數(shù)字電路 電子秒表實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)二 電子秒表一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)數(shù)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(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。2、掌握電子秒表的調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理圖21為電子秒表的電原理圖。按功能分成四個單元電路進(jìn)行分析。 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（一）電子鐘數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)電子秒表一設(shè)計(jì)目的：1、了解計(jì)時器主體電路的組成及工作原理;2、熟悉集成電路及有關(guān)電子元器件的使用;3、學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。二設(shè)計(jì)任務(wù)及說明：電子秒表電路是一塊獨(dú)立構(gòu)成的記時集成電路芯片。它集成了計(jì)數(shù)器、振蕩器、譯碼器和驅(qū)動等電路，能夠?qū)γ胍韵聲r間單位進(jìn)行

2、精確記時，具有清零、啟動計(jì)時、暫停計(jì)時及繼續(xù)計(jì)時等控制功能。設(shè)計(jì)一個可以滿足以下要求的簡易秒表1.秒表由5位七段LED顯示器顯示，其中一位顯示“min”,四位顯示“s”，其中顯示分辯率為0.01 s，計(jì)時范圍是09分59秒99毫秒；2.具有清零、啟動計(jì)時、暫停計(jì)時及繼續(xù)計(jì)時等控制功能；3.控制開關(guān)為兩個：啟動（繼續(xù)）/暫停記時開關(guān)和復(fù)位開關(guān)三總體方案及原理:電子秒表要求能夠?qū)r間進(jìn)行精確記時并顯示出來,因此要有時鐘發(fā)生器,記數(shù)及譯碼顯示,控制等模塊,系統(tǒng)框圖如下:時鐘發(fā)生器 記數(shù)器 譯碼器顯示器控制器圖1.系統(tǒng)框圖其中：(1)時鐘發(fā)生器：利用石英震蕩555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器做時鐘源,產(chǎn)生1

3、00HZ的脈沖;(2)記數(shù)器：對時鐘信號進(jìn)行記數(shù)并進(jìn)位,毫秒和秒之間10進(jìn)制,秒和分之間60進(jìn)制;(3)譯碼器：對脈沖記數(shù)進(jìn)行譯碼輸出到顯示單元中；(4)顯示器：采用5片LED顯示器把各位的數(shù)值顯示出來，是秒表最終的輸出，有分、秒、和毫秒位；(5)控制器：控制電路是對秒表的工作狀態(tài)（記時開始/暫停/繼續(xù)/復(fù)位等）進(jìn)行控制的單元，可由觸發(fā)器和開關(guān)組成。四單元電路設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算和器件選擇：1.時鐘發(fā)生單元時鐘發(fā)生器可以采用石英晶體震蕩產(chǎn)生100HZ時鐘信號，也可以用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，555定時器是一種性能較好的時鐘源，切構(gòu)造簡單，采用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器做為電子秒表的輸入脈沖源

4、。因輸出要求為100HZ的，選擇占空比為55%，可根據(jù)T=（ ）Cln2=0.01可選擇的電阻進(jìn)行連接可在輸出端3獲得頻率為100HZ的矩形波信號，即T=0.01S的時鐘源，當(dāng)基本RS觸發(fā)器Q1時，門5開啟，此時100HZ脈沖信號通過門5作為計(jì)數(shù)脈沖加于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端CP2。圖2.時鐘發(fā)生器555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器2.記數(shù)單元記數(shù)器74160、74ls192、74ls90等都能實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制記數(shù)，本設(shè)計(jì)采用二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，如圖3所示，555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為計(jì)數(shù)器的時鐘輸入。計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成8421碼十進(jìn)制形式，其輸出端與實(shí)驗(yàn)裝置上譯碼顯示

5、單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示0.010.09秒；0.10.9秒計(jì)時，計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器也接成8421碼十進(jìn)制形式，計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器接成60進(jìn)制的形式，實(shí)現(xiàn)秒對分的進(jìn)位。集成異步計(jì)數(shù)器74LS90簡介74LS90是異步二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。圖3為74LS90引腳排列，表1為功能表。通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對計(jì)數(shù)器清零，借助S9(1)、S9(2)將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：(1)計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(2)計(jì)數(shù)脈沖從CP

6、2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(3)若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(4)若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(5)清零、置9功能。a) 異步清零當(dāng)R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA0000。b) 置9功能當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA1001。圖3.74LS90

7、引腳排列（下）輸 入 輸 出 功 能清 0 置 9 時 鐘 QD QC QB QAR0(1)、R0(2) S9(1)、S9(2) CP1 CP21 1 0 0 0 0 0 0 清 00 0 1 1 1 0 0 1 置 90 0 0 0 1 QA 輸 出 二進(jìn)制計(jì)數(shù)1 QDQCQB輸出 五進(jìn)制計(jì)數(shù) QA QDQCQBQA輸出8421BCD碼 十進(jìn)制計(jì)數(shù)QD QAQDQCQB輸出5421BCD碼 十進(jìn)制計(jì)數(shù)1 1 不 變 保 持表1 .74LS90功能表10秒到分位的6進(jìn)制位可在十進(jìn)制的基礎(chǔ)上將QB、QC連接到一個與門，它的置零信號與系統(tǒng)的置零信號通過一個或門連接接至R0(1)，即當(dāng)記數(shù)為6或有置

8、零信號是均置零，如圖4所示。圖4 .74ls90組成的6進(jìn)制記數(shù)器3 .譯碼顯示單元74LS248（74LS48）是BCD碼到七段碼的顯示譯碼器，它可以直接驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。它的管腳圖如圖5所示. 顯示器用 LC5011-11 共陰極LED顯示器.(注：在multisim中仿真可以用譯碼顯示器DCD_HEX代替譯碼和顯示單元)。圖5. 74LS248管腳圖4 .控制單元（1） 啟動（繼續(xù)）/暫停記時開關(guān)采用集成與非門構(gòu)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(fù)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。按動按鈕開關(guān)B（接地），則門1輸

9、出 1；門2輸出Q0，K2復(fù)位后Q、狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān)K1 ,則Q由0變?yōu)?，門5開啟, 為計(jì)數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備。由1變0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。（2） 清零開關(guān)通過開關(guān)對每個計(jì)數(shù)器的R0(2)給以高電平能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的清零。五：在MULTISIM中進(jìn)行仿真將各個芯片在MULTISIM8中連接并進(jìn)行仿真，仿真如圖6所示，結(jié)果正確。六：設(shè)計(jì)所需元件555觸發(fā)器一片，74ls90五片，74ls248五片，LC5011-11 共陰極LED顯示器五片，電容、電阻若干。七：設(shè)計(jì)心得本次課程設(shè)計(jì)對數(shù)字電子技術(shù)有了更進(jìn)一步的熟悉，實(shí)際操作和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個看似很簡單

10、的電路，要動手把它設(shè)計(jì)出來就比較困難了，因?yàn)槭窃O(shè)計(jì)要求我們在以后的學(xué)習(xí)中注意這一點(diǎn)，要把課本上所學(xué)到的知識和實(shí)際聯(lián)系起來，同時通過本次電路的設(shè)計(jì)，不但鞏固了所學(xué)知識，也使我們把理論與實(shí)踐從真正意義上結(jié)合起來，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣，考驗(yàn)了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，和組織材料的綜合能力 圖21 電子秒表原理圖1基本RS觸發(fā)器圖21中單元I為用集成與非門構(gòu)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(fù)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。按動按鈕開關(guān)K2（接地），則門1輸出1；門2輸出Q0，K2復(fù)位后Q、狀態(tài)保持不變。再按動按鈕

11、開關(guān)K1,則Q由0變?yōu)?，門5開啟,為計(jì)數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備。由1變0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作?；綬S觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖21中單元為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖22為各點(diǎn)波形圖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負(fù)脈沖信號vi由基本RS觸發(fā)器端提供，輸出負(fù)脈沖vO通過非門加到計(jì)數(shù)器的清除端R。靜態(tài)時，門4應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻R必須小于門的關(guān)門電阻ROff。定時元件RC取值不同，輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的RP和CP。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計(jì)數(shù)器提供清零信號。 圖22單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波

12、形圖 圖23 74LS90引腳排列 3時鐘發(fā)生器圖21中單元為用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。調(diào)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(dāng)基本RS觸發(fā)器Q1時，門5開啟，此時50HZ脈沖信號通過門5作為計(jì)數(shù)脈沖加于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端CP2。4計(jì)數(shù)及譯碼顯示二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，如圖21中單元所示。其中計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，對頻率為50HZ的時鐘脈沖進(jìn)行五分頻，在輸出端QD取得周期為0.1S的矩形脈沖，作為計(jì)數(shù)器的時鐘輸入。計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成8421碼十進(jìn)制形式，其輸出端與實(shí)驗(yàn)裝置上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示

13、0.10.9秒；19.9秒計(jì)時。注：集成異步計(jì)數(shù)器74LS9074LS90是異步二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。圖23為74LS90引腳排列，表21為功能表。通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對計(jì)數(shù)器清零，借助S9(1)、S9(2)將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：(1) 計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(2) 計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(3) 若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出

14、端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(4) 若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(5) 清零、置9功能。a) 異步清零當(dāng)R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA0000。b) 置9功能當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA1001。表2-1 輸 入輸 出功 能清 0置 9時 鐘QD QC QB QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP21100 0000清 0

15、0011 1001置 90 00 0 1QA 輸 出二進(jìn)制計(jì)數(shù)1 QDQCQB輸出五進(jìn)制計(jì)數(shù) QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)QD QAQDQCQB輸出5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)1 1不 變保 持單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電子電路 2010-05-12 17:45:10 閱讀127 評論0 字號：大中小 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛用于脈沖整形、延時（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）以及定時（產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號）等。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠RC電路的充、放電過程來維持的，RC電路可接成兩種形式：微分和積分電路形式一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特性： 1它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；2在外界觸

16、發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，電路能自動返回穩(wěn)態(tài)；3暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。二、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1電路結(jié)構(gòu)采用CMOS門電路和RC微分電路圖8.2.1 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2工作原理 1）在穩(wěn)態(tài)下，VI=0, VI2=VDD， 故Vo=0， Vo1=VDD，C上無電壓當(dāng)觸發(fā)脈沖VI加到輸入端時，經(jīng)過微分電路輸出很窄的正、負(fù)脈沖Vd。當(dāng)Vd上升到VTH以后，引發(fā)正反饋過程：2） Vo1 迅速跳變?yōu)榈碗娖?，VI2 也同時跳變?yōu)榈?，Vo跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。同時電容C開始充電，VI2逐漸升高 3）當(dāng)VI2升高至VTH時，此時若觸發(fā)脈沖已消失，