【正文】 么必須有數(shù)字顯示。按設計要求，須用數(shù)碼管來做顯示器。，那則需要六個數(shù)碼管。，那么我們需要相應頻率的信號發(fā)生器。選擇信號發(fā)生器時，有兩種方案：一種是用晶體震蕩器，另一種方案是采用集成電路555定時器與電阻和電容組成的多諧振蕩器。秒表核心部分使用六個74161計數(shù)器采用串聯(lián)方式構成，這種連接方式簡單，使用元器件數(shù)量少。因為對秒表的精度要求高，故CP脈沖是由石英振蕩器產生的，而沒有用555構成的多諧振蕩器?？傮w設計方案框圖及分析： 通過以上的分析，查閱相關資料后，得數(shù)字式秒表的原理方框圖如圖1所示。圖1數(shù)字秒表的原理方框圖本電路由啟動、清零復位電路、多諧振蕩電路、分頻計數(shù)電路、譯碼顯示電路等組成，整體上是按照基準脈沖產生部分，控制部分和計數(shù)、譯碼、顯示部分這三大部分來設計的。3 硬件電路設計硬件電路由啟動、清零復位電路、多諧振蕩電路、分頻計數(shù)電路、譯碼顯示電路等組成，整體上是按照基準脈沖產生控制部分和計數(shù)、譯碼、顯示部分這三大部分來設計的：由555構成多諧振蕩器⑴555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件，它的電源電壓范圍寬，可在 ~16V 工作，輸出驅動電流大約為 200mA，因而它的輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 所示。它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。⑵（a）所示，(b)為其工作波形。圖2 555構成的多諧振蕩器其工作原理如下：接通電源后，VCC經R R2給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源剛接通時υCVCC／3，所以555內部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，即RD=1，SD=0，基本RS觸發(fā)器置1，輸出端Q為高電平。此時Q=O，使內部放電管截止。 當υC上升到大于Vcc／3時，RD=1，SD=1，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，即輸出端Q仍為高電平，當VC上升到略大于2VCC／3時，RD =0，SD=1，基本RS觸發(fā)器置0，輸出端Q為低電平。這時Q=1，使內部放電管飽合導通。于是電容C經R2和內部放電管放電，υc按指數(shù)規(guī)律減小。當υC下降略小于Vcc／3時，內部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。這時，Q=0，內部放電管截止。于是C結束放電并重新開始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列矩形脈沖，（b）所示。由圖可見，υC將在Vcc／3和2VCC／3之間變化，因而可求得電容C上的充電時間和放電時間充電時間 放電時間 矩形波的振蕩周期………①因此改變、和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。當矩形波的頻率f=100 Hz時，振蕩周期T=。當取C=,R1=40千歐，若使T=，那么，R2≈51千歐。取一固定電阻47千歐與一5千歐的電位器相串聯(lián)代替電阻R2。在調試電路時，調節(jié)電位器RP，即可獲得所需的基準脈沖。：由石英晶體構成的多諧振蕩器在對頻率的穩(wěn)定性要求較高的電路中，應采用頻率穩(wěn)定性很高的石英晶體振蕩器，圖3給出了兩種常見的石英晶體振蕩電路。圖3 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路的諧振頻率由石英晶體的固有頻率決定，故圖 Kz，電路中其它元器件對輸出波形頻率的影響極為有限。只是石英晶體振蕩器產生的頻率很高，要得到基準毫秒脈沖，還需要用分頻電路。振蕩器輸出1M Kz信號，為了得到100 Hz的振蕩脈沖，可以進行10 000分之一的分頻。首先，555多諧振蕩器的振蕩頻率不可能是某一精確值，即它的振蕩頻率不可能達到100 Hz；其次，因為555多諧振蕩器的振蕩，故頻率還受電阻RR2和電容C的影響，當它們中的任一值變動時，振蕩頻率就受到影響；最后，上述555振蕩電路中的振蕩頻率是由門電路輸入電壓上升到轉換電平所需要時間來決定的，由于受電源電壓、溫度變化以及某些干擾因素的影響，門電路的轉換時間不可能十分精確和穩(wěn)定，可見，上述振蕩電路的振蕩頻率極不穩(wěn)定。而石英晶體振蕩器則可以克服以上缺點。石英晶體多諧振蕩器是一種產生高穩(wěn)定度的脈沖振蕩器，它有極高的頻率穩(wěn)定性，而且品質因數(shù)又高，因此它有極好的選頻特性。當外加電壓頻率等于石英晶體的固有頻率f0時，它的阻抗最小，頻率為f0的電壓信號最容易通過，并在電路中形成正反饋而使電路振蕩。石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率只取決于石英晶體的固有頻率f0，而與外接的R、C元件無關。此外，石英晶體振蕩器的電路結構簡單、頻率易調整。但是，石英晶體振蕩器產生的振蕩脈沖的頻率過高，為了的到基準脈沖，還需要外加分頻電路，555多諧振蕩器則不需如此。在電子秒表的設計中，選擇了方案二。盡管方案二需要使用分頻電路，增加了電路中使用的元件數(shù)，但秒表的計時一定要可靠、精準，與555多諧振蕩器相比，石英晶體振蕩器在振蕩頻率的穩(wěn)定性上剛好符合設計需要。由于要求得到的基準脈沖的頻率是100 Hz，而石英晶體振蕩器產生的頻率過大，需要進行分頻。分頻電路有多種選擇方案，可以使用專用的分頻器，也可通過觸發(fā)器進行分頻，還可以用計數(shù)器分頻，本次設計中用10進制計數(shù)器74HC160對1M Kz進行分頻，因為是取10 000分之一，所以使用了4個計數(shù)器，盡管用74HC160較多，有點浪費，但其在電路中的連接方式較為簡單。 74HC160是同步十進制加法計數(shù)器，它有異步清零、同步置數(shù)等功能。圖4為它的邏輯符號圖。圖4 74HC160的邏輯方框圖表1 74HC160的狀態(tài)轉換表圖5 74HC160的時序波形圖通過對表1和圖5的分析，可以看出，從CP端輸入十個矩形脈沖，而從74HC160的進位輸出端知輸出一個矩形脈沖，可見，當把前一個74160的進位輸出端作為下一個74160的脈沖輸入端，即可達到十分頻的目的。由于晶體振蕩器的輸出為1M Kz的脈沖信號，為了得到100 Hz的振蕩脈沖，要進行10 000分之一的分頻，故需要四個7