目录
一摘要 (3)
二课题简介 (3)
三实验总体设计 (6)
四数字秒表的工作原理及设计过程 (7)
五设计过程 (19)
六结论 (24)
七参考文献 (25)
一、摘要
目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。随着信息技术和网络技术的高速发展，嵌入式产品日益广泛地渗透到日常生活、科学研究和军事技术等领域。人们在日常生活中，有很多时候要精确地计算时间，但往往因为人为因素造成人们不愿意看到的误差。秒表是日常生活中比较常用的精确计时工具，特别是在体育竞技以及生产科研中，跳动精确的秒表更是有着不可替代的作用。过去机械秒表的设计制作极为复杂，而且成本高、不稳定给使用者带来了不少的困扰。但是随着电子技术的飞速发展，电子秒表的出现彻底改变了这一局面，电子秒表以其成本低廉、工作稳定、走时精确、操作简单在人类的工作生活中得到了广泛的应用。秒表的出现，解决了传统的由于人为因素造成的误差和不公平性。本设课程设计是主要采用sopc技术基于FPGA的数字秒表的设计，利用Verilog HDL语言和Quartus II 软件以及FPGA实验操作平台来实现的。本论文的重点是用硬件语言Verilog HDL 来描述数字秒表，偏重于软件设计。大致内容是首先简单介绍了EDA的现状和前景， Verilog HDL 语言特点，应用平台FPGA，之后阐述了数字秒表的设计思想和大体的设计流程，最后进入本设计的核心设计部分，用Verilog HDL 语言设计数字秒表电路，着重对各个模块进行了详细的分析和说明。
【关键词】Verilog HDL 语言；Quartus II 软件；数字秒表；SOPC技术二、课题简介
SOPC技术是美国Altrea公司于2000年最早提出的，并同时推出了相应的开发软件Quartus II。SOPC是基于FPGA解决方案的SOC，与ASIC的SOC解决方案相比，SOPC系统及其开发技术具有更多的特色，构成SOPC的方案有多种途径，我们主要用到的是：基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统
2.3基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统
即在FPGA中预先植入嵌入式系统处理器。目前最为常用的嵌入式系统大多采用了含有ARM的32位知识产权处理器核的器件。尽管由这些器件构成的嵌入式系统有很强的功能，但为了使系统更为灵活完备，功能更为强大，对更多任务的完成具有更好的适应性，通常必须为此处理器配置许多接口器件才能构成一个完整的应用系统。如除配置常规的SRAM、DRAM、Flash外，还必须配置网络通信接口、串行通信接口、USB接口、VGA接口、PS/2接口或其他专用接口等。这样
会增加整个系统的体积、功耗，而降低系统的可靠性。但是如果将ARM或其他知识产权核，以硬核方式植入FPGA中，利用FPGA中的可编程逻辑资源和IP软核，直接利用FPGA中的逻辑宏单元来构成该嵌入式系统处理器的接口功能模块，就能很好地解决这些问题。
2.2基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统
这种SOPC系统是指在FPGA中植入软核处理器，如：NIOS II核等。用户可以根据设计的要求，利用相应的EDA工具，对NIOS II及其外围设备进行构建，使该嵌入式系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足用户系统设计的要求。
2.3 Verilog HDL语言及QuartusⅡ软件简介
Verilog HDL语言是1983年GDA公司的Phil Moorby首创的，之后Moorby 有设计了Verilog-XL仿真器获得很大成功，也使得Verilog HDL语言得到发展和推广。Verilog HDL语言是在C语言的基础上发展而来的。从语法结构上看，Verilog HDL继承和借鉴了C语言的很多语法，两者有许多的相似之处，但Verilog HDL作为一种硬件描述语言，还是有本质的区别。即可适于可综合的电路设计，也可胜任电路和系统的仿真；能在多层次上对所设计的系统加以描述，从开关级、门级，寄存器传输级到行为级等都可以担任，而且没规模限制；灵活多变的电路描述风格，可进行行为描述，也可进行结构描述等；应用十分的广泛。QuartusⅡ软件是Atlera的CPLD/FPGA集成开发软件，具有完善的可视化设计环境，并具有标准的EDA工具接口，基于QuartusⅡ进行EDA设计开发需要以下步骤:设计输入、编译、仿真、编程与验证等。
2.4 VHDL语言的特点
VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，关于用VHDL和原理图输入进行CPLD/FPGA设计的粗略比较：在设计中，如果采用原理图输入的设计方式是比较直观的。你要设计的是什么，你就直接从库中调出来用就行了。这样比较符合人们的习惯。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他
的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL 系统设计的基本点。应用VHDL进行工程设计的优点是多方面的。
（1）与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。
（2）VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。
（3）VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。
（4）对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门级网表。
（5）VHDL对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。
2.5 VHDL的设计流程
它主要包括以下几个步骤
1.文本编辑：
用任何文本编辑器都可以进行，也可以用专用的HDL编辑环境。通常VHDL 文件保存为.vhd文件，Verilog文件保存为.v文件
2.功能仿真：
将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真，检查逻辑功能是否正确（也叫前仿真，对简单的设计可以跳过这一步，只在布线完成以后，进行时序仿真）
3.逻辑综合：
将源文件调入逻辑综合软件进行综合，即把语言综合成最简的布尔表达式。逻辑综合软件会生成.edf或.edif 的EDA工业标准文件。
4.布局布线：
将.edf文件调入PLD厂家提供的软件中进行布线，即把设计好的逻辑安放PLD/FPGA内。
5.时序仿真：
需要利用在布局布线中获得的精确参数，用仿真软件验证电路的时序。（也叫后仿真）通常以上过程可以都在PLD/FPGA厂家提供的开发工具。
6.器件编程
三、实验总体设计
3.1实验目的
通过定时器实现电子秒表，达到熟练使用定时器中断,熟练掌握单片机原理及应用并且熟悉SOPC嵌入式系统，熟悉掌握在NiosII的C语言编程，
3.2实验要求
1）在开发板上，利用中断实现电子秒表，显示6位（低位模拟到10ms，高位模拟到分钟级），第一次按键开始计时，再按同一个按键暂停计时，
再次按此键，计时继续；按另外一个按键停止计时。采用ALTERA公司
FPGA产品作为数字系统基础
2)在该FPGA中设计NIOSII软核处理器及其周边模块如PIO、定时器等。
3)使用PIO接口模块，设计一个控制键盘，该键盘有启动键，停止键，查
看键和记录键
4)在按下启动键后，秒表从0开始计数，0.01秒增加一个计数值。
5)在计数过程中，可按下5次记录键，记录5个时间点。在按下停止键
后，停止计数，并且在这个情况下，按查看键可以逐一查看刚才按下
的时间点
3.3课程设计的内容
1、采用ALTERA公司FPGA产品作为数字系统基础
2、在该FPGA中设计NIOSII软核处理器及其周边模块如PIO、定时器等。
3、使用PIO接口模块，设计一个控制键盘，该键盘有启动键，停止键，查看键
和记录键
4、在按下启动键后，秒表从0开始计数，0.01秒增加一个计数值。
5、在计数过程中，可按下5次记录键，记录5个时间点。在按下停止键后，停
止计数，并且在这个情况下，按查看键可以逐一查看刚才按下的时间点。
6、完成硬件系统设计和软件系统设计
7、按照课程设计格式要求认真完成
四、数字秒表的工作原理及设计过程
图1数字秒表总体框图
4.1 7段数码显示译码器基本原理
在数字电路中，常常需要把运算结果用十进制数显示出来，这就要用显示译码器。
现以驱动七段发光二极管的二-十进制译码器为例说明显示译码器的设计原理，如图2。
图2段数码显示译码器的原理示意图
7段显示译码器实际上是一种代码变换器，它是将4位二进制码转换成7位
代码，燃亮LED 显示器a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 七段中的对应段，显示出十进制数的字型。
图3 7段显示译码器真值表
在EDA 实验箱中验证这个项目，可用数据开关表示输入，用LED 数码管表示输出。本次的设计仿真选用以EPlC6Q240芯片为核心的FPGA 开发板，该开发板提供了较完善的外围周边电路和信号接口，并提供了一块4位7段数码管的扩展板，为本次设计提供了硬件条件。在设计中，功能控制模块根据控制选择不同的功能状态的时间输出，通过势能控制模块和显示输出模块驱动7段数码管显示相应的时间。
本系统设计由控制模块、时基分频模块，计时模块和显示模块四部分组成。各模块实现秒表不同的功能 。
CLR
SP
CLK EN
OUT PUT
SEG[7..0]
OUT PUT
OUTBCD[3..0]
OUT PUT
LED[6..0] OUT PUT
EN
OUT PUT
CO
BCD7
MULX
COUNT
CTRL
CB10 CLK CO
S_1MS[3..0] S_10MS[3..0]
CLK S_100MS[3..0] CLR S_1S[3..0] EN S_10S[3..0]
M_1MIN[3..0] M_10MIN[3..0] HOUR[3..0]
CLK CLR
EN
S_1MS[3..0]
S_10MS[3..0] OU TBCD[3..0]
S_100MS[3..0] S_1S[3..0] SEG[]7..0] S_10S[3..0]
M_1MIN[3..0] M_10MIN[3..0] HOUR[3..0]
CLR CLK EN SP BCD[3..0] LED[6..0]
4.2秒表程序构成
1、程序设计思路
利用定时器经确定时，并且利用随机存储区的有限空间，定义一个二维数组，通过按键将时间数值赋给数组（实践证明，随机存储器内最多只能存储30组时间数值），然后在秒表停止或在数组存满的情况下将所存的时间数值读出。当然，也需要通过按键来读取不同时间数值，并且使用按键来控制秒表的开始、停止与清零。
图5程序流程图
Key3按下？
停止跑表
记录此时时间
W ≤5？
Key2按下？
Key4按下？
程序初始化
定时器设置初始化
i=w=0；Key1按下？
计时，数码管显示时间
开始
读取第i 次记录的时间并显示，
i++
i ≤5？
Y
N
N N
N
N
N
Y Y Y
Y
Y
2、程序分析
主程序（main函数）
程序的初始入口，不断调用各个子程序，程序的骨架。
秒表启动存数程序（keeptime函数）
用以处理分，秒和毫秒之间的联系。
读取所存数值处理程序（showtime函数）
用以读取处理所存时间数值并加以处理。
数码管显示程序
1）秒表启动时显示程序（display函数）：确定显示数值，将显示数值
分为个位、十位、百位、千位，分别查表显示。
2）读取所存时间数值显示程序（display2函数）：调取数组值赋给该函
数，确定显示数值，将将其分为个、十、百、千位，分别查表显示。
3）所存时间数值序号显示程序（display3函数）：用以显示所存时间的
序号，以便于区分。
按键扫描程序
1）扫描按键1（scankey1函数）
用于停止秒表或所存时间数值清零。
2）扫描按键2（exter0函数）
用以触发外部中断0，触发方式为下降沿触发，尽量降低了存储时间
数值时引起的误差。
3）扫描按键3（scankey3函数）
用于所存时间数值的序号加一。
4）扫描按键3（scankey4函数）
用于所存时间数值的序号减一。
延时程序（delay函数）
用于延时z*1毫秒。
3、程序
1、秒表计数单位与对应输出信号
hour[3:0] 百分之一秒
hour[7:4] 十分之一秒
hour[11:8] 秒
Hour15:12] 十秒
Hour[19:16] 分
hour[23:20] 十分
2、计数器总程序：
`timescale 1ns / 1ps
Company:
Engineer:
Create Date: 20:10:58 04/19/2012
Design Name:
Module Name: mbiao1
Project Name:
Target Devices:
Tool versions:
Description:
Dependencies:
Revision:
Revision 0.01 - File Created
Additional Comments:
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
module mbiao1(clk_48M,dig,seg,ena,key);
input[1:0] key;
input clk_48M; //输入频率为48MHZ的时钟
output[2:0] dig; //数码管位选
output[7:0] seg; //数码管段选
output ena; //3-8译码器使能
reg[2:0] dig,count3b;
reg[7:0] seg;
reg[3:0] disp_dat; //定义显示数据寄存器
reg[18:0]count; //定义计数寄存器
reg[23:0]hour; //定义现在时刻寄存器
reg clk100; //48MHZ的时钟信号480000分频，得到100HZ的时钟信号reg key_flag; //启动/暂停的切换标志
reg [1:0]key_inner;
assign ena=0;
//按键输入缓存
always @(posedge count[16])
begin
key_inner<= key;
end
always @(negedge key_inner[0])
begin
key_flag=~key_flag;
end
//0.01秒信号产生部分，产生100HZ的时钟信号
always @ (posedge clk_48M)
if(count==239999)
begin
clk100<=~clk100;
count<=0;
end
else
count<=count+1'b1;
end
//数码管动态扫描显示部分always @(posedge count[10]) begin
count3b=count3b+1;
case(count3b)
3'd0:disp_dat=hour[3:0];
3'd1:disp_dat=hour[7:4];
3'd2:disp_dat=4'ha;
3'd3:disp_dat=hour[11:8];
3'd4:disp_dat=hour[15:12];
3'd5:disp_dat=4'ha;
3'd6:disp_dat=hour[19:16];
3'd7:disp_dat=hour[23:20];
default:disp_dat=4'bxxxx;
endcase
dig=count3b;
end
always @(disp_dat)
begin
case(disp_dat)
4'h0:seg=8'hc0;
4'h1:seg=8'hf9;
4'h2:seg=8'ha4;
4'h3:seg=8'hb0;
4'h4:seg=8'h99;
4'h5:seg=8'h92;
4'h6:seg=8'h82;
4'h7:seg=8'hf8;
4'h8:seg=8'h80;
4'h9:seg=8'h90;
4'ha:seg=8'hbf;
default:seg=8'bxxxxxxxx;
endcase
//计时处理部分
always @(posedge clk100)//计时处理
begin
if(!key_inner[1]&&key_flag==1) //判断是否复位键begin
hour = 24'h0;
end
else if(!key_flag)
begin
hour[3:0] = hour[3:0] + 1;
if(hour[3:0] == 4'ha)
begin
hour[3:0] = 4'h0;
hour[7:4] = hour[7:4] + 1;
if(hour[7:4] == 4'ha)
begin
hour[7:4] = 4'h0;
hour[11:8] = hour[11:8] + 1;
if(hour[11:8] == 4'ha)
begin
hour[11:8] = 4'h0;
hour[15:12] = hour[15:12] + 1;
if(hour[15:12] == 4'h6)
begin
hour[15:12] = 4'h0;
hour[19:16] = hour[19:16] + 1;
if(hour[19:16] == 4'ha)
begin
hour[19:16] = 4'h0;
hour[23:20] = hour[23:20] + 1;
end
if(hour[23:20] == 4'h6)
hour[23:20] = 4'h0;
end
end
end
end
end
end
endmodule
4.3系统部分功能仿真
各部分模块完成后，用QuartusⅡ对程序编译、仿真、得到的仿真波形如图5所示如下：
图6 数字秒表仿真波形
本系统采用的FPGA芯片为Altera公司的EPlC6Q240，用VHDL和Quartus
Ⅱ软件工具开发，设计输入完成后，进行整体的编译和逻辑仿真，然后进行转换、延时仿真生成配置文件，最后下载至FPGA器件，完成结果功能配置，实现其硬件功能。
五、设计过程
SOPC设计首先使用Quartus II建立一个Quartus II 的工程，创建完成工程之后，需要创建顶层实体。创建完顶层设计文件之后，使用SOPC Builder创建NIOS II 嵌入式处理器，添加、配置系统的外设IP，组成Nios II系统模块。Nios II 系统模块设计完成之后要加入到该顶层实体中，然后进行其他片上逻辑的开发。
5.1 Quartus II 工程的建立：
1.启动Quartus II软件；
2.选择File菜单 New Project Wizard，出现Introduction页面，该页面介绍所要完成的具体任务，点击next。
3. 进行项目名称的设定、工作目录的选择。指定工程存放的目录，工程名和顶层实体名，工程名和顶层实体名要求相同，工程目录可以随意设置，但必须是英文的目录，工程名和顶层实体名也要求是英文名字，我们的工程名和顶层实
体名为watch，选择Next。
4. 可以为工程添加先期已经输入的设计文件，指定用户自定义的元件库的路径，这里我们没有事先输入好的文件，也没有自定义的元件库，点击Next进入下一步。
5. 用户指定目标器件，根据开发板的所使用的器件来选择，实际开发中，通过查看核心板的参考手册来获取所使用的器件具体型号，可以使用窗口右边的Filters来加快器件的选择，选择完毕点击Next。
6. 指定在Quartus II 之外的用于，设计输入、综合、仿真、时序分析的第三方EDA工具，Quartus II对第三方工具的支持比较完善。这里我们不做选择，直接点击Next。
所见新工程的信息，确认所创建工程的主要信息，点击Finish完成工程的建立，在开发的过程中，还可以通过菜单assignment Settings来对这些配置进行修改。点击Finish按钮，Quartus II自动会打开这个工程，可以看到顶层实体名出现在工程导航窗口中。
7. 新建的工程窗口中，选择File New；在Device Design File页中，选择Block Diagram／Schematic File，即原理图文件，也可以选择硬件描述语言的文件形式。单击OK。出现一个模块编辑窗口；选择File Save As，出现Save As对话框，显示的目录为之前设置的工程目录，文件名为之前设置的顶层实体名（由于这是工程的第一个文件，系统会默认为顶层设计实体的名字）。确定Add to Current Project选项被选中，点击save。
5.2创建NIOS II 系统模块
（1）创建系统：启动SOPC Builder，选择Tools SOPC Builder，出现如图所示的Create New System对话框。键入系统的名字，选择硬件描述语言Verilog或者是VHDL。
（2）设置系统主频和指定目标FPGA：在Board部分选择Unspecified，然后在Device Family选择Cyclone II。用户需要设置系统的时钟频率，该频率用于计算硬件和软件开发中的定时，比如时钟分频或波特率，还可以选择是否选用流水线。
（3）加入Nios II CPU和 IP模块：首先加入Nios II软核，Nios II 是软核CPU，共有三种类型的CPU可供选择：Nios II/e(经济型)、Nios II/s（标准型）和Nios II/f（快速型）。用户可以根据实际的情况进行选择。Nios II 是一个用户可以自行进行定制的CPU，用户可以增加新的外设、新的指令等。
添加CPU软核
添加内存__SDRAM
添加LCD模块添加100ms的定时器
完整的SOPC的硬件系统
六、结论
本系统设计用了现在EDA设计手段，基于FPGA采用VHDL语言编程实现数字秒表的设计。运用层次化设计方法，完成各电路模块的连接。本数字秒表可用于体育比赛，计时精度大于1／100S，计时器能显示1／100S的时间，计时器的最长计时时间为1小时，显示的最长时问为59分59．99秒。系统具有简单、工作稳定可
靠等优点．具有一定的实际意义。
现在做一个相对自己水平来说功能较强的设计，这使我在实践中对嵌入式系统的理解又加深了不少，而且，在这个课程设计中，让我真真切切感受到收获的喜悦。在做的过程中，我遇到了很多问题，通过自己的努力，比如上网查资料，去图书馆借书，或者请教高年级的同学，都把他们一一解决了，成功后的喜悦给了我莫大学嵌入式系统的信心和动力。嵌入式系统对于我们专业的学生来说是一门很重要的学科，尽管我们在课堂上学到的内容有限，但在以后还要好好的学习SOPC。在设计程序时,不能妄想一次就将整个程序设计好,“反复修改,不断改进”是程序设计的必经之路并且要养成注释程序的好习惯,一个程序的完美与否不仅仅是实现功能,而应该让人一看就能明白你的思路,这样也为资料的保存和交流提供了方便。还要在设计程序过程中遇到问题是很正常的,但我们应该将每次遇到的问题记录下来,并分析清楚,以免下次再碰到同样的问题。
开始做设计时总是会犯一些错误，只有经过不停的改错不停的编译得到正确的程序说明了作为软件编程人员是不能粗心大意的，一个程序的质量的高低与你细心与否有着一定的联系。在编程时，我充分使用了结构化的思想，这样程序检查起来也比较方便，调试时也给了我很大方便，只要一个模块一个模块的进行调就可以了，充分体现了结构化编程的优势。在设计中要求我要有耐心和毅力，还要细心，稍有不慎，一个小小的错误就会导致结果的不正确，而对错误的检查要求我要有足够的耐心，通过这次设计和设计中遇到的问题，也积累了一定的经验，对以后从事集成电路设计工作会有一定的帮助。
在应用VHDL的过程中让我真正领会到了其并行运行与其他软件顺序执行的差别及其在电路设计上的优越性。用VHDL硬件描述语言的形式来进行数字系统的设计方便灵活，利用EDA软件进行编译优化仿真极大地减少了电路设计时间和可能发生的错误，降低了开发成本，这种设计方法在数字系统设计中发挥越来越重要的作用。
七、参考文献
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[10]侯建军.郭勇.sopc技术基础教程[M]. 清华大学出版社
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西安航空职业技术学院 电子技术实践课程设计报告 课设题目：数字电子秒表 所属系部：电子工程系 指导老师： 作者： 专业：电子信息工程技术 西安航空职业技术学院制 西安航空职业技术学院 课程设计任务书 题目：数字电子秒表 任务与要求： 1、设计数字电子秒表原理图。 2、用6个数码管显示分、秒、毫秒。 3、计时误差不得超过1s;具有清零、启动计时、暂停计时及继续 计时等控制功能。 4、画出总体电路图。 5、安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。 焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、 虚焊的现象。 6、调试电路。 时间：2010年11月29 日至 2010年12 月10 日共2周
所属系部：电子工程系 指导单位或教研室：电子信息教研室 西安航空职业技术学院制 摘要： 采用现代数字电路设计方法和EDA技术，即自顶向下的设计方法，应用protues开发平台进行设计并仿真验证和硬件测试。从总体设计框图开始，将设计任务逐步分解，直到可以用标准的集成电路部件实现，然后将各部件联结成系统，通过protues集成开发平台进行设计的分析综合和时序仿真验证。最后，在分析时序仿真结果的基础上，对设计进行进一步的修改和完善，已达到对设计电路正确运行且学会运用protues电路设计与仿真的目的。 关键词： 555定时器；LED；暂停计时 Abstract： Adopt modern digital circuit design method and EDA technique, namely the top-down design methods, application protues development platform design and simulation validation and hardware test. From the beginning, overall design diagram design task decomposed step by step, until can use standard of integrated circuit components, and then will realize connecting components into system, through protues integrated development platform design of comprehensive analysis and time-series simulation prove. Finally, by analyzing the timing simulation results, on the basis of design for further revised and perfected, reached the correct operation of circuit design and learn to use protues circuit design and simulation of purpose. Key words: 555 timing, Leds, Suspended timing 目录 1 设计方案的选择 (1) 2 总体框架设计 (2) 3 分步电路设计 (3) 3.1控制电路的设计 (3) (3) (3) 3.2数码管显示电路 (4)
电子科技大学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 数字逻辑设计 实验报告 实验题目：电子秒表 学生姓名： 指导老师：
一、实验内容 利用FPGA设计一个电子秒表，计时范围00.00 ~ 99.00秒，最多连续记录3个成绩，由两键控制。 二、实验要求 1、实现计时功能： 域值范围为00.00 ~ 99.00秒，分辨率0.01秒，在数码管上显示。 2、两键控制与三次记录： 1键实现“开始”、“记录”等功能，2键实现“显示”、“重置”等功能。 系统上电复位后，按下1键“开始”后，开始计时，记录的时间一直显示在数码管上；按下1键“记录第一次”，次按1键“记录第二次”，再按1键“记录第三次”，分别记录三次时间。 其后按下2键“显示第一次”，次按2键“显示第二次”，再按2键“显示第三次”，数码管上分别显示此前三次记录的时间；显示完成后，按2键“重置”，所有数据清零，此时再按1键“开始”重复上述计时功能。 三、设计思路 1、整体设计思路 先对按键进行去抖操作，以正确的得到按键信息。 同时将按键信息对应到状态机中，状态机中的状态有：理想状态、开始状态、3次记录、3次显示、以及其之间的7次等待状态。 因为需要用数码管显示，故显示的过程中需要对数码管进行片选和段选，因此要用到4输入的多路选择器。 在去抖、计时、显示的过程中，都需要用到分频，从而得到理想频率的时钟信号。 2、分频设计 该实验中有3个地方需要用到分频操作，即去抖分频（需得到200HZ时钟）、计时分频（需得到100HZ时钟）和显示分频（需得到25kHZ时钟）。 分频的具体实现很简单，需首先算出系统时钟（50MHZ）和所需始终的频率比T，并定义一个计数变量count，当系统时钟的上升沿每来到一次，count就加1，当count=T时就将其置回1。这样只要令count=1~T/2时clk=‘0’，count=T/2+1~T时clk=‘1’即可。 3、去抖设计 由于用按键为机械弹性开关，故当机械触点断开、闭合时，按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会马上断开，而是在闭合及断开的瞬
《电子设计自动化》 课程设计报告 学校： 专业： 班级： 姓名： 指导教师： 二00九年12 月16 日
目录 1.课程名称 (2) 2.设计任务和要求 (2) 2.1设计任务 (2) 2.2设计要求 (2) 3.方法选择与论证 (2) 3.1方案选择 (2) 3.2方案论证 (2) 4.方案的原理图 (3) 4.1方案原理图 (4) 4.2总体电路图，布线图以及说明 (5) 4.3单元电路设计及说明 (5) 5.电路调试 (8) 6.收获体会、存在问题和进一步的改进意见 (9)
简易数字秒表 1.课程名称：《简易数字秒表》 2.设计任务和要求 2.1设计任务： 数字式秒表实现简单的计时与显示，按下启动键开始清零计时，按下停止键，计时停止。具有“ 分”（00—59）“秒”( 00—59）数字显示，分辨率为1 秒。计时范围从 00分 00 秒到 59 分 59 秒。 2.2设计要求： 阅读相关科技文献，上网搜索相关资料，设计多种方案设计，予以论证，最终选择最佳方案。 1、将提供的1024hz的方波源转换成1hz 的方波源。 2、秒表的范围为0-59分59秒。 3、最后用数码管显示。 3. 方法选择与论证 3.1.方案选择 在设计之初，我们有两个方案，都实现了59分59秒的结果，不过经过小组成员的讨论，一致选定采用方案二，该方案是在Proteus软件环境下实现的秒表计时功能，就制作上较方案一还是很不错的。 3.2. 方案论证 我们主要采用74LS90芯片和555计时器，74LS90 是二 -- 五十进制计数器，根据进制转换，很好的实现了六进制的功能，参考了各相关书籍及网上的一些资料，我们做好了现在的电路图，经过仿真，我们达到了预期的结果。
重庆机电职业技术学院课程设计说明书 设计名称：单片机原理设计 题目：数字电子秒表 学生姓名： X X 专业：电气自动化 班级： 1 班 学号： XXXXXXXXXXXXXXX 指导教师： X X X 日期： 2010 年 6 月 16 日
重庆机电职业技术学院 课程设计任务书 电气自动化专业2008 年级 1 班XX 一、设计题目 数字电子秒表设计 二、主要内容 利用独立式按键AN1(P0.0)启动定时器T0计时，AN2（P0.1）停止用于停止定 时器T0计时，使用2个八段数码管输出记时值，秒钟的计时时间范围在0~99秒内。 三、具体要求 3.1、实验电路连线 ①本实验中要把跳线JP1（板子右上角，LED灯正上方）跳到DIG上，J23（在黄色继电器右上方）接到右端；把跳线J9（紧贴51插座右方，蜂鸣器下方，RST复位键上方）跳到右端；把跳线J6跳到AN端，AN1（P0.0）~ AN4（P0.4），（J6在51插座右下方，4×4键盘左上方）。 3.2、实验说明 ①本实验中要将记时结果送2个数码管中显示，这可通过调用编写的显示子程序来实现，实现过程是：先将记时值一位一位的拆开，分别送到显示缓冲区（片内数据存储30H~35H设定为显示缓冲区用于存放段码数据, 其中32H~35H里面均存放0的段码0DFH）中去，然后调用显示子程序。②与定时器有关的寄存器有工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。TMOD用于设置定时器／计数器的工作方式0-3，并确定用于定时还是用于计数。TCON主要功能是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时器的运行或停止等。本实验中用定时器T0产生1秒钟基本时间单位，本系统fosc=11.0592MHz，当定时器T0工作在方式1（16位）时，最大定时时间为：216* 0.9216μs= 60397.9776μs；再利用软件记数,当T0中断17次时，所用时间为60397.9776*17=1026765.6192μs≈1s因此在T0中断处理程序中，要判断中断次数是否到17次，若不到17次，则只使中断次数加1，然后返回，若到了17次，则使电 子秒表记时值加1（十进制），请参考硬件实验四有关内容。③使用独立式按键 AN1(P0.0)~ AN2(P0.1)时要注意采用软件消抖动的方法，一般采用软件延时（10ms）的方法，即通过P0.0和P0.1的输入值的变化控制秒表的启动和停止。 3.3
南通大学 《电子技术》课程设计报告 题目数字式秒表 学院（部计算机科学与技术学院 专业计算机科学与技术 学生姓名王骏 6 月2 7 日至7 月1 日共1 周 指导教师（签字）
一．内容摘要 本设计所实现的数字式秒表是电子设计技术中最基本的设计实验之一。该数字计数 系统的逻辑结构较简单，是由控制电路，复位电路，0.01秒脉冲发生器，译码显示 电路构成的。 其中控制电路是由基本R-S触发器以及电阻，开关组成的电路部分。 复位电路是由直流电源，电阻以及开关组成的电路部分。 多谐振荡器是由555定时器以及其外围电路组成的电路部分，它和分频器一起用来 产生0.01秒的脉冲。 二．技术要求 1.秒表最大计时值为99分59.99秒； 2. 6位数码管显示，分辨率为0.01秒； 3 .具有清零，启动计时，暂停及继续计数等控制功能； 4.控制操作间不超过二个。 三．方案论证与选择 1. 数字式秒表，就需要显示数字。根据设计要求，要用数码管来做显示器。题目要 求最大记数值为99分59.99秒，则需要一个8段数码管作为秒位（有小数点）和五个7段数码管作为分秒位。要求计数分辨率为0.0 1秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。 选择信号发生器时，有两种方案：一种是用晶体振荡器，另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。石英晶振荡器精度很高，一般都需要多级分频。 秒表核心部分——计数器，此次选择74LS160计数器。它具有同步置数和异步清零功能。主要是利用它可以十分频的功能。 计数脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器，产生100赫兹脉冲。如果精度要求高，也可采用石英振荡器。 在选择译码器的时候，有多种选择，如74LS47，74LS48等4-7线译码器。如果选择7447，则用来驱动共阳极数码管；如果选择7448，则用来驱动共阴极数码管。在选择数码显示管时，可以利用六个数码管；也可以借鉴简易数字频率计中的四位数码 管来显示后四位，再用两个数码管显示分钟的两位。本次设计中选择前一种方法。（一）控制电路
电子科技大学《数字秒表课程设计》 姓名: xxx 学号： 学院： 指导老师：xx
摘要 EDA技术作为电子工程领域的一门新技术，极大的提高了电子系统设计的效率和可靠性。文中介绍了一种基于FPGA在ISE10.1软件下利用VHDL语言结合硬件电路来实现数字秒表的功能的设计方法。采用VHDL硬件描述语言，运用ModelSim等EDA仿真工具。该设计具有外围电路少、集成度高、可靠性强等优点。通过数码管驱动电路动态显示计时结果。给出部分模块的VHDL源程序和仿真结果,仿真结果表明该设计方案的正确,展示了VHDL语言的强大功能和优秀特性。 关键词：FPGA, VHDL, EDA, 数字秒表
目录 第一章引言 (4) 第二章设计背景 (5) 2.1 方案设计 (5) 2.2 系统总体框图 (5) 2.3 -FPGA实验板 (5) 2.4 系统功能要求 (6) 2.5 开发软件 (6) 2.5.1 ISE10.1简介 (6) 2.5.2 ModelSim简介 (6) 2.6 VHDL语言简介 (7) 第三章模块设计 (8) 3.1 分频器 (8) 3.2 计数器 (8) 3.3 数据锁存器 (9) 3.4 控制器 (9) 3.5 扫描控制电路 (10) 3.6 按键消抖电路 (11) 第四章总体设计 (12) 第五章结论 (13) 附录 (14)
第一章引言 数字集成电路作为当今信息时代的基石，不仅在信息处理、工业控制等生产领域得到普及应用，并且在人们的日常生活中也是随处可见，极大的改变了人们的生活方式。面对如此巨大的市场，要求数字集成电路的设计周期尽可能短、实验成本尽可能低，最好能在实验室直接验证设计的准确性和可行性，因而出现了现场可编程逻辑门阵列FPGA。对于芯片设计而言，FPGA的易用性不仅使得设计更加简单、快捷，并且节省了反复流片验证的巨额成本。对于某些小批量应用的场合，甚至可以直接利用FPGA实现，无需再去订制专门的数字芯片。文中着重介绍了一种基于FPGA利用VHDL硬件描述语言的数字秒表设计方法，在设计过程中使用基于VHDL的EDA工具ModelSim对各个模块仿真验证，并给出了完整的源程序和仿真结果。
##大学 ##学院 数字电子技术课程设计 课程名称：数字电子技术基础 题目名称：数字电子秒表设计 学生系别：信息工程系 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： ..年..月..日
目录 一、设计要求 (3) 二、题目分析 (3) 三、总体方案 (3) 四、具体实现 (4) 1、总体方框图 (4) 2、原理图 (4) 如下图所示： (4) 五、各部分定性说明及定量计算 (5) 1、脉冲发生器（由555构成的多谐振荡器） (5) 2、计数器（74LS90） (7) 3、七段发光二极管（LED）数码管 (8) 4、BCD码七段译码驱动器——CC4511 (9) 六、实验仿真 (11) 七、元器件清单 (11) 八、设计心得体会 (12) 九、参考文献 (12)
数字秒表的设计与仿真 一、设计要求 设计并仿真一个数显电子秒表，要求： （1）能直接显示“分”、“秒”的电子秒表； （2）要求最大能显示9ˊ59〞； （3）能通过按键启动计时，并能通过按键停止计时，并保留显示计时时间； （4）能通过按键复位。 主要器件： 74LS00、555、74LS90、CC4511 二、题目分析 数字秒表是是一种常用的秒计时装置，它能实现手控记秒、停摆、清零功能，它的设计原理就是利用数字逻辑中的知识。 通过对该数字秒表的设计要求的分析，设计的此数字秒表主要由分频器、译码器、十进制计数器、六十进制计数器、控制电路组成。在整体秒表中最关键的如何获得一个精确的100HZ计时脉冲。除此之外，数字秒表还需要有清零控制端以及启动控制端，保持，以便数字时钟能随意、停止及启动。分频器用来产生100HZ计时脉冲；十进制计数器：对分进行计数；六十进制计数器是用来对秒进行计时，显示译码器是完成对7段数码管显示的控制。 按计数要求，须用数码管来做显示器，题目要求最大能显示9ˊ59〞，需要三个数码管，超过最大显示的数字要重新从0开始计数。 复位开关用来使计时器清零，并做好清零准备，复位开关可以在任意情况下使用，即使在计数过程中，只要按一下复位开关，计时进程终止，并对计时器清零。 三、总体方案 数字秒表，必须有一个数字显示。按设计要求，须用数码管来做显示器，题目要求最大能显示9ˊ59〞，则需要三个数码管。计数分辨率为1s，需要相应的信号发生器，选择信号发生器有两种方案： Ⅰ用晶体振荡器； Ⅱ用集成电路555计时器与电阻电容组成的多谐振荡器。 两者都可以产生振荡频率，我们选用方案Ⅱ，因为其核心部分是使用三个74LS90计数器采用串联方式构成，并且这种连接方式简单，使用元器件数量少。
《电子技术》课程设计 题目：数字秒表设计 专业：电气工程系 班级：本电气自动化126 姓名：黎梓浩学号： 11 指导老师：钟立华 小组成员：曾志辉麦照文黎梓浩成绩：
目录 摘要，关键词，引言3一．设计目的3二．设计总体框图4三．设计原理及说明4四．单元电路设计5五．器件选择9六．设计电路图9七．安装与调试9八．设计心得与体会10 九．参考文献11
十．附录（实物图、原理图）12摘要：本文的数字秒表设计是利用数字电路，实现时、分、秒计时功能的装置。具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的应用。 关键词：计时精确计数器显示器 74LS160 引言：在科技高度发展的今天，集成电路和计算机应用得到了高速发展。尤其是计算机应用的发展。它在人们日常生活中已逐渐崭露头角，大多数电子产品多是有计算机电路组成，如：手机、mp3等。而且将来的不久他们的身影将会频繁的出现在我们身边。各种家用电器多会实现微电脑技术。电脑各部分在工作时多是一时间为基准的。本文就是基于计算机电路的时钟脉冲信号、状态控制等原理设计出的数字秒表。秒表在很多领域充当一个重要角色。在各种比赛中对秒表的精确度要求很高，尤其是一些科学实验，他们对时间精确度达到了几纳秒级别。 一．设计目的 1.了解数字秒表的主体电路的组成及工作原理； 2.熟悉集成电路及有关电子原件的使用； 3.学习和掌握数字电路中的时钟发生器及计数、译码显示等单元电
路的综合应用； 4.掌握电子电路一般设计方法和设计流程； 5.掌握protel等绘图软件的使用。 二．设计总体框图 三．设计原理及说明 数字秒表具有操作方便、使用简单、计数精准等使用优点，在日常生活中的到了广泛认可和使用。 数字秒表的设计属于中规模集成芯片设计。本设计中CP脉冲采
单片机课程设计 题目：简易秒表 系部：机电工程系 专业：机电一体化 班级： 0 9 4 班 姓名：张三 学号：2009044056 指导教师：杨富强
目录 一摘要 (1) 二绪论 (2) 2.1单片机的发展 (2) 2.2 MCS-51系列单片机介绍 (4) 三设计任务及要求 (5) 四工作原理 (5) 4.1 七段数码管概述 (5) 4.2 MCS--51的引脚及相关功能 (7) 五简易秒表电路图 (8) 六流程图 (9) 七源程序 (10) 八系统硬件设计 (11) 九总结 (12) 十课程设计心得 (13) 参考文献 (14)
一摘要 单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善:单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力加强,系统也更加稳定，使得它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。此外单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制的需要。 本文的主要内容是掌握各种单片机的结构、接口、片上外设的特点，并利用自行制作的单片机最小系统，完成一个简单应用（简易秒表）的设计与软件及硬件设计制作，让读者掌握数字单片机最小系统的设计及单片机系统的应用方法。
二绪论 当前社会信息化建设在各地蓬勃发展，作为信息发布的终端显示设备，LE D显示屏己经广泛应用于工作和生活的各个方面，主要用于显示文字、图像、动画等。L E D显示屏的应用涉及社会的许多领域，主要包括：金融证券、体育场馆、道路交通、邮政电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。L ED 是发光二极管的简称(L ig ht Em it ti ng D io de)。由于它具有亮度高、响应速度快、低电压、功耗小、耐震动、寿命长等优点，使其成为室内外信息显示终端的主要发光器件。LE D显示屏是20世纪90年代出现的新型平板显示器件，由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。LE D显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LE D显示屏提升到了一个新的台阶。LE D显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LE D大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LE D生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。 2.1单片机的发展 单片机也被称为微控制器（M ic ro co nt r ol le r），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CP U的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CP U集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。IN TE L的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的
数字电子秒表设计总结报告 一． 工作原理 本数字电子秒表设计由启动、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Q D---Q A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Q D---Q A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Q D---Q A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。
课程设计报告书 题目：数字秒表 系别：电子与信息工程分院 专业：电子信息与工程 作者：学号： 指导老师： 20 年月
目录 一、设计任务 (2) 二、设计框原理及整机概述 (2) 三、各单元电路的设计方案及原理说明 (2) 四、各单元电路的集成电路及使用说明 (3) 五、设计、安装及调试中的体会 (6) 六、对本次课程设计的意见及建议 (7) 附录 (8) 1
数字秒表 一、设计任务书 1．两个按钮，用1、2表示，在数字秒表计数时，开始，暂停和清零做用。 2．数码管显示计时时间。 3．微调电位器对秒表进行调试。 二、设计框图及整机概述 本电路是RS触发器，单稳态触发器，时针发生器及计时器，译码显示单元电路共同组合的应用。U1A，U1B构成基本RS触发器，其作用是启动和停止秒表工作，按动K2，U1A-3为高电平，U1B-6为低电平，计数停止。按动K1，计数清零并开始计数。 三、各单元电路的设计方案及原理说明 １、基本ＲＳ触发器 单元I为用集成与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。它的一路输出Q作为单稳太触发器的输入，另一跟路输出Q作为与非门5的输入控制信号。按动按钮开关K2（接地），则门1输 出=1；门2输出Q=0，K2复位后Q 、状态保持不变。再按动按钮开关K1； 则Q由0变为1，门5 开启，为计数器启动作为准备。由1变0，启动单稳态 触发器工作。基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。２、单稳态触发器 图单元II为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图17-2为各点波形图。 单稳态触发器的输入触发脉冲信号V1由基本RS 触发器端提供，输出负 脉冲V0通过非门加到计数器的清除端R。静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻ROFF。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的RP和CP。 单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。 3、时钟发生器 图中单元III为用555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。 调节电位器RW，使在输出端3获得频率为100HZ的矩形波信号，当基本RS 触发器Q=1时，门5开启，此时50HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器①的计数输入端CP2。 ４、计数及译码显示 十进制加法计数器74LS160构成电子秒表的计数单元，如图中单元IV所示。 2
电子秒表 摘要 电子秒表是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，无机械装置，具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。它从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。本次实验所做电子式秒表由信号发生系统和计时系统构成,并具有清零,暂停功能。由于需要比较稳定的信号，所以信号发生系统555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器构成，信号频率为100HZ。计时系统由计数器、译码器、显示器组成。计数器由74 LS160构成，由十进制计数器组成了一百进制和六十进制计数器，采用异步进位方式。译码器由74LS48构成，显示器由数码管构成。清零,暂停功能由RS触发器构成防抖动开关。具体过程为：由晶体震荡器产生100HZ脉冲信号先进入计数器，然后传入译码器，将4位信号转化为数码管可显示的7位信号，结果以“分”、“秒”、“10毫秒”依次在数码管显示出来。该秒表最大计时值为59分59.99秒，“10毫秒”为一百进制计数器组成，“分”和“秒”为六十进制计数器组成。 关键词：计时精度计数器显示器 Abstract Electronic stopwatch is the realization of a digital circuit technology,.It can realize the hour, minute, second timer.It does not have mechanical means and has a longer life, so it has been widely used. The principle is a typical digital circuit, which includes a combination logic circuit and a timing circuit. The experiments can be done by electronic stopwatch constituted by the signal system and timing system, and has cleared pause function. Due to the need of a more stable signal, the signal generating system is constituted by the 555 Timer with the resistors and capacitors, and the signal frequency is 100Hz. Timing system contains the counter, decoder, display. Counter 74 LS160 constituted by the decimal counter the decimal and sexagesimal counter, which uses asynchronous binary. The decoder from 74LS48 constitute display digital tube constitute Cleared, the pause function by the RS flip-flop. Its specific process: the 100Hz pulse signal generated by the crystal oscillator and first into the counter, and then the incoming decoder, a 4-bit signal is converted to 7-bit signal of the digital control can be displayed, the result by "minute", "second", "10 milliseconds" turn on the digital display. The stopwatch timing is 59 minutes, 59.99 seconds, 10 milliseconds is the 150 binary counter, "minute" and "second" is the six decimal counter. Keyword:Timing accuracy counter display
西安郵電學院 控制系统课程设计报告书 系部名称：信息与控制系 学生姓名：XXX 专业名称：测控技术与仪器 班级：测控XXXX 2010年9月13日至 时间： 2010 年9月26日
电子秒表的设计 一、设计要求 设计一个电子秒表，与通用秒表功能类似，有启动，暂停、复位等键。计时长长度为300秒，需显示百分秒。 二、 设计方案分析 1.方案设计 数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。 本系统采用C51系列单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数的原理，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及一些按键电路等来设计计时器，将软、硬件有机地结合起来。其中软件系统采用汇编语言编写程序，硬件系统利用PROTEUS 强大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。 本设计利用STC89C52单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，使其能精确计时。利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。根据要求知道秒表设计主要实现的功能是计时和显示。因此设置了两个按键和LCD 显示时间，两个按键分别是开始、停止和复位按键。利用这两个建来实现秒表的全部功能，而LCD 则能显示最多4.59.99秒的计时。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确性和布局合理的前提下力求美观。硬件电路图按照图1.1进行设计。 图1.1 数字秒表硬件电路基本原理图 本设计中，数码管显示的数据存放在内存单元31H －33H 中。其中31H 存放分钟变量，32H 存放秒钟变量，33H 存放10ms 计数值，即存放毫秒位数据，每一地址单元内均为十进制BCD 码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD 码数据的对应段码存放在ROM 表中。显示时，先取出31H －33H 某一地址中的数据，然后查得对应的显示位，并从P1口输出，就能显示该地址单元的数据值。 计时通过1INT 中断完成，定时溢出中断周期为1ms ，当一处中断后向CPU
摘要 本设计的数字电子秒表系统采用AT89S52单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及外部中断电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现LED显示，显示时间为0～99秒，计时精度为1秒，能正确地进行计时。其中软件系统采用C语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，外部中断服务程序，延时程序等，并在WAVE中调试运行，硬件系统利用PROTEUS强大的功能来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。 关键词:电子秒表；AT89S52单片机；C语言
目录 摘要.............................................................. I 1 系统原理介绍. (1) 1.1设计任务及功能要求说明 (1) 1.2数字式秒表的方案介绍及工作原理说明 (1) 2数字式秒表硬件系统的设计 (3) 2.1数字式秒表硬件系统各模块功能简要介绍 (3) 2.1.1 AT89S52简介 (3) 2.1.2时钟电路 (3) 2.1.3键盘电路 (4) 2.1.4复位电路 (4) 2.2 数字式秒表的硬件系统设计图 (5) 3 数字式秒表软件系统的设计 (6) 3.1 数字式秒表使用单片机资源情况 (6) 3.2 主程序流程图 (6) 3.3中断服务程序流程图 (7) 3.4显示程序流程图 (8) 3.5软件系统程序清单 (8) 按照流程图应用软件keil汇编语言编程实现秒表功能。程序见附录3。. 8 4 系统调试与仿真 (9) 4.1 数字式秒表的设计结论及使用说明 (9) 4.2 调试软件介绍 (9) 4.3 程序仿真与结果 (9) 4.4 误差分析及解决方法 (10) 总结 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13) 附录1:系统原理图 (14) 附录2:程序清单 (15)
《数电设计》课程设计报告 题目数字式秒表 学院（部）理学院 专业电子信息科学与技术 学生姓名孟涛涛 学号2 前言 如今，信息正是一个高度发展的产业，而数字技术是信息的基础，数字技术是目前发展最快的技术领域之一，数字技术在数字集成电路集成度越来越高的情况下，开发数字系统的使用方法和用来实现这些方法的工具已经发生了变化，但大规模集成电路中的基本模块结构仍然需要基本单元电源电路的有关概念，因此用基本逻辑电路来组成大规模或中规模地方法仍然需要我们掌握。 二进制数及二进制代码是数字系统中信息的主要表示形式，与，或，非三种基本逻辑运算是逻辑代数的基础，相应的逻辑门成为数字
电路中最基本的元件。数字电路的输入，输出信号为离散数字信号，电路中电子元器件工作在开关状态。除此之外，由与，或，非门构成的组合逻辑功能器件编码器，译码器，数字分配器，数字选择器，加法器，比较器以及触发器是常用的器件。 与模拟技术相比，数字技术具有很多优点，这也是数字技术取代模拟技术被广泛使用的原因。 此次课设更是加深了我们对数字技术的理解和认识。 目录 一．前言 二．内容摘要 三．关键字 四．技术要求 五．方案论证与选择 1.方案论证 2.总框图 （一）控制电路 （二）0.01秒脉冲发生器 （三）复位电路 （四）译码显示电路 1.计数器74LS160 2.译码器7447 3.七段数码管（LED）
六．电路图及电路工作原理 元件清单 七．课设存在的问题及解决 八．心得体会 九．参考文献 二．内容摘要 本设计所实现的数字式秒表是电子设计技术中最基本的设计 实验之一。该数字计数系统的逻辑结构较简单，是由控制电 路，复位电路，0.01秒脉冲发生器，译码显示电路构成的。 其中控制电路是由基本R-S触发器以及电阻，开关组成的电 路部分。 复位电路是由直流电源，电阻以及开关组成的电路部分。 多谐振荡器是由555定时器以及其外围电路组成的电路部分， 它和分频器一起用来产生0.01秒的脉冲。 三. 关键字 计数器，译码器，显示器，555定时器构成的多谐振荡器，基 本R-S触发器 四．技术要求 1.秒表最大计时值为99分59.99秒； 2. 6位数码管显示，分辨率为0.01秒； 3 .具有清零，启动计时，暂停及继续计数等控制功能； 4.控制操作间不超过二个。
2012 ~2013学年第 2 学期 《数字电子技术》 课程设计报告 题目：数字式秒表 专业：通信工程 班级：11级通信二班 姓名：涛、、文凯、芳琪 王然、程洋洋、王国文、灿指导教师：王银花 电气工程学院 2013年6月04日
1、任务书
摘要 关键词译码显示电路；R-S触发器；555定时器分频器 在科技高度发展的今天，数字秒表在日常生活中是比较常见的电子产品，以其走时精确，使用方便，功用多而受广大用户所喜。 本设计所实现的数字式秒表是电子设计技术中最基本的设计实验之一。该数字计数系统的逻辑结构较简单，是由控制电路，复位电路，0.01秒脉冲发生器，译码显示电路构成的。其中控制电路是由基本R-S触发器以及电阻，开关组成的电路部分；复位电路是由机械开关，电阻，以及电源组成的电路部分；多谐振荡器是由555定时器以及其外围电路组成的电路分，它和分频器一起用来产生0.01秒的脉冲；译码显示电路由7448集成元件构成的电路部分；七段数码管电路由共阴极七段LED显示器，电阻和接地端组成的电路部分。 通过对各部分结构的了解，本实验从而设计出最大是为59.99秒的数字式秒表。通过对实验了解到计数秒表的设计存在一些问题，但是这也充分说明了数字秒表还存在很大的提升空间，对计数精度可以进一步提高。在设计实验中为了保证实验过程少走弯路，学会仿真是必要的，对本实验我们采用multism软件仿真，以便提高实验的正确性与可行性。 在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端，我受益匪浅。同时，让我明白：电子设计容不得纸上谈兵，只有自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获。
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 目录 1 引言 (1) 1.1 课程设计的目的 (1) 1.2 课程设计的内容 (1) 2 EDA、VHDL简介 (1) 2.1 EDA技术 (1) 2.2 硬件描述语言——VHDL (2) 3设计过程 (4) 3.1 设计规划 (4) 3.2 各模块的原理及其程序 (4) 3.2.1控制模块 (5) 3.2.2时基分频模块 (5) 3.2.3计时模块 (6) 3.2.4显示模块 (7) 4系统仿真 (9) 结束语 (13) 致谢 (14) 参考文献 (15) 附录 (16)
1 引言 在科技高度发展的今天，集成电路和计算机应用得到了高速发展。尤其是计算机应用的发展。它在人们日常生活已逐渐崭露头角。大多数电子产品多是由计算机电路组成，如：手机、mp3等。而且将来的不久他们的身影将会更频繁的出现在我们身边。各种家用电器多会实现微电脑技术。电脑各部分在工作时多是一时间为基准的。本文就是基于计算机电路的时钟脉冲信号、状态控制等原理设计出的数字秒表。秒表在很多领域充当一个重要的角色。在各种比赛中对秒表的精确度要求很高，尤其是一些科学实验。他们对时间精确度达到了几纳秒级别。 1.1 课程设计的目的 本次设计的目的就是在掌握EDA实验开发系统的初步使用基础上，了解EDA技术，对计算机系统中时钟控制系统进一步了解，掌握状态机工作原理，同时了解计算机时钟脉冲是怎么产生和工作的。在掌握所学的计算机组成与结构课程理论知识时。通过对数字秒表的设计，进行理论与实际的结合，提高与计算机有关设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的能力。通过课程设计深入理解计算机结构与控制实现的技术，达到课程设计的目标。 1.2 课程设计的内容 利用VHDL语言设计基于计算机电路中时钟脉冲原理的数字秒表。该数字秒表能对0秒～59分59.99秒范围进行计时，显示最长时间是59分59秒。计时精度达到10ms。设计了复位开关和启停开关。复位开关可以在任何情况下使用，使用以后计时器清零，并做好下一次计时的准备。 2 EDA、VHDL简介 2.1 EDA技术 EDA是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新成果而开发出的电子CAD通用软件包，它根据硬件描述语言HDL完成的设计文件，自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局布线及仿真，直至完成对于特定目