第1章设计任务

1内容及要求

（1）简易秒表具有显示功能，能显示0-99毫秒，0-59秒，0-59分时间。

（2）具有计时功能，当毫秒表计时到99，又从0开始计时，同时秒位进1。当秒位计时到59时，又从0开始计时，同时分位进1。以此循环，并计时精确。

（3）具有按键功能。开始按键：按下后，秒表可从0s开始计时。暂停按键：按下后，无论秒表处于任何时间都能立即暂停，显示当前计时时间。清零按键：按下后，无论秒表计时到何时都能停止计时，显示时间全部清零。

（4）具有每分钟整报时功能，当秒位显示59和01时，蜂鸣器和发光二极管发出鸣响和发光1s。

（5）具有可以控制数码管显示和熄灭，同时计时功能正常工作。

（6）具有可以手动设置分位和秒位的开始时间。

第2章设计方案

2.1整体思路：

本题目设计是做一个能显示分、秒、毫秒的计数器，具有电源充电功能，具有手动分进位，秒进位功能，具有计时功能，整点报时功能，开始、暂停及复位功能，以及背光功能。那么这个电路主要包含6部分:第一部分电源和锂电池充放电电路，为电路提供电源；第二部分提供周期的脉冲信号；第三部分是以第二部分为输入源的组合计数器；第四部分是显示部分，把第三部分计数的结果按照一定的方式显示，；第五部分按键功能部分通过按钮实现开始，暂停，复位，手动进位，背光显示；第六部分整点报时部分通过监测显示部分的信号，在59和01秒时报时。

2.2设计方案

使用同步加法计数器CD4518构成100进制加法计数器作为第一级（毫秒）计数器。在毫秒的个位计数到10的瞬间，向本位发送一个清零信号，并同时向十位发送一个进位脉冲。毫秒的十位加法计数器在计数到100的瞬间，向本位发送一个清零信号，并同时向秒位的个位发送一个进位脉冲。这样就构成了一个级联而形成的100进制带进位与清零的加法计数器。

秒位和分位，与毫秒位不同，它是以60进制来计数，所以清零与计数的方式要有所改变：在秒位和分位的个位计数完9的瞬间，会向十位发送一个下降沿进位信号。在秒位和分位的十位加法计数器在计数到60的瞬间，通过与门向本位发送一个清零信号，并同时向下位发送一个进位脉冲，这样就构成了一个级联而形成的60进制带进位与清零的加法计数器。

第3章各部分电路

3.1电源

考虑到各个元器件的工作电压，电路选用USB5V的电源输入。同时采用了锂电池供电，因为锂电池需要充电，所以我们采用了TC4056为锂电池降压充电，芯片自带了充满自动停止。使用DW01FA、8205S为锂电池提供过充和过放电保护。使用MT3608将锂电池电压升为5V，为电路提供电源，电路图如下

3.2脉冲信号

脉冲信号由采用NE555组成多谐振荡器产生100Hz的脉冲信号，为CD4518提供计数脉冲。NE55的输出频率由RP1、R13和C5决定。计算公式F=1.44/(RP1+2R13)*C5。RP1采用精密可调电位器，可以配合示波器精准的调节输出频率。电路图如下

3.3计数器

由于CD4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器。每单个单元有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。

本次试验设计要设计60和100进制加法计数器，其大于一个CD4518的计数范围需要进行级联。借助RESET对计数器清零，可以实现60、100进制的计数。当且仅当毫秒的十位计数完9的瞬间，即输出完1001时，会自动清0，同时产生一个下降沿信号向百位发送一个进位脉冲。毫秒的百位因为也是十进制，所以和个位的进位方式相同。实现60进制计数，秒、分的个位计数方式和毫秒位进位方式相同，与门收集秒和分的BCD码，当秒和分的十位CD4518输出0110时，与门会输出一个上升沿信号，给本位发送一个清零信号，并且给下一级一个进位信号。电路图如下

3.4显示电路

显示电路采用CD4511将CD4518的BCD码进行解码，驱动数码管显示。同时用一个开关控制CD4511的BI端的电平，控制数码管显示。电路图如下

3.5按钮功能

通过使用双JK触发器74ls112实现复位、开始、暂停功能。

按下开始按钮后74LS112第3引脚（J脚）接通高电平，第2引脚（K脚）为低电平，通过5引脚（Q脚）输出端输出高电平，至74LS08与门输入端，另一个输入端接NE555脉冲信号，当输出高电平时，通过与门控制脉冲信号的输出，将脉冲信号送至CD4518的CLK端，当放开按钮后74LS112的JK端会变为低电平，Q端的输出会保持为高电平，从而实现开始功能。

按下暂停按钮后K脚接高电平，J脚为低电平，通过Q脚输出低电平，控制74LS08一直输出为0，使得CD4518的CP端接收不到脉冲信号暂停计数，从而实现暂停功能。

按下复位按钮后，产生一个高电平，将高电平接通到每个CD4518的RESET端，RESET端置“1”时，计数器各端输出端Q1～Q4均为“0” 从而实现复位功能。电路图如下

3.6整点报时功能

将CD4518的输出接到CD4069和74LS21实现在59和01秒的时候输出高电平，使用74LS32或门驱动三极管实现蜂鸣器和发光二极在59和01秒的时候各鸣响和发光1秒。电路图如下

3.7手动进位功能

通过按键连接秒和分的进位端，当按键触发时会产生一个脉冲信号，从而使CD4518使计数，实现手动进位功能。电路图如下

总结

此次为期将近二十天的项目设计到此告一段落，在此次课程设计中，让我们有很多感触。课程设计是我们专业课知识综合运用的实践训练，是对专业知识的总结与考察，对将来的学习是一个不可或缺的过程。

刚拿到设计题目时，我们还是比较迷茫的，感觉无从下手。所以我们并没有急于下手，而是花了一天的时间去分析题目，设计出其大致运行原理，并进行一定的论证和改进。在方案确定之后，我们再去查阅资料，选定芯片，通过所选芯片的参数和功能来重新改进设计方案，并且我们在实现基础功能上，不断改进创新，增加新功能，我们一共设计了三套方案。第一套方案在基础上加上了毫秒计数，且具有59秒和01秒灯闪，蜂鸣；二套方案在第一套上增加了电池和充电电路；第三套方案增加了，手动秒和分进位，背光功能。

在本次课程设计中，我们也遇到了很多问题，比如在绘制电路图上粗心，将引脚线连接到不必要的地方，造成在焊接完元件后，数码管显示出现了问题，还有在写文档上思路不清晰，抓不到重点，造成文本内容混乱，但是这次设计让我们有了很大的长进。通过这次设计，让我们把理论和实际紧密的联系在了一起，感觉学习的深度在课本的基础上更深入了一层。有些事情，只有我们真正去做了，才能真正的掌握它，理解的更加深刻。光学理论知识是远远不够的。

总的来说，此次课程设计虽有挫折，但还是收获颇丰。