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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：学 号：姓 名：学 院：电子与电气工程学院 专 业：自动化 系 别：自动化 指导教师：数字电子技术实验指导教师组 成 绩：2015 年 07 月 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 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
2、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 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.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
3、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 11-2 单稳态触发器波形图 图 113 74LS90 引脚排列 3.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 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 秒；1 9 秒计时。注：集成异步计数器 74LS90 7
4、4LS90 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，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。(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，
5、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、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。表 11-1 输 入 输 出 功 能 清 0 置 9 时 钟 QD QC QB QA R0(1)R0(2
6、)S9(1)S9(2)CP1 CP2 1 1 0 0 0 0 0 0 清 0 0 0 1 1 1 0 0 1 置 9 0 0 0 0 1 QA 输 出 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 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 1074LS00 2、555 1、74LS90 3 11.电位器、电
7、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、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 K2（接地），记下 Q 和的值，按动按钮开关 K1,Q 和的值。2.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
8、节 RW，使输出矩形波频率为50Hz。3.计数器的测试 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。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。将计数器、级连，进行逻辑功能测试。记录之。4.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
9、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。5.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。五、实验调试 在电路调试过程中，刚开始由于 555 构成的多谐振荡器出现了一定的问题，脉冲信号不能成功输出，显示器停留在 0 不显示，最后下调整了 555 定时器的参数，使秒表正常运行。在整个电路调试过程中可以发现，理论计算出的值在实际运行中还是误差很大，需要在实际调试中试出最恰当的电阻和电容值。接线和调试时，应将各单元电路逐个进行接线和调试，即分别测试基本 RS触器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器
10、、译码显示电路等逻辑功能，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。这样的模块化测试方法有利于检查和排除故障，是调试电路的常用方法。六、实验总结 通过本次课程设计，我了解数字秒表的主体电路组成及工作原理，熟悉了集成电路及有关电子元器件的使用，学习和掌握数字电路中基本 RS 触发器、计数、译码显示等单元电路的综合应用。首先是 74LS90 的功能，懂得实际应用上，应用串行和并行方式进行连接电路实现计数器的级联电路，进一步可以利用多片芯片设计各进制的计数电路。通过设计重启和停止，启动计数键，我更好的理解了74LS90 各引脚的功能和用法。在利用 555 产生时钟信号时，我也学会了用这个芯片输出不同的频率的信号。通过这次实验我对数字电子技术有了更进一步的熟悉，加深了我对理论知识的理解，增强了个人的动手能力，巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来。