Multisim 电子秒表

电子秒表设计

1．实验目的：

学习数字电路中的基本RS触发器，单稳触发器，时钟发生器，译码显示电路等单元电路的综合应用。学习电子秒表的调试方法。

2．实验原理

图2-1为电子秒表的电原理图。按功能分成4个单元电路进行分析。

2.1 基本RS触发器

图2-1的单元Ⅰ部分为用集成与非门构成的基本RS触发器。它属低电平直接触发的触发器，有直接置位和复位的功能。

图2-1 电子秒表原理图

它的一路输出Q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K

2到接地，则门一的输出Q=1；门2的输出Q=0，K

2

复位后Q、Q状态保

持不变。再按动按钮开关K

1

，则Q由0变为1，门5开启，为计数器启动作好准备，Q由1变到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。

2.2 单稳态触发器

图2-1的单元Ⅱ部分为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。单稳态触发器的输

入触发负脉冲信号V

i 由基本RS触发器Q端提供，输出负脉冲V

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必须小于门的开关电阻R

off

。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R

p 和C

p

。

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。

2.3 时钟触发器

图2-1的单元Ⅲ为由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R

p

，使在输出端3获得频率为50Hz的矩形波信号。当基本RS触发器的Q=1

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74LS90（Ⅰ）的计

数输入端CP

2

。

2.4 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。其中计数器①接成五进制

形式，对频率为50Hz的时钟脉冲进行五分频，在输出端Q

D

取得周期为0.1秒的矩形脉冲，作为计数器②的时钟输入。计数器②及计数器③接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置的译码显示单元的相应输出端连接，可显示0.1～0.9s和1～9.9s计时。

表2-1为74LS90引脚功能表。

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，也可以作五进制和十进制加法计数器。

通过不同的连接方式，74LS90可以实现4种不同的逻辑功能；而且还可以借助R

（1）、

R

0（2）对计时器清零，借助S

9

（1）、S

9

（2）将计数器置9。其具体功能详述如下：（1）当计数脉冲从CP1输入，Q A作为输出端，为二进制计数器。

（2）当计数脉冲从CP2输入，Q D Q C Q B作为输出端，为异步五进制加法计数器。

（3）若将CP2和Q A相连，计数脉冲由CP1输入，Q D、Q C、Q B和Q A作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。

（4）若将CP1和Q D相连，计数脉冲由CP2输入，Q A、Q D、Q C和Q B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。

●异步清零：当R0（1）、R0（2）均为“1”，且S9（1）、S9（2）中有“0”时，可实现

异步清零，即Q

D Q

C

Q

B

Q

A

=0000。

●置9功能：当S9（1）、S9（2）均为“1”，且R0（1）、R0（2）中有“0”时，可实现

置9功能，即Q

D Q

C

Q

B

Q

A

=1001。

基于74LS190的记时电路请读者自行设计。计时电路也可采用74160实现，秒计时电路如图2-2所示，分、时计时电路请读者参考秒计时电路自行设计。

图2-2 采用74160设计的秒计时电路

3、实验仿真

3.1对定时时钟信号仿真

图3-1 555定时器产生时钟信号原

图3-2 555定时器产生波形

3.2 计数器仿真

图

3-3

计

数

器

仿

真

原

理

图

4．心得与体会

通过此次电路设计，我的理论知识掌握的更扎实，动手能力明显提高，同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到了书本上没有的知识。还有加深了对课本知识的认识理解以及应用，对一些器件的具体应用思想也有深刻的理解 ，以及对电路设计方法的实际电路连接实现特定功能也有了一定的认识。在整个设计过程中，我个人感觉调试部分是最难的，调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的！

图3-4 计数器仿真结

图3-4 整体效果图