電子秒表電路的設計

1、電子秒表電路的設計 實驗原理 圖11 1 為電子秒表的電原理圖。按功能分成四個單元電路進行分析。 1、 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圖11 1 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。 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Q 、 狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關K1 , 則Q 由0 變?yōu)? ，門5 開啟, 為計數(shù)器啟動作好準備。 由1 變0 ，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。 2、

2、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：在電子秒表中的職能是為計數(shù)器提供清零信號。 圖11 1 中單元為用集成與非門構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖11 2 為各點波形圖。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負脈沖信號vi 由基本RS 觸發(fā)器 端提供，輸出負脈沖vO 通過非門加到計數(shù)器的清除端R 。 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ROff 。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，可以省去輸入微分電路的RP 和CP 。 3、 時鐘發(fā)生器 圖11 1 中單元為用555 定時器構成的多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。 調節(jié)電位器 RW ，使在輸出端3 獲得頻率為50H

3、Z 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(shù)脈沖加于計數(shù)器的計數(shù)輸入端CP2 。 圖112單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖 圖113 74LS90引腳排列 4、 計數(shù)及譯碼顯示 二五十 進制加法計數(shù)器74LS90 構成電子秒表的計數(shù)單元，如圖11 1 中單元所示。其中計數(shù)器接成五進制形式，對頻率為50HZ 的時鐘脈沖進行五分頻，在輸出端QD 取得周期為0.1S 的矩形脈沖，作為計數(shù)器的時鐘輸入。計數(shù)器及計數(shù)器接成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；1 9 秒計時。 注：集成異步計數(shù)器74L

4、S90 74LS90 是異步二五十 進制加法計數(shù)器，它既可以作二進制加法計數(shù)器，又可以作五進制和十進制加法計數(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 可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0 (1) 、R0 (2) 對計數(shù)器清零，借助S9 (1) 、S9 (2) 將計數(shù)器置9 。其具體功能詳述如下： (1) 計數(shù)脈沖從CP1 輸入，QA 作為輸出端，為二進制計數(shù)器。 (2) 計數(shù)脈沖從CP2 輸入，QD QC QB 作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。 輸 入 輸 出 功 能 清 0 置 9 時 鐘 QD QC QBQA R0(

5、1) R0(2) S9 (1) S9(2) CP1 CP2 110××0××0000清 0 0××011× ×1001置 9 0 ×× 00 ×× 0 1QA 輸 出 二進制計數(shù) 1 QD QC QB 輸出 五進制計數(shù) QA QD QC QB QA 輸出8421BCD 碼 十進制計數(shù) QD QA QD QC QB 輸出5421BCD 碼 十進制計數(shù) 1 1不 變 保 持二進制計數(shù) 1 QD QC QB 輸出 五進制計數(shù) QA QD QC QB QA 輸出8421BCD 碼 十

6、進制計數(shù) QD QA QD QC QB 輸出5421BCD 碼 十進制計數(shù) 1 1 不 變 保 持 (3) 若將CP2 和QA 相連，計數(shù)脈沖由CP1 輸入，QD 、QC 、QB 、QA 作為輸出端，則構成異步8421 碼十進制加法計數(shù)器。 (4) 若將CP1 與QD 相連，計數(shù)脈沖由CP2 輸入， QA 、QD 、QC 、QB 作為輸出端，則構成異步5421 碼十進制加法計數(shù)器。 (5) 清零、置9 功能。 a) 異步清零 當R0 (1) 、R0 (2) 均為“1 ”；S9 (1) 、S9 (2) 中有“0 ”時，實現(xiàn)異步清零功能，即QD QC QB QA 0000 。 b) 置9 功能 當

7、S9 (1) 、S9 (2) 均為“1 ”；R0 (1) 、R0 (2) 中有“0 ”時，實現(xiàn)置9 功能，即QD QC QB QA 1001 。 三、 實驗設備及器件 1 、5V 直流電源 2 、雙蹤示波器 3 、直流數(shù)字電壓表 4 、數(shù)字頻率計 5 、單次脈沖源 6 、連續(xù)脈沖源 7 、邏輯電平開關 8 、邏輯電平顯示器 9 、譯碼顯示器 10 、74LS00 ×2 555 ×1 74LS90 ×3 電位器、電阻、電容若干 四、 實驗內容 由于實驗電路中使用器件較多，實驗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。 實驗時，應按照實驗任務的

8、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)生器及計數(shù)器的邏輯功能，待各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。 1、 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K2 （接地），記下Q 和 的值，按動按鈕開關K1 , Q 和 的值。 2、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測試 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（VD 、）F 點（V0 ）波形，如嫌單穩(wěn)輸出脈沖持續(xù)時間太短，難以觀察，可適當加大微分電容C （如改

9、為0.1 ）待測試完畢，再恢復4700P 。 3、 時鐘發(fā)生器的測試 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 。 4、 計數(shù)器的測試 （1） 計數(shù)器接成五進制形式，RO (1) 、RO (2) 、S9 (1) 、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D 、C 、B 、A, 按表11 1 測試其邏輯功能，記錄之。 （2） 計數(shù)器及計數(shù)器接成8421 碼十進制形式，同內容（1 ）進行邏輯功能測試。記錄之。 （3） 將計數(shù)器、級連，進行邏輯功能測試。記錄之。 5、 電子秒表的整體測

10、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(shù)器清零后便開始計時，觀察數(shù)碼管顯示計數(shù)情況是否正常，如不需要計時或暫停計時，按一下開關K2 ，計時立即停止，但數(shù)碼管保留所計時之值。 6、 電子秒表準確度的測試 利用電子鐘或手表的秒計時對電子秒表進行校準。 五、 數(shù)據(jù)記錄及分析 時鐘發(fā)生器的測試 示波器輸出波形為 調節(jié)RW 使得輸出波形的頻率為50HZ 。用555 定時器構成的多諧振蕩器，作為時鐘源。 計數(shù)器的測試 計數(shù)器接成五進制形式，則數(shù)碼管的輸出為0 4s 。計數(shù)器及計數(shù)器接成8421 碼十進制形式，則數(shù)碼顯示的輸出為0.