电子秒表设计解析:基于555定时器的电路实现

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0 下载量 152 浏览量 更新于2024-06-27 收藏 601KB DOC 举报
"电子秒表的设计讲解" 这篇文档详细介绍了电子秒表的设计过程,涵盖了从设计要求、目的与作用到具体实现的各个步骤。设计要求主要包括三点:以0.01秒为最小显示单位,显示范围从0.01秒到59分59秒99毫秒,并具备清零、开始计时和停止计时的功能。设计方案中对比了单片机和数字电路两种方法,最终选择了成本更低、操作更简单的数字电路方案。 设计的目的与作用不仅在于提升设计者的专业技能和创新能力,还涉及到对555方波振荡器的应用,以及对计数器级联、计数、译码和显示电路协同工作的熟悉。在设计的具体体现部分,电子秒表由基本RS触发器、多谐振荡器(基于555定时器)、计数器和数码显示器组成。555定时器产生的50Hz脉冲经过分频后用于计时,通过级联的计数器实现不同时间单位的转换,最后由数码显示器展示时间。 电子秒表的工作原理中,555定时器作为多谐振荡器产生矩形波,然后通过不同计数器进行分频,转换为所需的时间间隔。计数器接成8421码的十进制和六进制电路,用于显示从00:00:00到59:59:99的秒数。文档还提到了单元电路设计,尤其是555定时器的内部结构和工作模式,包括其真值表,以及如何构建多谐振荡器。 在设计仿真与PCB制版环节,设计者可能利用软件进行电路模拟测试,验证其正确性,之后制作印刷电路板,将设计转化为实体硬件。最后,心得体会部分记录了设计者在项目中的个人体验和学习成果,附录和参考文献提供了更多相关资料。 这个设计过程全面展示了电子秒表从概念到实物的转化,涵盖了电子工程基础理论和实践技能,对于学习电子技术的初学者来说,是一份非常有价值的学习材料。
2023-02-27 上传
电子秒表的设计 目 录 一、设计要求………………………………………………… 2 二、设计的目的与作用……………………………………… 2 三、设计的具体体现 ………………………………………2 1. 电子秒表的基本组成……………………………… 3 2.电子秒表的工作原理…………………………………3 3.电子秒表的原理图……………………………………4 4. 单元电路设计…………………………………………4 5.设计仿真与PCB制版…………………………………12 四、心得体会…………………………………………………17 五、附录………………………………………………………18 六、参考文献…………………………………………………20 一、设计要求 1. 以0.01秒为最小单位进行显示。 2. 秒表可显示0.01~59:59:99秒的量程。 3. 该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能。 二、设计方案 方案一:通过单片机来实现电子秒表 基于51单片机电子秒表,设计简单,而且技术准确,缺点是价格相比于数字电路实现的 秒表技术要昂贵。 方案二:采用数字电路来实现秒表计数,优点是价格便宜,计数精确,反应较快,缺 点是,电路芯片较多,设计电路复杂。 经过比较选择了较为经济适用的数字电路。 二、设计的目的与作用 1.培养我们运用有关课程的基础理论和技能解决实际问题,并进一步提高专业基本技能 、创新能力。通过课程设计,学习到设计写作方法,能用文字、图形和现代设计写作方 法系统地、正确地表达课程设计和研究成果。 2. 熟悉555方波振荡器的应用。 3.熟悉计数器的级联及计数、译码、显示电路的整体配合。 4.建立分频的基本概念。 三、设计的具体体现 1.电子秒表的基本组成 电子秒表电路的基本组成框图如图所示,它主要由基本RS触发器、多谐振荡器、计数器 和数码显示器4个部分组成。 电子秒表电路的基本组成(方框图)如下: 图(1)电子秒表基本组成方框图 2.电子秒表的工作原理 由555定时器构成多谐振荡器,用来产生50Hz的矩形波。第 块计数器作5分频使用, 将555输来的50Hz的脉冲变为0.1秒的计数脉冲,在输出端Qd取得,作为第2块计数器的始 终输入,第2、第3块计数器QA与CP2相连,都已接成8421码十进制计数电路 ,第4块接成六进制形式,其输出端与译码显示器的相应输入端连接,可显示00:00:00 ——59:59:99s 3.电子秒表的原理图 图(2)原理图 4. 单元电路设计 (1)由NE555P组成的多谐振荡器(多谐振荡器) ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路,属于小规模集成电路,在很多电 子产品中都有应用。ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路,给其他的电路提供 时序脉冲。ne555时基电路有两种封装形式有,一是dip双列直插 8脚封装,另一种是sop- 8小型(smd)封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部 结构和工作原理都相同。ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电 阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻 构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555。 555内部结构及引脚如下图所示: 图(3)555内部结构及引脚图 (A)、555时钟电路可以构成多谐振荡器,真值表如下: "RST "THR "TRI "OUT "TD " "0 "X "X "0 "导通 " "1 ">2\3VCC ">1\3VCC "0 "导通 " "1 "<2\3VCC ">1\3VCC "不变 "不变 " "1 "<2\3VCC "<1\3VCC "1 "截止 " "1 ">2\3VCC "<1\3VCC "1 "截止 " 表(1)555功能真值表 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。 (B)时钟信号产生电路 图(4)555组成的多谐振荡器 NE555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。利用闭 合回路的反馈作用可以产生自激振荡。TTL电路延迟时间短,难以控制频率。电路接入R C回路有助于获得较低的振荡频率,由于门电路的作用时间极短,TTL电路自有几十纳秒 ,所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的,而且频率不易调节。在电路中接入RC电 路可以有助于获得较低的振荡频率,而且通过改变R,C的数值可以很容易实现对频率的 调节。 振荡电路是数字秒表的核心部分,电容充放电的速度决定了电路的振荡频率R1 .R2 .C决定了多
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电子秒表的设计 目 录 一、设计要求………………………………………………… 2 二、设计的目的与作用……………………………………… 2 三、设计的具体体现 ………………………………………2 1. 电子秒表的基本组成……………………………… 3 2.电子秒表的工作原理…………………………………3 3.电子秒表的原理图……………………………………4 4. 单元电路设计…………………………………………4 5.设计仿真与PCB制版…………………………………12 四、心得体会…………………………………………………17 五、附录………………………………………………………18 六、参考文献…………………………………………………20 一、设计要求 以0.01秒为最小单位进行显示。 秒表可显示0.01~59:59:99秒的量程。 该秒表具有清零、开始计时、停止计时功能。 二、设计方案 方案一:通过单片机来实现电子秒表 基于51单片机电子秒表,设计简单,而且技术准确,缺点是价格相比于数字电路实现的秒表技术要昂贵。 电子秒表的设计全文共9页,当前为第1页。方案二:采用数字电路来实现秒表计数,优点是价格便宜,计数精确,反应较快,缺点是,电路芯片较多,设计电路复杂。 电子秒表的设计全文共9页,当前为第1页。 经过比较选择了较为经济适用的数字电路。 二、设计的目的与作用 1.培养我们运用有关课程的基础理论和技能解决实际问题,并进一步提高专业基本技能、创新能力。通过课程设计,学 到设计写作方法,能用文字、图形和现代设计写作方法系统地、正确地表达课程设计和研究成果。 2. 熟悉555方波振荡器的应用。 3.熟悉计数器的级联及计数、译码、显示电路的整体配合。 4.建立分频的基本概念。 三、设计的具体体现 1.电子秒表的基本组成 电子秒表电路的基本组成框图如图所示,它主要由基本RS触发器、多谐振荡器、计数器和数码显示器4个部分组成。 电子秒表电路的基本组成(方框图)如下: 基本RS触发器多谐振荡器单稳态触发器计数器译码显示器 基本RS触发器 多谐振荡器 单稳态触发器 计数器 译码显示器 图(1)电子秒表基本组成方框图 2.电子秒表的工作原理 由555定时器构成多谐振荡器,用来产生50Hz的矩形波。第 块计数器作5分频使用,将555输来的50Hz的脉冲变为0.1秒的计数脉冲,在输出端Qd取得,作为第2块计数器的始终输入,第2、第3块计数器QA与CP2相连,都已接成8421码十进制计数电路 ,第4块接成六进制形式,其输出端与译码显示器的相应输入端连接,可显示00:00:00——59:59:99s 电子秒表的设计全文共9页,当前为第2页。3.电子秒表的原理图 电子秒表的设计全文共9页,当前为第2页。 图(2)原理图 单元电路设计 (1)由NE555P组成的多谐振荡器(多谐振荡器) ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路,属于小规模集成电路,在很多电子产品中都有应用。ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路,给其他的电路提供时序脉冲。ne555时基电路有两种封装形式有,一是dip双列直插 8脚封装,另一种是sop-8小型(smd)封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电 阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555。 555内部结构及引脚如下图所示: 图(3)555内部结构及引脚图 (A)、555时钟电路可以构成多谐振荡器,真值表如下: RST THR TRI OUT TD 0 X X 0 导通 1 >2\3VCC >1\3VCC 0 导通 1 <2\3VCC >1\3VCC 不变 不变 1 <2\3VCC <1\3VCC 1 截止 1 >2\3VCC <1\3VCC 1 截止 表(1)555功能真值表 电子秒表的设计全文共9页,当前为第3页。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。 (B)时钟信号产生电路 电子秒表的设计全文共9页,当前为第3页。 图(4)555组成的多谐振荡器 NE555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。利用闭合回路的反馈作用可以产生自激振荡。TTL电路延迟时间短,难以控制频率。电路接入RC回路有助于获得较低的振荡频率,由于门电路的作用时间极短,TTL电路自有几十纳秒,所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的,
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电子秒表设计报告 设计要求: 用89C51,外接晶振,复位电路,二个数码管,二个按键,做一个电子秒表,具体要求为 用按键起停电子表,可用按键设计倒计时时间(如10S,20S,60S),并启动倒计时功能 。能用按键选择以上两功能之一。 实现原理: 利用12M晶振的一个机器周期为1微秒,通过循环产生1秒时间延迟,扫描单片机中所存 放的时间的值(可正记时,也可倒计时),并通过输出显示在数码管上。 电路图: p0.0—p0.7对应了两个接数码管的A,B,C,D,E,F,G和小数点位,p2.6接显示个位数的数码 管的3、8引角,p2.7则接十位数的。p3.6、p3.7分别接按键。 流程框图: 程序代码: a_bit equ 20h ;数码管个位数存放内存位置 b_bit equ 21h ;数码管十位数存放内存位置 temp equ 22h ;计数器数值存放内存位置 ;开机初始化 MOV P3,#0FFH;对P3口初始化,设置为高电平,用于按键输入 MOV P0,#0FFH;使显示时间数码管熄灭 ;等待按键输入 ;根据按键的输入判断执行什么功能 ;按键1按下则执行功能1 START:JB P3.6,$;循环判断开始按钮K1是否按下? ACALL DELAY10;延时10毫秒触点消抖 JB P3.6,START1;如果是干扰就返回 JNB P3.6,$;等待按键松开 ljmp gn1 ; 按键2按下则执行功能2 start1: jb p3.7,$;循环判断开始按钮K2是否按下? ACALL DELAY10;延时10毫秒触点消抖 JB P3.7,START;如果是干扰就返回 jnb p3.7,$ ljmp gn2 ;数码管显示秒表时间的程序 gn1: ;先初始化 MOV P3,#0FFH;对P3口初始化,设置为高电平,用于按键输入 MOV P0,#0FFH;使显示时间数码管熄灭 mov a,#0 mov temp,a goon1: MOV R2,#2 js1: MOV R3,#250 TIME1: mov a,temp ;将temp中的十六进制数转换成10进制 mov b,#10 ;10进制/10=10进制 div ab mov b_bit,a ;十位在a mov a_bit,b ;个位在b mov dptr,#numtab ;指定查表启始地址 mov r0,#4 dpl1: mov r1,#250 ; dplop1: mov a,a_bit ;取个位数 MOVC A,@A+DPTR ;查个位数的7段代码 mov p0,a ;送出个位的7段代码 mov p0,a ;送出个位的7段代码 clr p2.7 ;开个位显示 ACALL DELY1;显示1毫秒 setb p2.7;关闭个位显示,防止鬼影 mov a,b_bit ;取十位数 MOVC A,@A+DPTR ;查十位数的7段代码 mov p0,a ;送出十位的7段代码 clr p2.6 ;开十位显示 ACALL DELY1;显示1毫秒 setb p2.6;关闭十位显示,防止鬼影 ;插入一段判断定时过程中是否有按键输入的程序段 C1: JB P3.6,B1 ACALL DELAY10;延时10毫秒消抖 JB P3.6,C1 JNB P3.6,$;等待按键松开 zt1: MOV P3,#0FFH;对P3口初始化,设置为高电平,用于按键输入 jb p3.6,$;循环判断开始按钮K1是否按下? ACALL DELAY10;延时10毫秒触点消抖 JB P3.6,zt1;如果是干扰就返回 JNB P3.6,$;等待按键松开 B1: JB P3.7,loop1 ACALL DELAY10;延时10毫秒消抖 JB P3.7,B1 JNB P3.7,$;等待按键松开 AJMP OVER loop1: djnz r3,TIME1 ;2毫秒循环执行250次,时间约0.5秒 djnz r2,js1 ;循环执行2次,时间为1 秒钟 inc TEMP;满一秒钟对时间加1 MOV A,TEMP clr c subb a,#60 JNZ goon1;判断TEMP的数值是否为60?不为60循环 acall over ret gn2: mov a,#14h ; 设定倒计时的时间20S mov temp,a ;数码管显示倒计时时间的程序 ;初始化 MOV P3,#0FFH;对P3口初始化,设置为高电平,用于按键输入 MOV P0,#14H;使显示时间为设定的倒计时时间 goon2: MOV R2,#2 js2: MOV R3,#250 TIME2: mov a,temp ;将temp中的十六进制数转换成10进制 mov b,#10 ;10进制/10=10进制 div ab mov b_bit,a ;十位在a mov a_bit,