数字电路电子秒表实验报告.doc

1、实验二 电子秒表一、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、掌握电子秒表的调试方法。二、实验原理图21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。 数字电子技术基础课程设计（一）电子钟数字电子技术基础课程设计电子秒表一设计目的：1、了解计时器主体电路的组成及工作原理;2、熟悉集成电路及有关电子元器件的使用;3、学习数字电路中基本RS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。二设计任务及说明：电子秒表电路是一块独立构成的记时集成电路芯片。它集成了计数器、振荡器、译码器和驱动等电路，能够对秒以下时间单位进行精确记时，具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能。设计一个可以满足以下要求的简易秒表1.秒表由5位七段LED显示器显示，其中一位显示“min”,四位显示“s”，其中显示分辩率为0.01 s，计时范围是09分59秒99毫秒；2.具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能；3.控制开关为两个：启动（继续）/暂停记时开关和复位开关三总体方案及原理:电子秒表要求能够对时间进行精确记时并显示

2、出来,因此要有时钟发生器,记数及译码显示,控制等模块,系统框图如下:时钟发生器 记数器 译码器显示器控制器图1.系统框图其中：(1)时钟发生器：利用石英震荡555定时器构成的多谐振荡器做时钟源,产生100HZ的脉冲;(2)记数器：对时钟信号进行记数并进位,毫秒和秒之间10进制,秒和分之间60进制;(3)译码器：对脉冲记数进行译码输出到显示单元中；(4)显示器：采用5片LED显示器把各位的数值显示出来，是秒表最终的输出，有分、秒、和毫秒位；(5)控制器：控制电路是对秒表的工作状态（记时开始/暂停/继续/复位等）进行控制的单元，可由触发器和开关组成。四单元电路设计，参数计算和器件选择：1.时钟发生单元时钟发生器可以采用石英晶体震荡产生100HZ时钟信号，也可以用555定时器构成的多谐振荡器，555定时器是一种性能较好的时钟源，切构造简单，采用555定时器构成的多谐振荡器做为电子秒表的输入脉冲源。因输出要求为100HZ的，选择占空比为55%，可根据T=（ ）Cln2=0.01可选择的电阻进行连接可在输出端3获得频率为100HZ的矩形波信号，即T=0.01S的时钟源，当基本RS触发器Q1时，门

3、5开启，此时100HZ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2.时钟发生器555定时器构成的多谐振荡器2.记数单元记数器74160、74ls192、74ls90等都能实现十进制记数，本设计采用二五十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，如图3所示，555定时器构成的多谐振荡器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0.010.09秒；0.10.9秒计时，计数器及计数器，计数器和计数器也接成8421码十进制形式，计数器和计数器接成60进制的形式，实现秒对分的进位。集成异步计数器74LS90简介74LS90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3为74LS90引脚排列，表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CP

4、2输入，QDQCQB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，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QDQCQBQA0000。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QDQCQBQA1001。图3.74LS90引脚排列（下）输 入 输 出 功 能清 0 置 9 时 钟 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 输 出 二进制计数1 QDQCQB输出 五进制计数 QA QDQCQBQA输出8421BCD码 十进制计数QD QAQDQCQB输出5421BCD码 十进

5、制计数1 1 不 变 保 持表1 .74LS90功能表10秒到分位的6进制位可在十进制的基础上将QB、QC连接到一个与门，它的置零信号与系统的置零信号通过一个或门连接接至R0(1)，即当记数为6或有置零信号是均置零，如图4所示。图4 .74ls90组成的6进制记数器3 .译码显示单元74LS248（74LS48）是BCD码到七段码的显示译码器，它可以直接驱动共阴极数码管。它的管脚图如图5所示. 显示器用 LC5011-11 共阴极LED显示器.(注：在multisim中仿真可以用译码显示器DCD_HEX代替译码和显示单元)。图5. 74LS248管脚图4 .控制单元（1） 启动（继续）/暂停记时开关采用集成与非门构成的基本RS触发器。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B（接地），则门1输出 1；门2输出Q0，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。（2） 清零开关通过开关对每个计数

6、器的R0(2)给以高电平能实现系统的清零。五：在MULTISIM中进行仿真将各个芯片在MULTISIM8中连接并进行仿真，仿真如图6所示，结果正确。六：设计所需元件555触发器一片，74ls90五片，74ls248五片，LC5011-11 共阴极LED显示器五片，电容、电阻若干。七：设计心得本次课程设计对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力 图21 电子秒表原理图1基本RS触发器图21中单元I为用集成与非门构成的基本RS触发器。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Q0，K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮

7、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单稳态触发器图21中单元为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图22为各点波形图。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号vi由基本RS触发器端提供，输出负脉冲vO通过非门加到计数器的清除端R。静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻ROff。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的RP和CP。单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。 图22单稳态触发器波形图 图23 74LS90引脚排列 3时钟发生器图21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的矩形波信号，当基本RS触发器Q1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。4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21中单元所示。其中计数器接成五进制形式

8、，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0.1S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0.10.9秒；19.9秒计时。注：集成异步计数器74LS9074LS90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23为74LS90引脚排列，表21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，QDQCQB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，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QDQCQBQA0000。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QDQCQBQA1001。表2-1 输 入输 出功 能清 0置 9时 钟QD QC QB QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP21100 0000清 00011 1001置 90 00 0 1QA 输 出二进制计数1 QDQCQB输出五进制计数 QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数1 1不 变保 持单稳态触发器电子电

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