1、 - 1 - 三位数字显示的计时系统设计 - 2 - 正 文 1、 设计总体思路 1.1 课程设计要求 设计并制作一个简易的三位数字显示计时系统，供运动员比赛计时用，要 求如下： 1) 精确到秒，最大计时为 9 分 59 秒； 2) 开机时自动清零； 3) 具有启停输入控制功能，按下启停输入控制键时，开始计时，再次按 下时，停止计时。 4) 用 7 段数码管显示时间； 5) 功能扩展（自选） 1.2 设计目的 1) 进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用。 2) 巩固加深理解数字电路的基本理论知识， 学习基本理论在实践中综合 运用的初步经验， 掌握数字电路系统设计的基本方法及在面板上接线 的
2、方法、技术、要注意的问题。 3) 培养数字电路实物制作、调试、测试、故障查找和排除的方法。 4) 培养细致、认真做实验的习惯。 5) 培养实践技能，提高分析解决实际问题的能力。 6) 学会运用仿真软件进行电路仿真。 7) 熟悉 555 定时器产生脉冲的应用。 - 3 - 1.3 设计总体思路 1) 主电路 用3个7段数码管显示时间， 3块74LS192同步加减计数器实现计时功能， 时钟脉冲用 555 定时电路产生秒脉冲，1 块 74LS76 实现清零和启停功能。 2) 控制电路 按下清零按钮后，使 74LS192 的清零端为高电平，使其清零。 按下暂停/继续按钮后，使 74LS192 的 CP
3、 端为高电平，不再有上升沿输 入，使其保持之前的数据不变，再次按下按钮后，74LS192 的 CP 端为 低电平，当下一个高电平输入时，将有上升沿，使 74 LS192 计数，从而 实现暂停/继续功能。 2、 基本原理及框图 1) 基本原理 开机启动后，给第 3 块 74LS192 一个信号，当上升沿到来时，74LS192 的输出端输出加 1， 直到输出为 9 时， 产生进位信号， 送到第 2 块 74LS192 的 UP 端，直到第 2 块 74LS192 的输出为 6 时，使其置数为 0，同时给第 一块 74LS192 的 UP 端一个信号使其输出加 1，循环进行。74LS192 的功 能
4、表见下表。 MR PL CPU CPD 功能 H 清零 L L 置数 L H H H 保持 L H H 加计数 L H H 减计数 - 4 - 2) 设计整体框图 设计框图如图 1-1 所示： 图 1-1 三位数字显示的计时系统设计框图 3、 单元电路设计及单元电路图 3.1. 秒脉冲发生电路 用 555 组成多谐振荡器输出秒脉冲，工作原理如下： 分显示 秒十位显示 秒个位显示 十进制计数器 1 块 74LS192 六进制计数器 1 块 74LS192 十进制计数器 1 块 74LS192 逻辑控制电路 1 块 74LS76 秒脉冲 操作控制按键 - 5 - 接通电源 Vcc 后，Vcc 经电
5、阻 R1和 R2对电容 C 充电，其电压 Uc 由 0 按指 数规律上升。当 Uc2/3Vcc 时，电压比较器 C1和 C2的输出分别为 Uc1 =0、Uc2=1，基本 RS 触发器被置 0，Q=0，Q=1，输出 U0跃到低电平 U01. 与此同时，放电管 V 导通，电容 C 经电阻 R2和放电管 V 放电，电路进入 暂稳态。随着电容 C 放电，uc下降到 Uc1/3Vcc 时，则电压比较器 C1和 C2的输出为 Uc1=1、Uc2=0，基本 RS 触发器被置 1，Q=1，Q=0，输出 u0 由低电平 U01跃到高电平 U0h。同时，因Q=0，放电管 V 截止，电源 Vcc又 经过电阻 R1和
6、 R2对电容充电。电路又返回前一个暂稳态。因此，电容 C 上的电压 Uc 将在 2/3Vcc和 1/3Vcc之间来回充电和放电， 从而使电路产生了 振荡，输了矩形脉冲。多谐振荡器的振荡周期 T 为： T=0.7（R1+R2）C 振荡频率 f为： CRR)21(7.0 1 =1/T=f 用 555 组成多谐振荡器输出秒脉冲电路，其电路图如图 1-2 所示： 图 1-2 秒脉冲电路图 - 6 - 3.2. 计时单元电路 如图 1-3 所示。该电路用 2 块 74LS192 组成六十进制秒显示电路，1 块 74LS192 组成分显示电路，当 00 秒递增到 59 后，进位到分，同时使其置 0。 图 1-3 计数器显示电路图 3.3. 显示电路 该电路采用 BCD 码数码管，如图 1-4 所示。 3.4. 控制电路 电路图如图 1-5 所示， 74LS76 的Q(14 端子)接计数器 74LS192 的清零端 （MR 端） ，按下清零按钮后，Q端由 0Q 变为 1Q ，从而使计数器的 MR=1，使 计数器清零。74LS76 的 Q 端（11 端子）
