多功能计时器2.docVIP

多功能计时器 摘要多功能计时器在时钟的基础上又添加了计时的功能。 该计时器主要用于比赛计时100m、1000 m等比赛中计时非常关键。目前，中小学体育比赛中，计时的方法仍然是传统而占老的方法，即几个计时员各持1块秒表分别给运动员计时。这种计时方法，很显然会因为人为因素产生较大的误差：首先运动员起跑刹那，每位计时员“同时’’启动秒表的时刻就存在差别；其次，运动员跑到终点时，计时员停止计时的时，此刻也会产生时间差。多功能计时器可以克服以上问题。它可以同时对79人计时，最大计时为79 min59 s99，分辨率为0。00]s。记时在同一刻启动，停止时由通过终点的运动员在遮挡检测信号的瞬间产生的脉冲来执行，避免了人工手动停止记时引起的误差。每位运动员的计时结果被存储起来，供随时调用。数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用，包括计算机、数字通信、智能仪器仪表、自动控制及航天等领域中。这些给人们带来了生活，工作等方面带来了极大的方便。数字电路的发展，使得对于我们来说是很有必要学好。数字电路设备实现简单，速度和可靠性好。 图1 电子钟的组成框图 3.1晶体振荡器电路　 晶体振荡器电路给电子钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证电子钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。 3.1.1石英晶体振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中。它还具有压电效应：在晶体某一方向加一电场，晶体就会产生机械变形；反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。在这里，我们在晶体某一方向加一电场，从而在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后稳定，这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图2所示。。例如：电路中的石英晶体振荡频率是Hz时，则电路的输出频率为Hz。 图2 石英晶体振荡器 图3 CD4060内部框图 CD4060计数器为14级2进制计数器，可以将32768Hz的信号分频为2Hz。然后再经过RS触发器进行二分频得到1HZ的秒信号。RS触发器选用4013。其中Q8和Q9输出脉冲为报时电路所用。 3.3时间计数器电路　 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。 3.3.1 六十进制计数器 秒个位计数单元为10计数器，无需进制转换，只需将CO与秒十位ＣＰ（上沿有效）相连即可。秒个位CP与１ＨZ秒输入信号相连。秒十位计数单元为６进制计数器，需要进制转换。 分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的清零端信号作为向上的进位信号应与分十位计数单元的ＣＰ相连，分十位计数单元的清零端信号作为向上的进位信号应与时个位计数单元的ＣＰ相连。60进制计数器原理图如下图所示： 图4 60进制计数器 3.3.2 12进制计数器 时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为12进制计数器，不是１０的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行12进制转换。如下图所示： 图5 12进制计数器电路 3.4译码驱动电路　　 译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。 3.4.1 显示器原理（数码管） 数码管是数码显示器的俗称。常用的数码显示器有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示器等。 本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的当共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。 译码器原理（74LS47） 译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的