数字秒表电路设计

一、工作原理

　　本电路由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电路等组成。如下图所示：

　　启动清零复位电路主要由U6A、U6B、U7B、U7D组成，其本质是一个RS触发器和单稳态触发器。J1控制数字秒表的启动和停止，J2控制数字秒表的清零复位。开始时把J1合上，J2打开，运行本电路，数字秒表正在计数。
当打开J1，合上J2键，J2与地相接得到低电平加到U6B的输入端，U6B输出高电平又加到U6A的输入端，而U6A的另一端通过电阻R15与电源相接得到高电平，（此时U6B与U6A组成RS触发器），U6A输出低电加到U7A的输入端，U7A被封锁输出高电平加到U5的时钟端，因U5不具备时钟脉冲条件，U5不能输出脉冲信号，因此U3、U4时钟端无脉冲而停止计数。当J1合上时，打开J2键，J1与地相接得到低电平加到U6A的输入端，U6A输出高电平加到U6B的输入端，U6B输出低电平加至U7B，使U7B输出高电平，因电容两端电压不能跃变，因此在R7上得到高电平加到U7D输入端，U7D输出低电平（进入暂态）同时加到U3、U4、U5的清零端，使得U3、U4的QD---QA输出0000，经U1、U2译码输出驱动U9、U10显示“00”。因为U7B与U7D组成一个单稳态电路，经过较短的时间，U7D的输出由低电平变为高电平，允许U3、U4、U5计数。同时U6A输出高电平加到U7A的输入端，将U7A打开，让555的3脚输出100KHZ的振荡信号经U7A加到U5的时钟脉冲端，使得U5具备时钟脉冲条件，U5的9、10、7脚接高电平，U5构成十分频器，对时钟脉冲计数。当U5接收一个脉冲时，U5内部计数加1，如果U5接收到第十个脉冲时，U5的15脚（RCO端）输出由低电平跳变为高电平作为U4的时钟脉冲，从而实现了对振荡信号的十分频，产生周期为0.1S的脉冲加至U4的时钟端。U4的9、10、7脚接高电平，当U4接收到来自U5的脉冲时，U4的QD---QA输出0001加到U2的DCBA端，经U2译码输出1001111经电阻R8~R14驱动数码管U10显示，此时数码管显示“1”，当U4计数到1001时，U4的15脚输出高电平接到U7C，经反相后得到低电平，加到U3的时钟脉冲端，U3A不具备时钟脉冲条件，当U4再接收一个脉冲时，U4的输出由1001翻转为0000，此时U4的15脚输出低电平通过U7C反相输出高电平，从而得到一上升沿脉冲加至U3的时钟端，使得U3的QD---QA输出0001加到U1的DCBA输入端，经U1译码输出100111，经电阻R1~R7驱动数码管U9，数码管显示“1”。如此循环的计数，最后数码管U9、U10显示最大值99即9.9秒。
　　 由集成块555、电阻R19、R18、电容C1、C2组成多谐振荡器，当接通电源，电源通过电阻R19与R18对电容C2进充电，当UC2上升到2/3VCC时，集成块555的3脚输出低电平，内部三极管导通，C2通电阻R19进行放电，当UC2下降到1/3VCC时，内部三极管截止，集成块555的3脚输出高电平，接着电源又通过电阻R19与R18对电容C2进充电，当UC2上升到2/3VCC时，集成块555的3脚输出低电平，如此循环的充、放电，555的3脚输出100HZ的矩形方波信号加到U7A的输入端。[page]

二、设计依据

　　本电路主要采用了二输入与非门74LS00，十进制BCD码计数器74LS160，BCD七段译码器/驱动器7447，555时基集成电路，七段数码管。
利用74LS00可以组成RS触发器，单稳态触发器。其74LS00的逻辑功能是有0出1，无0出0。
其逻辑表达式：Ｙ＝/（AB） ，真值表如下：

十进制BCD码计数器74LS160具备计数分频功能，其真值表如下：

　逻辑功能：当CLR，LOAD，EP，ET均接高电平时，时钟CP端每来一个上升沿，计数器在原来的基数上加1，并从QA，QB，QC，QD，输出相应的十进制BCD码。利用74LS160的这个功能特点可以设计出十分频器，计数器。

7447为BCD七段译码器/驱动器，真值表如下：

　　7447为四线-七段译码器，可以用来驱动七段共阳极数码管，当LT，RBI，BI，端接高电平时，从DCBA端输入BCD码时，从abcdefg端输出相应的数码管显示码。

共阳七段数码管真值表

结合四线-七段译码器7447可以现实0到9个数字。[page]

555时钟电路可以构成多谐振荡器，真值表如下：

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。
三、电路图

四、验证功能

1、555振荡器输出波形与秒计数单元逻辑功能输出波形：

五、总结报告
（1）本电路采用555定时器及电阻、电容组成多谐振荡器为74LS160提供时钟信号。
（2）由74LS00两个与非门组成RS触发器，以及两个74LS00、C3、R17组成单稳态电路。
（3）利用74LS160作为十分频和加法计数，而U3、U4通过一个与非门进行级联。
（4）用两个7447作为译码驱动加到了数码管。
通过这次设计，使我加深了对数字电路的理解与应用，巩固了课本上所学的知识，真正实现了学以致用的目的。