍵，J1與地相接得到低電平加到U6A的輸入端，U6A輸出高電平加到U6B的輸入端，U6B輸出低電平加至U7B，使U7B輸出高電平，因電容兩端電壓不能躍變，因此在R7上得到高電平加到U7D輸入端，U7D輸出低電平（進(jìn)入暫態(tài)）同時(shí)加到U3、U4、U5的清零端，使得U3、U4的QD---QA輸出0000，經(jīng)U1、U2譯碼輸出驅(qū)動(dòng)U9、U10顯示“00”。因?yàn)閁7B與U7D組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路，經(jīng)過較短的時(shí)間，U7D的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖�，允許U3、U4、U5計(jì)數(shù)。同時(shí)U6A輸出高電平加到U7A的輸入端，將U7A打開，讓555的3腳輸出100KHZ的振蕩信號(hào)經(jīng)U7A加到U5的時(shí)鐘脈沖端，使得U5具備時(shí)鐘脈沖條件，U5的9、10、7腳接高電平，U5構(gòu)成十分頻器，對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。當(dāng)U5接收一個(gè)脈沖時(shí)，U5內(nèi)部計(jì)數(shù)加1，如果U5接收到第十個(gè)脈沖時(shí)，U5的15腳（RCO端）輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖阶鳛閁4的時(shí)鐘脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)振蕩信號(hào)的十分頻，產(chǎn)生周期為0.1S的脈沖加至U4的時(shí)鐘端。U4的9、10、7腳接高電平，當(dāng)U4接收到來自U5的脈沖時(shí)，U4的QD---QA輸出0001加到U2的DCBA端，經(jīng)U2譯碼輸出1001111經(jīng)電阻R8~R14驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管U10顯示，此時(shí)數(shù)碼管顯示“1”，當(dāng)U4計(jì)數(shù)到1001時(shí)，U4的15腳輸出高電平接到U7C，經(jīng)反相后得到低電平，加到U3的時(shí)鐘脈沖端，U3A不具備時(shí)鐘脈沖條件，當(dāng)U4再接收一個(gè)脈沖時(shí)，U4的輸出由1001翻轉(zhuǎn)為0000，此時(shí)U4的15腳輸出低電平通過U7C反相輸出高電平，從而得到一上升沿脈沖加至U3的時(shí)鐘端，使得U3的QD---QA輸出0001加到U1的DCBA輸入端，經(jīng)U1譯碼輸出100111，經(jīng)電阻R1~R7驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管U9，數(shù)碼管顯示“1”。如此循環(huán)的計(jì)數(shù)，最后數(shù)碼管U9、U10顯示最大值99即9.9秒。
由集成塊555、電阻R19、R18、電容C1、C2組成多諧振蕩器，當(dāng)接通電源，電源通過電阻R19與R18對(duì)電容C2進(jìn)充電，當(dāng)UC2上升到2/3VCC時(shí)，集成塊555的3腳輸出低電平，內(nèi)部三極管導(dǎo)通，C2通電阻R19進(jìn)行放電，當(dāng)UC2下降到1/3VCC時(shí)，內(nèi)部三極管截止，集成塊555的3腳輸出高電平，接著電源又通過電阻R19與R18對(duì)電容C2進(jìn)充電，當(dāng)UC2上升到2/3VCC時(shí)，集成塊555的3腳輸出低電平，如此循環(huán)的充、放電，555的3腳輸出100HZ的矩形方波信號(hào)加到U7A的輸入端。
二、設(shè)計(jì)依據(jù)
本數(shù)字電子秒表設(shè)計(jì)主要采用了二輸入與非門74LS00，十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器74LS160，BCD七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器7447，555時(shí)基集成電路，七段數(shù)碼管。這些電子元件的資料您都可以上http://www.torrancerestoration.com 首頁查詢?cè)敿?xì)信息。利用74LS00可以組成RS觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其74LS00的邏輯功能是有0出1，無0出0。其邏輯表達(dá)式：Ｙ＝
，真值表如下：
，真值表如下：
|
A
|
B
|
Y
|
|
0
|
0
|
1
|
|
0
|
1
|
1
|
|
1
|
0
|
1
|
|
1
|
1
|
0
|
十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器74LS160具備計(jì)數(shù)分頻功能，其真值表如下：
|
輸 入
|
輸出
|
|||||||||||
|
CP
|
CR
|
LOAD
|
EP
|
ET
|
A
|
B
|
C
|
D
|
QA
|
QB
|
QC
|
QD
|
|
X
|
0
|
X
|
X
|
X
|
X
|
X
|
X
|
X
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
↑
|
1
|
0
|
X
|
X
|
A
|
B
|
C
|
D
|
A
|
B
|
C
|
D
|
|
X
|
1
|
1
|
0
|
X
|
X
|
X
|
X
|
X
|
保持
|
|||
|
X
|
1
|
1
|
X
|
0
|
X
|
X
|
X
|
X
|
保持
|
|||
|
↑
|
1
|
1
|
1
|
1
|
X
|
X
|
X
|
X
|
加法計(jì)數(shù)
|
|||
|
↑
|
1
|
0
|
X
|
X
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
邏輯功能：當(dāng)CLR，LOAD，EP，ET均接高電平時(shí)，時(shí)鐘CP端每來一個(gè)上升沿，計(jì)數(shù)器在原來的基數(shù)上加1，并從QA，QB，QC，QD，輸出相應(yīng)的十進(jìn)制BCD碼。利用74LS160的這個(gè)功能特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)出十分頻器，計(jì)數(shù)器。
7447為BCD七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，真值表如下：
|
十進(jìn)制
|
 LT |
 RB |
D
|
C
|
B
|
A
|
 BI/RBO |
a
|
b
|
c
|
d
|
e
|
f
|
g
|
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
1
|
1
|
X
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
2
|
1
|
X
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
|
3
|
1
|
X
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
|
4
|
1
|
X
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
|
5
|
1
|
X
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
|
6
|
1
|
X
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
7
|
1
|
X
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
8
|
1
|
X
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
9
|
1
|
X
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
7447為四線-七段譯碼器，可以用來驅(qū)動(dòng)七段共陽極數(shù)碼管，當(dāng)LT，RBI，BI，端接高電平時(shí)，從DCBA端輸入BCD碼時(shí)，從abcdefg端輸出相應(yīng)的數(shù)碼管顯示碼。
共陽七段數(shù)碼管真值表
|
A
|
B
|
C
|
D
|
E
|
F
|
G
|
顯示字符
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
2
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
3
|
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
4
|
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
5
|
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
6
|
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
7
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
8
|
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
9
|
結(jié)合四線-七段譯碼器7447可以現(xiàn)實(shí)0到9個(gè)數(shù)字。
555時(shí)鐘電路可以構(gòu)成多諧振蕩器，真值表如下：
|
RST
|
THR
|
TRI
|
OUT
|
TD狀態(tài)
|
|
0
|
X
|
X
|
0
|
導(dǎo)通
|
|
1
|
>2\3vcc
|
>1\3vcc
|
0
|
導(dǎo)通
|
|
1
|
<2\3vcc
|
>1\3vcc
|
不變
|
不變
|
|
1
|
<2\3vcc
|
<1\3vcc
|
1
|
截止
|
|
1
|
>2\3vcc
|
<1\3vcc
|
1
|
截止
|
注明：6腳為THR，觸發(fā)器輸入端，低電平有效。
2腳為TRI，閥值輸入端，高電平有效。4腳為RST，總復(fù)位端，低電平有效。
7腳為DIS，放電端。5腳為CON，控制端。1腳接地，8腳接電源。
3腳為輸出端。TD為內(nèi)部三極管。
三、電路圖
<數(shù)字電子秒表設(shè)計(jì)電路圖>
四、驗(yàn)證功能
1、555振蕩器輸出波形：2、秒計(jì)數(shù)單元邏輯功能輸出波形：
五、數(shù)字電子秒表設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告
（1）本電路采用555定時(shí)器及電阻、電容組成多諧振蕩器為74LS160提供時(shí)鐘信號(hào)。
（2）由74LS00兩個(gè)與非門組成RS觸發(fā)器，以及兩個(gè)74LS00、C3、R17組成單穩(wěn)態(tài)電路。
（3）利用74LS160作為十分頻和加法計(jì)數(shù)，而U3、U4通過一個(gè)與非門進(jìn)行級(jí)聯(lián)。
（3）利用74LS160作為十分頻和加法計(jì)數(shù)，而U3、U4通過一個(gè)與非門進(jìn)行級(jí)聯(lián)。
（4）用兩個(gè)7447作為譯碼驅(qū)動(dòng)加到了數(shù)碼管。
通過這次設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)數(shù)字電路的理解與應(yīng)用，鞏固了課本上所學(xué)的知識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)以致用的目的。