1、电子秒表电路的设计作者：dolphin 时间：2011-05-05 浏览次数:8841 一、 实验目的 1 、学习数字电路中基本 RS 触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。 2 、学习电子秒表的调试方法。 二、 实验原理 图 11 1 为电子秒表的电原理图。按功能分成四个单元电路进行分析。 1、 基本 RS 触发器 图 11 1 中单元 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 作为单稳态触发器的输入，另一路输出 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
2、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, 为计数器启动作好准备。 由 1 变 0 ，送出负脉冲，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 11 1 中单元为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图 11 2 为各点波形图。 单稳态触发器的输入触发负脉冲信号 vi 由基本 RS 触发器 端提供，输出负脉冲 vO 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
3、 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 11 1 中单元为用 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 50HZ 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的计数输入端 CP2 。 图 112 单稳态触发器波形图 图 113 74LS90 引脚排列 4、 计数及译码显示 二五十 进制加法计数器 74LS
4、90 构成电子秒表的计数单元，如图 11 1 中单元所示。其中计数器接成五进制形式，对频率为 50HZ 的时钟脉冲进行五分频，在输出端 QD 取得周期为 0.1S 的矩形脉冲，作为计数器的时钟输入。计数器及计数器接成 8421 码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示 0.1 0.9 秒；1 9 秒计时。 注：集成异步计数器 74LS90 74LS90 是异步二五十 进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。 图 11 3 为 74LS90 引脚排列，表 11 1 为功能表。 通过不同的连接方式，74LS90 可以实现四种不同的
5、逻辑功能；而且还可借助R0 (1) 、R0 (2) 对计数器清零，借助 S9 (1) 、S9 (2) 将计数器置 9 。其具体功能详述如下： (1) 计数脉冲从 CP1 输入，QA 作为输出端，为二进制计数器。 (2) 计数脉冲从 CP2 输入，QD QC QB 作为输出端，为异步五进制加法计数器。输 入 输 出 清 0 置 9 时 钟 R0(1) R0(2) S9 (1) S9(2) CP1 CP2 QD QC QBQA 功 能 1 100 0 0 0 0 清 0 001 1 1 0 0 1 置 9 1 QA 输 出 二进制计数 1 QD QC QB 输出 五进制计数 Q A QD QC Q
6、B QA 输出 8421BCD 码 十进制计数 QD QA QD QC QB 输出 5421BCD 码 十进制计数 0 00 01 1 不 变 保 持二进制计数 1 QD QC QB 输出 五进制计数 QA QD QC QB QA 输出 8421BCD 码 十进制计数 QD QA QD QC QB 输出 5421BCD 码 十进制计数 1 1 不 变 保 持 (3) 若将 CP2 和 QA 相连，计数脉冲由 CP1 输入，QD 、QC 、QB 、QA 作为输出端，则构成异步 8421 码十进制加法计数器。 (4) 若将 CP1 与 QD 相连，计数脉冲由 CP2 输入， QA 、QD 、QC
7、、QB 作为输出端，则构成异步 5421 码十进制加法计数器。 (5) 清零、置 9 功能。 a) 异步清零 当 R0 (1) 、R0 (2) 均为“1 ”；S9 (1) 、S9 (2) 中有“0 ”时，实现异步清零功能，即 QD QC QB QA 0000 。 b) 置 9 功能 当 S9 (1) 、S9 (2) 均为“1 ”；R0 (1) 、R0 (2) 中有“0 ”时，实现置 9 功能，即 QD QC QB QA 1001 。 三、 实验设备及器件 1 、5V 直流电源 2 、双踪示波器 3 、直流数字电压表 4 、数字频率计 5 、单次脉冲源 6 、连续脉冲源 7 、逻辑电平开关 8
8、、逻辑电平显示器 9 、译码显示器 10 、74LS00 2 555 1 74LS90 3 电位器、电阻、电容若干 四、 实验内容 由于实验电路中使用器件较多，实验前必须合理安排各器件在实验装置上的位置，使电路逻辑清楚，接线较短。 实验时，应按照实验任务的次序，将各单元电路逐个进行接线和调试，即分别测试基本 RS 触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器的逻辑功能，待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来进行测试，直到测试电子秒表整个电路的功能。 这样的测试方法有利于检查和排除故障，保证实验顺利进行。 1、 基本 RS 触发器的测试 将图 1 的两个输出端接逻辑电平显示，按动按钮开关
9、K2 （接地），记下 Q 和 的值，按动按钮开关 K1 , Q 和 的值。 2、 单稳态触发器的测试 动态测试 输入端接 1KHZ 连续脉冲源，用示波器观察并描绘 D 点（VD 、）F 点（V0 ）波形，如嫌单稳输出脉冲持续时间太短，难以观察，可适当加大微分电容 C （如改为 0.1 ）待测试完毕，再恢复 4700P 。 3、 时钟发生器的测试 用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节 RW ，使输出矩形波频率为50Hz 。 4、 计数器的测试 （1） 计数器接成五进制形式，RO (1) 、RO (2) 、S9 (1) 、S9 (2) 接逻辑开关输出插口，CP2 接单次脉冲源,CP1 接高电
10、平“1 ”，QD QA 接实验设备上译码显示输入端 D 、C 、B 、A, 按表 11 1 测试其逻辑功能，记录之。 （2） 计数器及计数器接成 8421 码十进制形式，同内容（1 ）进行逻辑功能测试。记录之。 （3） 将计数器、级连，进行逻辑功能测试。记录之。 5、 电子秒表的整体测试 各单元电路测试正常后，按图 11 1 把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体测试。 先按一下按钮开关 K2 ，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关 K1 ，则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常，如不需要计时或暂停计时，按一下开关 K2 ，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。 6、 电
11、子秒表准确度的测试 利用电子钟或手表的秒计时对电子秒表进行校准。 五、 数据记录及分析 1、 基本 RS 触发器的测试 操作 Q 的值 的值 按动 K2 0 1 按动 K1 1 0 基本 RS 触发器实现了启动和停止秒表的作用。 2、 单稳态触发器的测试 示波器输出波形为 单稳态触发器实现了为计数器提供清零信号的作用。 3、 时钟发生器的测试 示波器输出波形为 调节 RW 使得输出波形的频率为 50HZ 。用 555 定时器构成的多谐振荡器，作为时钟源。 4、 计数器的测试 计数器接成五进制形式，则数码管的输出为 0 4s 。计数器及计数器接成 8421 码十进制形式，则数码显示的输出为 0.1 9.9s 。 为什么能实现 0.1 9.9s ？ 计数器接成 8421 码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示 0.1 0.9s ；计数器接成 8421 码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示 1 9s 计时。则两计数器合在一起，可实现 0.1 9.9s 计数。 六、 实验心得体会 通过本次实验学习了数字电路中基本 RS 触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用和学习电子秒表的调试方法。培养了大家独立思考问题、解决问题的
