数电实验考核电子秒表电路的设计

淮阴工学院《数字电子技术》课程实验期末考核 2014-2015学年第2学期实验名称：电子秒表电路的设计班级：电子1131学号：姓名：学院：电子与电气工程学院专业：电子信息工程系别：电子信息工程系指导教师：《数字电子技术》实验指导教师组成绩：2015年07月电子秒表电路的设计一、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、学习电子秒表的调试方法。

二、实验原理本实验设计的电子秒表电路的基本框图如下图所示，它主要由基本RS触发器、单稳态触发器、多谐振荡器、计数器和译码显示器五个部分组成。

电子秒表电路的基本组成框图图11 －1 为电子秒表的电路原理图。

按功能分成四个单元电路进行分析1、基本RS 触发器：图11 －1 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Q ＝0 ，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。

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11 －1 中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图11 －2 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，输出通过非门加到计数器的清除端R 。

负脉冲VO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。

3、时钟发生器图11 －1 中单元Ⅲ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①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11 －1 中单元Ⅳ所示。

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QD 取得周期为0.1S 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上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.1 ～0.9 秒；1 ～9 秒计时。

图11－2单稳态触发器波形图图11－3 74LS90引脚排列5、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11 －3 为74LS90 引脚排列，表11 －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CP2 输入，QD QC QB 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。

表11－1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QD QC QB QA ＝0000 。

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QD QC QB QA ＝1001 。

三、实验仪器1 、＋5V 直流电源2 、双踪示波器3 、直流数字电压表4 、数字频率计5 、单次脉冲源6 、连续脉冲源7 、逻辑电平开关 8 、逻辑电平显示器9 、译码显示器 10 、74LS00 ×2 555 ×1 74LS90 ×3电位器、电阻、电容若干四、实验内容由于实验电路中使用器件较多，实验前必须合理安排各器件在实验装置上的位置，使电路逻辑清楚，接线较短。

实验时，应按照实验任务的次序，将各单元电路逐个进行接线和调试，即分别测试基本RS 触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器的逻辑功能，待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来进行测试……，直到测试电子秒表整个电路的功能。

这样的测试方法有利于检查和排除故障，保证实验顺利进行。

1、基本RS 触发器的测试将图1 的两个输出端接逻辑电平显示，按动按钮开关K2 （接地），记下Q和的值，按动按钮开关K1 , Q 和的值。

2、单稳态触发器的测试（1）静态测试用直流数字电压表测量A、B、D、F各点电位值。

记录之。

（2）动态测试输入端接1KHZ 连续脉冲源用示波器观察并描绘D 点（VD 、）F 点（V0 ）波形，如嫌单稳输出脉冲持续时间太短，难以观察，可适当加大微分电容C （如改为0.1 μ）待测试完毕，再恢复4700P 。

3、时钟发生器的测试用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节RW ，使输出矩形波频率为50Hz 。

4、计数器的测试（1）计数器①接成五进制形式，RO (1) 、RO (2) 、S9 (1) 、S9 (2) 接逻辑开关输出插口，CP2 接单次脉冲源,CP1 接高电平“1 ”，QD ～QA 接实验设备上译码显示输入端D 、C 、B 、A, 按表11 －1 测试其逻辑功能，记录之。

（2）计数器②及计数器③接成8421 码十进制形式，同内容（1 ）进行逻辑功能测试。

记录之。

（3）将计数器①、②、③级连，进行逻辑功能测试。

记录之。

5、电子秒表的整体测试各单元电路测试正常后，按图11 －1 把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体测试。

先按一下按钮开关K2 ，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关K1 ，则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常，如不需要计时或暂停计时，按一下开关K2 ，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。

6、电子秒表准确度的测试利用电子钟或手表的秒计时对电子秒表进行校准。

五、实验调试1、基本RS触发器的调试按照图11-1中的单元Ⅰ连接电路，即用集成与非门构成基本RS触发器，将按钮开关K1和K2的一端接地，将Q和端均接在逻辑电平显示插口，启动实验箱上面的电源，若按动按钮开关K2，输出1，Q输出0，K2复位后，Q和的状态保持不变。

当再按动按钮开关K1时，Q由0变为1，由1变为0，则说明单元Ⅰ的基本RS触发器连接正确。

经调试，我们的并没有输出1，实验前，我们已经检测了所有导线，因此，不可能是导线问题，我们又仔细检查了电路的连接情况，也没有发现错误，最终查出是逻辑电平显示的灯坏了，换了插口后，此部分电路工作正常，符合要求。

2、时钟发生器的调试按照图11-1中的单元Ⅲ连接电路，即用555定时器构成多谐振荡器，将输出端3连接到双踪示波器上，观察其波形和频率，调节电位器Rw,使输出端3获得频率为50Hz的矩形波信号。

经调试，此部分电路工作正常，并且将其频率调节为50.33Hz（由于电位器的灵敏度不好，只能调节到接近50Hz），示波器的输出波形如下：3、计数器的调试按照图11-1中的单元Ⅳ连接电路：计数器①接成五进制形式，计数器②及计数器③接成8421 码十进制形式，调试的过程中，计数器连接的两个数码管，其中有一个数码管上显示的数字并不改变，按照原理，它应该进行计数，而不是不变，但是查找了很久也没有找出原因，导线是没有问题的，也是按照电路图接的，不会出错，最终我和我的同伴把该部分的电路重新进行连接，再进行调试的时候，它能正常工作了。

4、电子秒表的整体调试各个单元电路调试正常之后，按照图11—1把几个单元电路连接起来，进行一下整体的调试。

（由于单稳态触发器这部分，实验中没有做，该部分接地即可，用555构成的多谐振荡器将50Hz的脉冲信号加在计数器①的计数输入端CP2），电路连接完毕后，数码管开始循环显示数字，表示该秒表电路连接比较成功。

调试完毕。

六、实验总结在本次的数电实验考核之中，我学到了很多东西。

首先，我对电子秒表电路的各个组成部分及其功能有了清晰的了解，对基本RS触发器，单稳态触发器，时钟发生器以及计数和译码显示等单元电路的功能和基本应用有了进一步的掌握。

在做实验之前，针对这个实验所涉及到的内容，我都到书上查找了相应的理论知识，好好地复习了一番，又到网上搜集了一些相关的资料，扩展了自己在这些方面的知识。

在上理论课的时候，我对这些东西还不是很了解，但是在做实验的过程中，我按照电路图，亲自动手，将它们连接起来，这让我对其构造、接线和它在电路中的功能有了极深的印象，都说将理论和实践相结合，才能把知识掌握得更牢固，这话一点都没有错。

在亲自动手的过程中，不仅能巩固自己的知识，而且能很好地锻炼自己的动手能力。

其次，在实验过程中，我也遇到一些问题，比如，在调试基本RS触发器时，Q所接的逻辑电平显示插口上的灯是坏的，但是我们没有发现，检查几遍电路，也没有发现错误，最后换了另一个插口，调试成功。

这一个很小的问题让我们检查了很久，这就说明我们要对电路很熟悉，而且要了解哪些地方容易出现问题，这样的话，检查起来会比较快捷。

在计数器调试那块，出现一点问题，但由于电路非常复杂，查找起来很麻烦，我们就干脆重新连接电路，最后，我和我的搭档将它弄好了。

这也让我明白：在连接电路和调试的过程中，每一步，我们都要仔细、认真地对待，不要因为一点小错误而重新再来，从一点一滴抓起，培养一种科学、严谨的态度。