数字电路-电子秒表实验报告

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2－1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0.01s，计时范围是0—9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Q＝1时，门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①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①的时钟输入。计数器①及计数器②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0.01～0.09秒；0.1～0.9秒计时，计数器②及计数器③，计数器③和计数器④也接成8421码十进制形式，计数器④和计数器⑤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QDQCQBQA＝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QDQCQBQA＝1001。图3.74LS90引脚排列（下）输入输出功能清0置9时钟QDQCQBQAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××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11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。（2）清零开关通过开关对每个计数器的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2－1电子秒表原理图1．基本RS触发器图2－1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2－1中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图2－2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2－2单稳态触发器波形图图2－374LS90引脚排列3．时钟发生器图2－1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2－1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；1～9.9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2－3为74LS90引脚排列，表2－1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，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QDQCQBQA＝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QDQCQBQA＝1001。表2-1输入输出功能清0置9时钟QDQCQBQAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××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11不变保持单稳态触发器电子电路2010-05-1217:45:10阅读127评论0字号：大中小单稳态触发器被广泛用于脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等。单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程来维持的，RC电路可接成两种形式：微分和积分电路形式一、单稳态触发器的工作特性：1．它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；2．在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态；3．暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。二、微分型单稳态触发器1．电路结构采用CMOS门电路和RC微分电路图8.2.1微分型单稳态触发器2．工作原理1）在稳态下，VI=0,VI2=VDD，故Vo=0，Vo1=VDD，C上无电压当触发脉冲VI加到输入端时，经过微分电路输出很窄的正、负脉冲Vd。当Vd上升到VTH以后，引发正反馈过程：2）Vo1迅速跳变为低电平，VI2也同时跳变为低，Vo跳变为高电平，电路进入暂稳态。同时电容C开始充电，VI2逐渐升高3）当VI2升高至VTH时，此时若触发脉冲已消失，则Vo1，VI2迅速跳变为高电平，并使输出返回Vo=0，电路恢复稳态。同时电容C放电到C上电压为0。输出脉冲幅度：Vm=VOH-VOL输出脉冲宽度：恢复时间：Tre=(3~5)RONC分辨时间：Td=tw+Tre微分型单稳态触发器的工作波形图8.2.2图6.3.1电路的电压波形图3．单稳态触发电路的应用：1）脉冲整形：将输入的不规则脉冲整型为具有一定幅度和一定宽度的脉冲。2）脉冲延时：可改变单稳态触发器的Rb1、C来调节延迟时间。3）