數(shù)電實(shí)驗(yàn)考核電子秒表電路的設(shè)計(jì)

1、淮 陰 工 學(xué) 院2014-2015學(xué)年第 2學(xué)期班 學(xué) 姓 學(xué) 專 系 成 2015年 07月電子秒表電路的設(shè)計(jì)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、學(xué)習(xí)電子秒表的調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的電子秒表電路的基本框圖如下圖所示，它主要由基本 RS 觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器和譯碼顯示器五個部分組成。電子秒表電路的基本組成框圖圖 11 1 為電子秒表的電路原理圖。按功能分成四個單元電路進(jìn)行分析、基本RS 觸發(fā)器：1圖 11 1 中單元 I 為用集成與非門構(gòu)成的基本 RS 觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位

2、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 Q 0 ，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)?1 ，門 5 開啟, 為計(jì)數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備。由 1 變 0 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。2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：圖 11 1 11 2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 負(fù)脈沖 V 通過非門加到計(jì)數(shù)器的清除端 R 。O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

3、 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。2、時鐘發(fā)生器圖 11 1 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 Q 1 5 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 。、計(jì)數(shù)及譯碼顯示二五十 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 74LS90 11 1 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

4、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3顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示 0.1 0.9 秒；1 9 秒計(jì)時。圖 112單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖圖 113 74LS90引腳排列、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 11 3 為 74LS90 引腳排列，表 11 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 S

5、9 (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，QD QC QB 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 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。表 111清 0功 能00 0 0 04二進(jìn)制計(jì)數(shù)五進(jìn)制計(jì)數(shù)十進(jìn)制計(jì)數(shù)十進(jìn)制計(jì)數(shù)保 持1 1不 變(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。(

6、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 QD QC QB QA 0000 。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 QD QC QB QA 1001 。三、實(shí)驗(yàn)儀器1 、5V 直流電源3 、直流數(shù)字電壓表5 、單次脈沖源2 、雙蹤示波器4 、數(shù)字頻率計(jì)6 、連續(xù)脈沖源7 、邏輯電平開關(guān)9 、譯碼顯示器8 、邏輯電平顯示器10 、74LS00 2555 174LS90 3電位器、電阻、電容

7、若干四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容位置，使電路邏輯清楚，接線較短。5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(jì)數(shù)器的邏輯功能，待各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(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。、基本RS 觸發(fā)器的測試將圖 1 的兩個輸出端接邏輯電平顯示，按動按鈕開關(guān)K2（接地），記下Q和 的值，按動按鈕開關(guān) K1 , Q 和 的值。、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測試（）靜態(tài)測試用直流數(shù)字電壓表測量 A、B、D、F各點(diǎn)電位值。記錄之。（）動態(tài)測試輸入端接 1KHZ 連續(xù)脈沖源 用示波器觀察并描繪 D 點(diǎn)（VD 、）F 點(diǎn)（V0 ）6 C（如改為 0.1 ）待測試完畢，再恢復(fù) 4700P 。、時鐘發(fā)生器的

8、測試用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調(diào)節(jié) RW ，使輸出矩形波頻率為50Hz 。、計(jì)數(shù)器的測試（1）計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，RO (1) 、RO (2) 、S9 (1) 、S9 (2) 接邏輯開關(guān)輸出插口，CP2 接單次脈沖源,CP1 接高電平“1 ”，QD QA 接實(shí)驗(yàn)設(shè)備上譯碼顯示輸入端 D 、C 、B 、A, 按表 11 1 測試其邏輯功能，記錄之。（2）計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成 8421 碼十進(jìn)制形式，同內(nèi)容（1 ）進(jìn)行邏輯功能測試。記錄之。（3） 將計(jì)數(shù)器、級連，進(jìn)行邏輯功能測試。記錄之。、電子秒表的整體測試各單元電路測試正常后，按圖 11 1 把幾個單元電路連接起來，進(jìn)行電子秒表的總

9、體測試。先按一下按鈕開關(guān) K2 K1 停計(jì)時，按一下開關(guān) K2 ，計(jì)時立即停止，但數(shù)碼管保留所計(jì)時之值。、電子秒表準(zhǔn)確度的測試?yán)秒娮隅娀蚴直淼拿胗?jì)時對電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。7五、實(shí)驗(yàn)調(diào)試、基本RS觸發(fā)器的調(diào)試按照圖 11-1 RS 按鈕開關(guān) K1 和 K2 的一端接地，將Q 和 端均接在邏輯電平顯示插口，啟動實(shí)驗(yàn)箱上面的電源，若按動按鈕開關(guān) K2， 輸出 1，Q 輸出 0，K2 復(fù)位后，Q 和 的狀態(tài)保持不變。當(dāng)再按動按鈕開關(guān) K1 時，Q 由 0 變?yōu)?1， 由 1 變?yōu)?0，則說明單元的基本 RS 觸發(fā)器連接正確。經(jīng)調(diào)試，我們的 并沒有輸出 1，實(shí)驗(yàn)前，我接情況，也沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，最終查出是邏

10、輯電平顯示的燈壞了，換了插口后，此部分電路工作正常，符合要求。、時鐘發(fā)生器的調(diào)試按照圖 11-1 中的單元連接電路，即用 555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器，將輸出端 3 連接到雙蹤示波器上，觀察其波形和頻率，調(diào)節(jié)電位器Rw,使輸出端 3 獲得頻率為 50Hz 的矩形波信號。經(jīng)調(diào)試，此部分電路工作正常，并且將其頻率調(diào)節(jié)為 50.33Hz（由于電位器的靈敏度不好，只能調(diào)節(jié)到接近 50Hz出波形如下：、計(jì)數(shù)器的調(diào)試按照圖 11-1 中的單元連接電路：計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成 8421 碼十進(jìn)制形式，改變，按照原理，它應(yīng)該進(jìn)行計(jì)數(shù)，而不是不變，但是查找了很久也沒有找出原8因，導(dǎo)線是沒有問題的，也是按照電路圖接的，不會出錯，最終我和我的同伴把該部分的電路重新進(jìn)行連接，再進(jìn)行調(diào)試的時候，它能正常工作了。、電子秒表的整體調(diào)試 111 用 555 構(gòu)成的多諧振蕩器將 50Hz 的脈沖信號加在計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端 CP2試完畢。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)的各個組成部分及其功能有了清晰的了解，對基本 RS 觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，時鐘發(fā)生器以及計(jì)數(shù)和譯碼顯示等單元電路的功能和基本應(yīng)用有了進(jìn)一步的掌的過程中，我按照電路圖，親自動手，將它們連接起來，這讓我對其構(gòu)造、接線而且能很好地鍛煉自己的動手能力。其次，在實(shí)驗(yàn)過程中，我也遇到一些問題，比如，在調(diào)試基本 RS 觸發(fā)器時，Q 所接的邏輯電平顯示插口