1、淮 阴 工 学 院数字电子技术课程实验期末考核2014-2015 学年第 2 学期实验名称：电子秒表电路的设计 班 级：电子 1131学 号：姓 名：学 院：电子与电气工程学院专 业：电子信息工程系 别：电子信息工程系指导教师： 数字电子技术实验指导教师组班级：电气 3101 姓名：奚倩 学号：02 课题：红外倒车防撞报警器1成 绩：2015 年 07 月2电子秒表电路的设计一、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、实验原理本实验设计的电子秒表电路的基本框图如下图所示，它主要由基本 RS 触发
2、器、单稳态触发器、多谐振荡器、计数器和译码显示器五个部分组成。电子秒表电路的基本组成框图图 11 1 为电子秒表的电路原理图。按功能分成四个单元电路进行分析1、基本 RS 触发器：3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 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
3、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 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。43、
4、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 。 4、计数及译码显示 二五十 进制加法计数器 74LS90 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
5、与实验装置5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。 图 112 单稳态触发器波形图 图 113 74LS90 引脚排列 5、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，Q
6、A 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。(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。 表 111输 入 输 出清 0 置 9 时 钟R0(1) R0(2) S9 (1) S9(2) CP1 CP2QD QC QBQA功 能1 10000000000清 00 1 1 1 0 0 1 置 96 0 1 0 0 1 1 QA 输 出 二进制计数1 QD QC QB 输出 五进制计数 Q AQD QC QB QA 输出
7、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(4) 若将 CP1 与 QD 相连，计数脉冲由 CP2 输入， QA 、QD 、QC 、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
8、功能，即 QD QC QB QA 1001 。 三、实验仪器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 、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 4、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7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
9、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 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 （1）静态测试用直流数字电压表测量 A、B、D、F 各点电位值。记录之。（2）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 8）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
10、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
11、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。 9五、实验调试1、基本 RS 触发器的调试按照图 11-1 中的单元连接电路，即用集成与非门构成基本 RS 触发器，将按钮开关 K1 和 K2 的一端接地，将 Q 和 端均接在逻辑电平显示插口，启动实验箱上面的电源，若按动按钮开关 K2， 输出 1，Q 输出 0，K2 复位后
12、，Q 和的状态保持不变。当再按动按钮开关 K1 时，Q 由 0 变为 1， 由 1 变为 0，则说明单元的基本 RS 触发器连接正确。经调试，我们的 并没有输出 1，实验前，我们已经检测了所有导线，因此，不可能是导线问题，我们又仔细检查了电路的连接情况，也没有发现错误，最终查出是逻辑电平显示的灯坏了，换了插口后，此部分电路工作正常，符合要求。2、时钟发生器的调试按照图 11-1 中的单元连接电路，即用 555 定时器构成多谐振荡器，将输出端 3 连接到双踪示波器上，观察其波形和频率，调节电位器 Rw,使输出端 3获得频率为 50Hz 的矩形波信号。经调试，此部分电路工作正常，并且将其频率调节为
13、 50.33Hz（由于电位器的灵敏度不好，只能调节到接近 50Hz） ，示波器的输出波形如下： 3、计数器的调试 按照图 11-1 中的单元连接电路：计数器接成五进制形式，计数器及计数器接成 8421 码十进制形式，调试的过程中，计数器连接的两个数码管，其中有一个数码管上显示的数字并不改变，按照原理，它应该进行计数，而不是不变，但是查找了很久也没有找10出原因，导线是没有问题的，也是按照电路图接的，不会出错，最终我和我的同伴把该部分的电路重新进行连接，再进行调试的时候，它能正常工作了。4、电子秒表的整体调试各个单元电路调试正常之后，按照图 111 把几个单元电路连接起来，进行一下整体的调试。（
14、由于单稳态触发器这部分，实验中没有做，该部分接地即可，用 555 构成的多谐振荡器将 50Hz 的脉冲信号加在计数器的计数输入端CP2），电路连接完毕后，数码管开始循环显示数字，表示该秒表电路连接比较成功。调试完毕。6、实验总结在本次的数电实验考核之中，我学到了很多东西。首先，我对电子秒表电路的各个组成部分及其功能有了清晰的了解，对基本 RS 触发器，单稳态触发器，时钟发生器以及计数和译码显示等单元电路的功能和基本应用有了进一步的掌握。在做实验之前，针对这个实验所涉及到的内容，我都到书上查找了相应的理论知识，好好地复习了一番，又到网上搜集了一些相关的资料，扩展了自己在这些方面的知识。在上理论课
15、的时候，我对这些东西还不是很了解，但是在做实验的过程中，我按照电路图，亲自动手，将它们连接起来，这让我对其构造、接线和它在电路中的功能有了极深的印象，都说将理论和实践相结合，才能把知识掌握得更牢固，这话一点都没有错。在亲自动手的过程中，不仅能巩固自己的知识，而且能很好地锻炼自己的动手能力。其次，在实验过程中，我也遇到一些问题，比如，在调试基本 RS 触发器时，Q 所接的逻辑电平显示插口上的灯是坏的，但是我们没有发现，检查几遍电路，也没有发现错误，最后换了另一个插口，调试成功。这一个很小的问题让我们检查了很久，这就说明我们要对电路很熟悉，而且要了解哪些地方容易出现问题，这样的话，检查起来会比较快捷。在计数器调试那块，出现一点问题，但由于电路非常复杂，查找起来很麻烦，我们就干脆重新连接电路，最后，我和我的搭档将它弄好了。这也让我明白：在连接电路和调试的过程中，每一步，我们都要仔细、认真地对待，不要因为一点小错误而重新再来，从一点一滴抓起，培养一种科学、严谨的态度。11
