秒表课程设计Word下载.docx
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要求:
1.能显示两位数10进制数,其计数范围00——99。
2.具有清零、预置数、停止等功能。
指导教师签名:
2010年月日
二、指导教师评语:
2010年月日
三、成绩
2010年月日
1设计目的
(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。
2设计思路
(1)设计基本RS触发器电路。
(2)设计单稳态触发器电路。
(3)设计时钟发生器电路。
(4)设计计数及译码显示电路。
3设计过程
3.1方案论证
电子秒表总体方框图如图1所示。
其工作原理为:
它能实现简单的计时与显示,按下启动键开始清零计时,按下停止键计时停止。
按功能分成四个单元电路进行分析。
该电路充分运用芯片74LS90的逻辑功能,用四片74LS90芯片实现秒表示00:
00—99:
99秒。
利用集成与非门构成的基本RS触发器(低电平直接触发)实现电路的直接置位、复位功能。
利用集成与非门构成的微分型单稳态触发器为计数器清零提供输出负脉冲。
利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。
3.2电路设计
电子秒表电路如图2所示。
图2电子秒表电路图
(1)基本RS触发器
图2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复位后其状态保持不变。
再按动按钮开关Kl,则Q由0→1,门5开启.为计数器启动作好准备。
由1→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。
注:
由于基本RS触发器的Kl=K2=0是应当避免的不稳定状态,所以在调试过程中应避免将Kl和K2同时接地。
(2)单稳态触发器
图2中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器,图3为各点波形图。
图3各点波形图
单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Ui,由基本RS触发器提供,输出负脉冲Uo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Roof。
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2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,振荡器的频率精度决定了电子秒表计时的准确程度,通常选用石英晶体构成的振荡器。
一般来说,振荡器的频率越高,计时精度越高。
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。
555定时器的逻辑功能
TH
OUT
DIS
×
导通
>
1
<
保持
截止
图2.2.5五进制计数器
(4)计数及译码显示
计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不
仅可用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时,分频和执
行数字运算以及其它特定的逻辑功能.计数器种类很多
,按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源
来分,有同步计数器和异步计数器.根据计数制的不同,分
为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器.根据
计数的增减趋势,又分为加法,减法和可逆计数器.还有可预置数和可编程序功能计数器等等。
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。
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:
l~9.9秒计时。
集成异步计数器74LS90引脚排列见图4,表5为其功能表。
74LS90是异步二一五一十进制加法计数器.它既可以作二进制(计数脉冲由CP1输入)加法计数器,又可以作五进制(计数脉冲由CP2输入)或十进制(计数脉冲由CP1输入)加法计数器。
图474LS90引脚排列
通过不同的连接方式,74LS90可以实现四种不同的逻辑功能;
而且还可对计数器清零和将计数器置9。
清0
置9
时钟
QDQCQBQA
R0
(1)、R0
(2)
S9
(1)、S9
(2)
CP1CP2
×
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
11
不变
保持
表574LS90功能表
4系统调试与结果
由于电路中使用器件较多,设计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。
应按照设计任务的次序.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.待备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。
4.1基本RS触发器的测试
其测试方法参考触发器及其应用中的测试方法。
4.2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,并记录。
(2)动态测试
输入端接IKHZ连续脉冲源,用示波器观察并描绘D点F点波形.如嫌单稳输出脉冲持续时间太短.难以观察,可以适当加大微分电容c(如改为0.1µ
F)待测试完毕.再恢复4700PF。
4.3时钟发生器的测试
参照由555定时器构成的多谐振荡器的测试方法来测试该部分的逻辑功能,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。
4.4计数器的测试
⑴计数器①接成五进制形式记录测试过程。
R0
(1)、R0
(2)、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口D、C、B、A,按表3-3-1测试其逻辑功能并记录。
⑵计数器②及计数器③接成8421码十进制形式,记录测试过程。
⑶将计数器①、②、③级连.进行逻辑功能测试,并记录。
4.5电子秒表的整体测试
各单元电路测试正常后.按图2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.,则计数器清零后使开始计时,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K1,计时立即停止,但数码管保留所计时之值。
4.6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。
5主要仪器与设备
THD-4数字电路试验箱1台
GOS-620示波器
MS8215数字万用表
数字频率计
译码显示器
74LS00×
2555×
174LS90×
3电位器、电阻、电容若干
6设计总结
电子技术课程设计是电子技术基础这门课程的一个实践环节,是对所学电子技术理论知识的一次综合运用。
在本次设计过程中,要求我独自查阅资料,设计电路,完成课程设计说明书,这样可以在实践中训练我的工程素质,培养我的动脑、动手能力,提高我的综合能力。
通过这次对电子秒表的设计与制作,让我了解了设计电路的程序,也让我了解了关于秒表的基本原理与设计理念,要设计一个电路总要先要仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样,因为,在实际接线中有着各种各样的条件制约着。
而且,在仿真中无法成功的电路接法,在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。
所以,在设计时应考虑两者的差异,从中找出最适合的设计方法。
我们需要有扎实的知识基础,要熟练地掌握课本上的知识,这样才能对实验中出现的问题进行分析解决,要有耐心和毅力。
最后,这次设计培养了自己严谨认真,实事求是的好习惯。
一个复杂的电路原理图,涉及到很多的接线与元器件,任何一根线连接错误,都有可能导致输出不正确。
连线的时候,要特别注意结点。
每完成一个电路原理图,要记着保存。
参数的选择要准确,板块的布局要紧凑美观等等。
所有的这些,都是我在课堂上学不到的。
通过对细节的修正,使自己设计的电路图更加符合实际的功能要求。
参考文献
[1]华成英、童诗白,模拟电子技术基础,北京:
高等教育出版社,2008年
[2]阎石,数字电子技术基础,北京:
[3]闫有运.电子技术实践,中国矿业大学出版社,2007
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