電子秒表課程設(shè)計(jì) (2)

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p>　　2010年 月 日</p><p><b>　　電子秒表設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　（1）學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜

2、合應(yīng)用。</p><p>　　（2）學(xué)習(xí)電子秒表的調(diào)試方法。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　（1）設(shè)計(jì)基本RS觸發(fā)器電路。</p><p>　　（2）設(shè)計(jì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)時(shí)鐘發(fā)生器電路。 </p><p&

3、gt;　?。?）設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)及譯碼顯示電路。</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)過程 </b></p><p><b>　　3.1方案論證</b></p><p>　　電子秒表總體方框圖如圖1所示。</p><p>　　其工作原理為：它能實(shí)現(xiàn)簡單的計(jì)時(shí)與顯示，按下啟動(dòng)鍵開始清零計(jì)時(shí)，按下停止鍵計(jì)時(shí)停止

4、。按功能分成四個(gè)單元電路進(jìn)行分析。該電路充分運(yùn)用芯片74LS90的邏輯功能，用四片74LS90芯片實(shí)現(xiàn)秒表示00：00—99：99秒。利用集成與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器（低電平直接觸發(fā)）實(shí)現(xiàn)電路的直接置位、復(fù)位功能。利用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為計(jì)數(shù)器清零提供輸出負(fù)脈沖。利用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器為電路提供脈沖源以驅(qū)動(dòng)電路工作。</p><p><b>　　3.2電路設(shè)計(jì)</b&g

5、t;</p><p>　　電子秒表電路如圖2所示。</p><p>　　圖2 電子秒表電路圖</p><p>　?。?） 基本RS觸發(fā)器</p><p>　　圖2中單元Ⅰ為用集成與非門構(gòu)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(fù)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(hào)。</

6、p><p>　　按動(dòng)按鈕開關(guān)K2(接地)，則門1輸出=1：門2輸出Q=0，K2復(fù)位后其狀態(tài)保持不變。再按動(dòng)按鈕開關(guān)Kl，則Q由0→1，門5開啟．為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。由1→0，送出負(fù)脈沖，啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動(dòng)和停止秒表的工作。</p><p>　　注：由于基本RS觸發(fā)器的Kl= K2=0是應(yīng)當(dāng)避免的不穩(wěn)定狀態(tài)

7、，所以在調(diào)試過程中應(yīng)避免將Kl和 K2同時(shí)接地。</p><p>　　（2） 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　圖2中單元Ⅱ?yàn)橛眉膳c非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖3為各點(diǎn)波形圖。</p><p><b>　　圖3各點(diǎn)波形圖</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負(fù)脈沖信號(hào)Ui，由基本RS觸發(fā)器提供，輸出負(fù)

8、脈沖Uo通過非門加到計(jì)數(shù)器的清除端R。</p><p>　　靜態(tài)時(shí)，門4應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻R必須小于門的關(guān)門電阻Roof。定時(shí)元件RC取值不同．輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時(shí)。可以省去輸入微分電路的Rp和Cp。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計(jì)數(shù)器提供清零信號(hào)。</p><p><b>　?。?） 時(shí)鐘發(fā)生器</b></p>

9、<p>　　圖2中單元Ⅲ為用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器．是一種性能較好的時(shí)鐘源，振蕩器的頻率精度決定了電子秒表計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成的振蕩器。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。調(diào)節(jié)電位器Rw使在輸出端3獲得頻率為50HZ的矩形波信號(hào)，當(dāng)基本RS觸發(fā)器Q=1時(shí)．門5開啟，此時(shí)50HZ脈沖信號(hào)通過門5作為計(jì)數(shù)脈沖加于計(jì)數(shù)器①的計(jì)數(shù)輸入端CP2。</p><p>　　555定時(shí)器的邏輯

10、功能</p><p>　?。?） 計(jì)數(shù)及譯碼顯示</p><p>　　計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件,它不</p><p>　　僅可用來計(jì)脈沖數(shù),還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí),分頻和執(zhí)</p><p>　　行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能. 計(jì)數(shù)器種類很多</p><p>　　，按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)

11、鐘脈沖源</p><p>　　來分,有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器.根據(jù)計(jì)數(shù)制的不同,分</p><p>　　為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器.根據(jù)</p><p>　　計(jì)數(shù)的增減趨勢,又分為加法,減法和可逆計(jì)數(shù)器.還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計(jì)數(shù)器等等。</p><p>　　74LS90是異步二—五—十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加

12、法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。</p><p>　　其中計(jì)數(shù)器①接成五進(jìn)制形式，對(duì)頻率為50HZ的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行五分頻，在輸出端取得周期為0.1s的矩形脈沖，作為計(jì)數(shù)器②的時(shí)鐘輸入。計(jì)數(shù)器②及計(jì)數(shù)器③接成8421碼十進(jìn)制形式．其輸出端與實(shí)驗(yàn)裝置上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接．可顯示0．1～0．9秒：l～9．9秒計(jì)時(shí)。</p><p>　　集成異步計(jì)數(shù)器74LS90引腳排列見圖4

13、，表5為其功能表。</p><p>　　74LS90是異步二一五一十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器．它既可以作二進(jìn)制（計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入）加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制（計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入）或十進(jìn)制（計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入）加法計(jì)數(shù)器。 </p><p>　　圖4 74LS90引腳排列</p><p>　　通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可對(duì)計(jì)數(shù)器

14、清零和將計(jì)數(shù)器置9。</p><p>　　表5 74LS90功能表</p><p><b>　　4系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果</b></p><p>　　由于電路中使用器件較多，設(shè)計(jì)前必須合理安排各器件在實(shí)驗(yàn)裝置上的位置，使電路邏輯清楚．接線較短。應(yīng)按照設(shè)計(jì)任務(wù)的次序．將各單元電路逐個(gè)進(jìn)行接線和調(diào)試．即分別測試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器及計(jì)

15、數(shù)器的邏輯功能．待備單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路逐級(jí)連接起來進(jìn)行測試……，直到測試電子秒表整個(gè)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(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。</p><p>　　4.1基本RS觸發(fā)器的測試</p><p>　　其測試方法參考觸發(fā)器及其應(yīng)用中的測試方法。</p><p>　　4.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測試</p><p>&l

16、t;b>　?。?）靜態(tài)測試</b></p><p>　　用直流數(shù)字電壓表測量A、B、D、F各點(diǎn)電位值，并記錄。</p><p><b>　?。?）動(dòng)態(tài)測試</b></p><p>　　輸入端接IKHZ連續(xù)脈沖源，用示波器觀察并描繪D點(diǎn)F點(diǎn)波形．如嫌單穩(wěn)輸出脈沖持續(xù)時(shí)間太短．難以觀察，可以適當(dāng)加大微分電容c(如改為0．1

17、81;F)待測試完畢．再恢復(fù)4700PF。</p><p>　　4.3時(shí)鐘發(fā)生器的測試</p><p>　　參照由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的測試方法來測試該部分的邏輯功能，用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率．調(diào)節(jié)Rw，使輸出矩形波頻率為50Hz。</p><p><b>　　4.4計(jì)數(shù)器的測試</b></p><p&g

18、t;　　⑴ 計(jì)數(shù)器①接成五進(jìn)制形式記錄測試過程。R0（1）、R0（2）、S9（2）接邏輯開關(guān)輸出插口，CP2接單次脈沖源，CP1接高電平“1”，QD~QA接實(shí)驗(yàn)設(shè)備上譯碼顯示輸入端口D、C、B、A，按表3-3-1測試其邏輯功能并記錄。</p><p>　　⑵ 計(jì)數(shù)器②及計(jì)數(shù)器③接成8421碼十進(jìn)制形式，記錄測試過程。</p><p>　?、?將計(jì)數(shù)器①、②、③級(jí)連．進(jìn)行邏輯功能測試，并記錄

19、。 </p><p>　　4.5電子秒表的整體測試</p><p>　　各單元電路測試正常后．按圖2把幾個(gè)單元電路連接起來，進(jìn)行電子秒表的總體測試。先按一下按鈕開關(guān)K2．此時(shí)電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)K1．，則計(jì)數(shù)器清零后使開始計(jì)時(shí)，觀察數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)情況是否正常。如不需要計(jì)時(shí)或暫停計(jì)時(shí)．按一下開關(guān)K1，計(jì)時(shí)立即停止，但數(shù)碼管保留所計(jì)時(shí)之值。</p><p>

20、　　4.6電子秒表準(zhǔn)確度的測試</p><p>　　利用電子鐘或手表的秒計(jì)時(shí)對(duì)電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。</p><p><b>　　5主要儀器與設(shè)備</b></p><p>　　THD-4數(shù)字電路試驗(yàn)箱1臺(tái)</p><p>　　GOS-620示波器</p><p>　　MS8215數(shù)字萬用表</p

21、><p><b>　　數(shù)字頻率計(jì)</b></p><p><b>　　譯碼顯示器</b></p><p>　　74LS00×2 555×1 74LS90×3 電位器、電阻、電容若干</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>