電子秒表課程設計 (2)

1、<p>　　電子技術課程設計報告書</p><p>　　2010年 月 日</p><p><b>　　電子秒表設計</b></p><p><b>　　1 設計目的</b></p><p>　　（1）學習數字電路中基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計數、譯碼顯示等單元電路的綜

2、合應用。</p><p>　?。?）學習電子秒表的調試方法。</p><p><b>　　2 設計思路</b></p><p>　?。?）設計基本RS觸發(fā)器電路。</p><p>　?。?）設計單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。</p><p>　?。?）設計時鐘發(fā)生器電路。 </p><p&

3、gt;　?。?）設計計數及譯碼顯示電路。</p><p><b>　　3 設計過程 </b></p><p><b>　　3.1方案論證</b></p><p>　　電子秒表總體方框圖如圖1所示。</p><p>　　其工作原理為：它能實現簡單的計時與顯示，按下啟動鍵開始清零計時，按下停止鍵計時停止

4、。按功能分成四個單元電路進行分析。該電路充分運用芯片74LS90的邏輯功能，用四片74LS90芯片實現秒表示00：00—99：99秒。利用集成與非門構成的基本RS觸發(fā)器（低電平直接觸發(fā)）實現電路的直接置位、復位功能。利用集成與非門構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為計數器清零提供輸出負脈沖。利用555定時器構成的多諧振蕩器為電路提供脈沖源以驅動電路工作。</p><p><b>　　3.2電路設計</b&g

5、t;</p><p>　　電子秒表電路如圖2所示。</p><p>　　圖2 電子秒表電路圖</p><p>　?。?） 基本RS觸發(fā)器</p><p>　　圖2中單元Ⅰ為用集成與非門構成的基本RS觸發(fā)器。屬低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復位的功能。它的一路輸出作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出Q作為與非門5的輸入控制信號。</

6、p><p>　　按動按鈕開關K2(接地)，則門1輸出=1：門2輸出Q=0，K2復位后其狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關Kl，則Q由0→1，門5開啟．為計數器啟動作好準備。由1→0，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。</p><p>　　注：由于基本RS觸發(fā)器的Kl= K2=0是應當避免的不穩(wěn)定狀態(tài)

7、，所以在調試過程中應避免將Kl和 K2同時接地。</p><p>　　（2） 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　圖2中單元Ⅱ為用集成與非門構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖3為各點波形圖。</p><p><b>　　圖3各點波形圖</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負脈沖信號Ui，由基本RS觸發(fā)器提供，輸出負

8、脈沖Uo通過非門加到計數器的清除端R。</p><p>　　靜態(tài)時，門4應處于截止狀態(tài)，故電阻R必須小于門的關門電阻Roof。定時元件RC取值不同．輸出脈沖寬度也不同。當觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時?？梢允∪ポ斎胛⒎蛛娐返腞p和Cp。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計數器提供清零信號。</p><p><b>　?。?） 時鐘發(fā)生器</b></p>

9、<p>　　圖2中單元Ⅲ為用555定時器構成的多諧振蕩器．是一種性能較好的時鐘源，振蕩器的頻率精度決定了電子秒表計時的準確程度，通常選用石英晶體構成的振蕩器。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。調節(jié)電位器Rw使在輸出端3獲得頻率為50HZ的矩形波信號，當基本RS觸發(fā)器Q=1時．門5開啟，此時50HZ脈沖信號通過門5作為計數脈沖加于計數器①的計數輸入端CP2。</p><p>　　555定時器的邏輯

10、功能</p><p>　?。?） 計數及譯碼顯示</p><p>　　計數器是一個用以實現計數功能的時序部件,它不</p><p>　　僅可用來計脈沖數,還常用作數字系統(tǒng)的定時,分頻和執(zhí)</p><p>　　行數字運算以及其它特定的邏輯功能. 計數器種類很多</p><p>　　，按構成計數器中的各觸發(fā)器是否使用一個時

11、鐘脈沖源</p><p>　　來分,有同步計數器和異步計數器.根據計數制的不同,分</p><p>　　為二進制計數器,十進制計數器和任意進制計數器.根據</p><p>　　計數的增減趨勢,又分為加法,減法和可逆計數器.還有可預置數和可編程序功能計數器等等。</p><p>　　74LS90是異步二—五—十進制加法計數器，它既可以作二進制加

12、法計數器，又可以作五進制和十進制加法計數器。</p><p>　　其中計數器①接成五進制形式，對頻率為50HZ的時鐘脈沖進行五分頻，在輸出端取得周期為0.1s的矩形脈沖，作為計數器②的時鐘輸入。計數器②及計數器③接成8421碼十進制形式．其輸出端與實驗裝置上譯碼顯示單元的相應輸入端連接．可顯示0．1～0．9秒：l～9．9秒計時。</p><p>　　集成異步計數器74LS90引腳排列見圖4

13、，表5為其功能表。</p><p>　　74LS90是異步二一五一十進制加法計數器．它既可以作二進制（計數脈沖由CP1輸入）加法計數器，又可以作五進制（計數脈沖由CP2輸入）或十進制（計數脈沖由CP1輸入）加法計數器。 </p><p>　　圖4 74LS90引腳排列</p><p>　　通過不同的連接方式，74LS90可以實現四種不同的邏輯功能；而且還可對計數器

14、清零和將計數器置9。</p><p>　　表5 74LS90功能表</p><p><b>　　4系統(tǒng)調試與結果</b></p><p>　　由于電路中使用器件較多，設計前必須合理安排各器件在實驗裝置上的位置，使電路邏輯清楚．接線較短。應按照設計任務的次序．將各單元電路逐個進行接線和調試．即分別測試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計

15、數器的邏輯功能．待備單元電路工作正常后，再將有關電路逐級連接起來進行測試……，直到測試電子秒表整個電路的功能。這樣的測試方法有利于檢查和排除故障，保證實驗順利進行。</p><p>　　4.1基本RS觸發(fā)器的測試</p><p>　　其測試方法參考觸發(fā)器及其應用中的測試方法。</p><p>　　4.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測試</p><p>&l

16、t;b>　　（1）靜態(tài)測試</b></p><p>　　用直流數字電壓表測量A、B、D、F各點電位值，并記錄。</p><p><b>　　（2）動態(tài)測試</b></p><p>　　輸入端接IKHZ連續(xù)脈沖源，用示波器觀察并描繪D點F點波形．如嫌單穩(wěn)輸出脈沖持續(xù)時間太短．難以觀察，可以適當加大微分電容c(如改為0．1

17、81;F)待測試完畢．再恢復4700PF。</p><p>　　4.3時鐘發(fā)生器的測試</p><p>　　參照由555定時器構成的多諧振蕩器的測試方法來測試該部分的邏輯功能，用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率．調節(jié)Rw，使輸出矩形波頻率為50Hz。</p><p><b>　　4.4計數器的測試</b></p><p&g

18、t;　?、?計數器①接成五進制形式記錄測試過程。R0（1）、R0（2）、S9（2）接邏輯開關輸出插口，CP2接單次脈沖源，CP1接高電平“1”，QD~QA接實驗設備上譯碼顯示輸入端口D、C、B、A，按表3-3-1測試其邏輯功能并記錄。</p><p>　?、?計數器②及計數器③接成8421碼十進制形式，記錄測試過程。</p><p>　?、?將計數器①、②、③級連．進行邏輯功能測試，并記錄

19、。 </p><p>　　4.5電子秒表的整體測試</p><p>　　各單元電路測試正常后．按圖2把幾個單元電路連接起來，進行電子秒表的總體測試。先按一下按鈕開關K2．此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關K1．，則計數器清零后使開始計時，觀察數碼管顯示計數情況是否正常。如不需要計時或暫停計時．按一下開關K1，計時立即停止，但數碼管保留所計時之值。</p><p>

20、　　4.6電子秒表準確度的測試</p><p>　　利用電子鐘或手表的秒計時對電子秒表進行校準。</p><p><b>　　5主要儀器與設備</b></p><p>　　THD-4數字電路試驗箱1臺</p><p>　　GOS-620示波器</p><p>　　MS8215數字萬用表</p

21、><p><b>　　數字頻率計</b></p><p><b>　　譯碼顯示器</b></p><p>　　74LS00×2 555×1 74LS90×3 電位器、電阻、電容若干</p><p><b>　　參考文獻</b></p>