555定时器是数模结合的集成电路，它的内部结构由三个串联的5k电阻、两个比较器、一个RS触发器、一个反向器和放电开关管T组成。三个串联电阻接电源VCC，每个电阻上的压降是1/3VCC。上面的比较器的同相端接2/3VCC，下面的比较器反相端接1/3VCC，这两个电压要记住，经常要用到的。
555定时器内部线路图
6脚是高触发端，2脚是低触发段。RS触发器是由2个与非门的输入端和输出端交叉反馈连接，RS触发是双稳态触发器，有0态和1态。3脚是输出端，7脚是放电端，如果输出低电位，RS触发器Q端置1，开关管放电，7脚拉低成低电位；如果7脚接上拉电阻，则7脚电位与输出端3脚相同。
555定时器引脚功能表
在单稳态工作模式下，555定时器作为单次触发脉冲发生器工作。当触发输入电压降至VCC的1/3时开始输出脉冲。输出的脉宽取决于由定时电阻与电容组成的RC网络的时间常数。当电容电压升至VCC的2/3时输出脉冲停止。根据实际需要可通过改变RC网络的时间常数来调节脉宽。
输出脉宽t，即电容电压充至VCC的2/3所需要的时间由下式给出：
虽然一般认为当电容电压充至VCC的2/3时电容通过OC门瞬间放电，但是实际上放电完毕仍需要一段时间，这一段时间被称为“弛豫时间”。在实际应用中，触发源的周期必须要大于弛豫时间与脉宽之和(实际上在工程应用中是远大于)。
双稳态工作模式下的555芯片类似基本RS触发器。在这一模式下，触发引脚(引脚2)和复位引脚(引脚4)通过上拉电阻接至高电平，阈值引脚(引脚6)被直接接地，控制引脚(引脚5)通过小电容(0.01到0.1μF)接地，放电引脚(引脚7)浮空。所以当引脚2输入高电压时输出置位，当引脚4接地时输出复位。
无稳态工作模式下555定时器可输出连续的特定频率的方波。电阻R1接在VCC与放电引脚(引脚7)之间，另一个电阻(R2)接在引脚7与触发引脚(引脚2)之间，引脚2与阈值引脚(引脚6)短接。工作时电容通过R1与R2充电至2/3VCC，然后输出电压翻转，电容通过R2放电至1/3VCC，之后电容重新充电，输出电压再次翻转。
无稳态模式下555定时器输出波形的频率由R1、R2与C决定：
对于双极型555而言，若使用很小的R1会造成OC门在放电时达到饱和，使输出波形的低电平时间远大于上面计算的结果。为获得占空比小于50%的矩形波，可以通过给R2并联一个二极管实现。这一二极管在充电时导通，短路R2，使得电源仅通过R1为电容充电；而在放电时截止，以达到减小充电时间降低占空比的效果。
四种555定时器方波电路
占空比可调的方波发生器
CB555定时器的工作原理表如下：
CB555定时器工作原理表
利用CB555定时器设计方波电路原理图
占空比可调的方波信号发生器分析如上图所示，电路只要一加上电压VDD，振荡器便起振。刚通电时，由于C上的电压不能突变，即2脚电位的起始电平为低电位，使555置位，3脚呈高电平。C通过AR、D1对其充电，充电时间CRtA7.0-充。压充到阈值电平2/3VDD时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过Dl、RB、555内部的放电管放电，放电时间CRtB7.0-放。则振荡周期为放充ttT。
555定时器的方波发生器
这是一个无线电信号线路和电视的最有用的方波发生器项目。方波是最适合用于测试信号的中频(IF)地带，将通过中频变压器没有任何衰减，不管是什么电路的调谐频率。
555TImer是配置非稳态运行，这意味着它将触发本身作为一个多谐振荡器自由运行。计时元件电阻R1、R2和电容器(C1~C6)的值已在下图标出；六个电容器分别产生六种频率，即1Hz、10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz。
秒信号发生电路由集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。需要的芯片有集成电路555定时器，还有电阻和电容。下图为其电路图：
振荡电路是数字钟的核心部分，它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择555定时器构成的多谐振荡器，其中电容C1为47微法，C2为0.01微法，两个电阻R1=R2=10K欧姆。此时在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波，其振荡频率为：
由公式代入R1，R2和C的值得，f=1Hz，即其输出频率为1Hz的矩形波信号。
555定时器实现波形发生器
555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为低电平。
THR和TRI分别为基准电压为2VCC/3和VCC/3的两个比较器；当初始电容C1两端的电压值小于VCC/3时，输出端输出高电平，则在输出端和C1之间产生电位差，于是通过二极管D1给电容充电，在C1两端电压小于2VCC/3时输出端一直输出高电平；当电容两端电压由充电上升到2VCC/3时，555定时器输出端输出低电平，此时电容C1两端的电压高于输出端，于是电容放电，直到电容两端电压降到VCC/3，输出端电压变为高电平，于是产生稳定的方波。
其中占空比和方波的频率由两个电位器来调节。充电的时间由电流的大小决定，即由充放电的电路中的电阻大小所决定，故可通过调节充电和放电电路中的电阻的大小来调节方波的占空比和频率。
通过运算放大器构成的反相积分器。通过积分电路可将方波滤成三角波。
通过对电容C4的充电和放电，可将规则三角波滤成规则的正弦波。
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1、掌握计数、译码、显示电路设计 2、掌握分频电路设计方法 3、学习利用软件进行仿真。 |
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（1）、具有停止/启动功能； （2）、当启动时,计数器先清零再开始计时； （3）、若不需要计时或暂停计数时,计数器立即停止,但数码管保留所计时之值。 （1）、设计一个电子秒表; （2）、拟定设计步骤； （3）、根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； （4）、要求绘出原理图； （5）、撰写设计报告。 （1）、选定设计方案； （2）、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值。 |
随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用越来越广泛。电子秒表可广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验和验证牛顿第二定律等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合，测定短时间间隔的仪表。
电子秒表设计主要是通过多谐振荡器、计数器、译码器、数码显示器芯片，实现基本要求。本课题有一个小的创新，通过开关能够实现倒计时的功能。数字电子技术课程设计要用到仿真软件画出电路图。一方面直观的研究设计原理，另一方面需进行仿真。之后对仿真结果进行理论分析，寻找不足之处并加以改善。
通过研究可提高精度，若要提高精度常常采用石英晶体振荡器来产生脉冲信号。精度的提高，便能广泛应用于计算机、电视、雷达、通信等各个领域，实现电子秒表的价值。
1.1 电子秒表设计的意义
1.2 电子秒表的设计方案
2.1 时钟脉冲发生器
随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用越来越广泛。电子秒表在生活中应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验，还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合，测定短时间间隔的仪表。秒表有机械秒表和电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒。在秒表的设计上功能不断完善，在时间的设计上不断的精确。人们也用电子技术和相关知识解决了一些实际问题。随着集成技术的发展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术将会更广泛的渗透到国民经济的各个部门。该设计使我们动手能力、实际操作能力、综合应用能力得到更好的提升。
1.2 电子秒表的设计方案1.2.1 设计电子秒表所需器件电子秒表电路的基本组成框图如图1-2(a)所示，它主要由多谐振荡器、计数器、译码器和数码显示器4个部分组成。
图1-2(a) 电子秒表电路组成框图
电子秒表设计电路图如图1-2(b)所示，图中由定时器NE555，用来产生1秒的脉冲加给计数器。第U2、U4块计数器TCU与UP相连，脉冲从U2的UP输入，都已接成十进制计数或六进制电路，其中第U2块是每秒进位，第U4块是每10秒进位。两片74LS47是译码器，将计数器输来的8421BCD码译为十进制数分别去驱动两个数码管，使之作相应的显示。开关SW2闭合开始计数，断开停止计数；开关SW1接高电位秒表清0，接低电位可以计数。
图1-2(b) 电子秒表设计电路图
NE555定时器是模拟—数字混合式集成电路，利用它可以方便地构成脉冲产生、整形电路和定时、延时电路。用555定时器构成的自激式多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。调节电位器 RP ，使在输出端3获得频率为1HZ的矩形波信号。
2.1.1 555定时器的电路结构与功能国产双极型555定时器的电路结构如图2-1(a)所示，它由比较器C1和C2、SR锁存器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。图中数码1~8为器件引脚编号。
随着电子技术的发展，电子技术在各个领域的运用越来越广泛。电子秒表在生活中可广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验，还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合，测定短时间间隔的仪表。秒表有机械秒表和电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒。在秒表的设计上功能不断完善，在时间的设计上不断的精确。人们也用电子技术和相关知识解决了一些实际问题。随着集成技术的发展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术将会更广泛的渗透到国民经济的各个部门，目前数字电子技术已经广泛应用于计算机、电视、雷达、通信等各个领域，并将产生越来越深的影响。该设计使我们动手能力、实际操作能力、综合应用能力得到更好的提升。
当TH<VR1、TH>VR2时，比较器C1的输出vC1=1、比较器C2的输出vC2=1，SR锁存器的状态保持不变，因而TD和v0的状态也保持不变。
这样就得到表2-1所示的555的功能表。
多谐振荡器如图2-1(c)所示。当电路刚接通电源时，由于C (C1//C2)来不及充电，555电路的2脚处于零电平，导致其输出3脚为高电平。当电源通过R1、RP向C充电到VC≥VCC时，输出端3脚由高电路平变为低电平，电容C经R1和内部电路的放电开关管放电。当放电到VC≤VCC时，输出端又由低电平转变为高电平。此时电容再次充电，这种过程可周而复始地进行下去，形成自激振荡。图2-1(b)是输出端及电容器C上电压的波形。
设计振荡周期为1秒时，参数的确定。
由课本得电路的振荡周期为
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由NE555的特性参数可知，占空比q可为2/3。
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若取C=10μF，则代入上式得到
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，利用74LS192的计数器功能实现六进制、十进制的计算和倒计时。
其引脚排列及逻辑符号见图2-2所示：
计数器74LS192的功能表见表2-2所示
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74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。
7段显示译码器74LS48是输出高电平有效的译码器，74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（QA～QG）端外，74LS48还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。
在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经74LS48译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表2-3中1～16行。
（2）消隐功能（BI=0）
此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表2-3倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。
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（3）灯测试功能（LT = 0）
此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表2-3最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。
（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）
此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表2-3倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA≠0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。
现在的许多电器设备上都有显示十进制字符的字符显示器，以直观的显示出电器设备的运行数据。目前广泛使用的字符显示器是七段字符显示器，或称七段数码管。常见的七段数码管有液晶显示数码管和半导体数码管两种。
半导体数码管是由七段发光二极管（Light Emitting Diode）组成，简称LED。图2-4是共阴极数码管引脚排列。LED产品的种类繁多，有共阴极电路，还有共阳极电路，本设计采用共阴极电路，要驱动LED正常的显示十进制数的十个字符，LED前面必须接一个显示译码器。
图2-4 共阴极数码管引脚排列
当连接好的电路原理图检查没有错误后即可对它进行仿真，仿真有利于检查和排除故障，发现并解决问题，保证实验顺利进行，做出来的实物能够成功的实现其功能。
3.1.1当启动前,计数器停止时，数码管显示00，仿真图3-1(a);按开关SW1,计数器开始计数，一段时间后，显示18，仿真图3-2(b)图3-1(c) 不需要计时或暂停计数时仿真图
图3-1(d) 再次启动数码管保留计数时仿真图
断开开关SW2，打开开关SW3，计数器启动倒计时功能，刚开始显示数值99，仿真图3-1(e)；一段时间后，数码管显示数值88，仿真图3-1(f)。
图3-1(e) 倒计时功能，开始时电路仿真图
555时基电路构成的多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源后自行产生矩形波输出。但555时基电路的精度并不是很高，而且电路也会受到温度的影响，尤其是冬季和夏季产生的误差相对较大。本次设计中利用555产生1000HZ的脉冲信号实际上并不是精确地等于1000HZ，根据设定的参数可以算的实际上产生脉冲信号的频率为1003.5HZ，当计时时间较长时就会产生比较明显的误差，而且误差随着计时时间的增长而变大。因此，实际应用中若要求精度较高常常采用石英晶体振荡器来产生脉冲信号，但555定时器由于其输出驱动电流大、功能灵活，在电子电路中也获得广泛应用。
本次电子秒表的设计我认为具有很大的实用性，它可应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验，同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合，测定短时间间隔的仪表。主要是通过数字电子技术的一些芯片，来设计本课题的三个要求。通过NE555定时器设计成多谐振荡器来产生一秒脉冲，产生的脉冲为74LS194计数器提供脉冲信号，计数器74LS194进行计数，通过译码器74LS48转换，再通过数码管显示出数字。本课题我做了一个小的创新，通过开关使脉冲接到计数器74LS194的减的端口DN，以此实现倒计时的功能。此次课程设计有一些不足之处，NE555定时器的具体参数查询不到，占空比不能够准确知道，因此秒表存在一些偏差。可以通过查阅NE555定时器的占空比，来提高计时的精度。继续开展研究、设计可提高电子秒表的精度，若想提高精度常常采用石英晶体振荡器来产生更精确的脉冲信号。精度提高，此设计便能广泛应用于计算机、电视、雷达、通信等各个领域，实现电子秒表的价值。
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TW-X04 新型数字电路实验箱
实验箱由铝木合金箱体、开关电源、常用信号源和实验电路区组成。其中实验电路区采用全开放模式，可根据需求灵活配置实验电路，以满足不同层次学生的教学实验要求。
1、实验电路工作电源：+5V/2A一组、±12V/0.7A一组、1.5～9V(或任意值）可调一组，每路设置保险丝一个，每路均带有短路保护和反向保护电路，其中+5V电源有过压保护、欠压保护和短路报警和自动关断功能，确保实验电路元件和人身安全。
1）提供二组正负单脉冲发生电路，带电平指示。
2）1HZ～1KHZ连续可调时钟电路。
3）1HZ～1MHZ固定脉冲分7路输出，其中1HZ带指示灯显示。
4）12路开关量输入显示电路，输入端带保护功能。
5）12路开关量输出电路，输出端自带显示电路，直观显示开关量的输出状态，同时输出端带保护功能。
6）6位七段LED共阳数码显示器，自带BCD码译码电路；2位独立数码管，可装共阳或共阴数码管。
7）2组BCD码拨盘开关输出电路，输出端带保护功能。
8）由555时基电路组成的音响输出控制电路，并带有蜂鸣器和喇叭输出设备。
