电子秒表设计实验报告文档格式.docx
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专业:
自动化
系别:
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
图11-1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。
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.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。
图11-2单稳态触发器波形图图11-374LS90引脚排列
3.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~秒;
1~9秒计时。
注:
集成异步计数器74LS90
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,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11-1
输入
输出
功能
清0
置9
时钟
QDQCQBQA
R0
(1)R0
(2)
S9
(1)S9
(2)
CP1CP2
1
0
×
×
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
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
11.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、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.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。
3.计数器的测试
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。
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。
将计数器①、②、③级连,进行逻辑功能测试。
4.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。
5.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
在电路调试过程中,刚开始由于555构成的多谐振荡器出现了一定的问题,脉冲信号不能成功输出,显示器停留在0不显示,最后下调整了555定时器的参数,使秒表正常运行。
在整个电路调试过程中可以发现,理论计算出的值在实际运行中还是误差很大,需要在实际调试中试出最恰当的电阻和电容值。
接线和调试时,应将各单元电路逐个进行接线和调试,即分别测试基本RS触器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器、译码显示电路等逻辑功能,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。
这样的模块化测试方法有利于检查和排除故障,是调试电路的常用方法。
六、实验总结
通过本次课程设计,我了解数字秒表的主体电路组成及工作原理,熟悉了集成电路及有关电子元器件的使用,学习和掌握数字电路中基本RS触发器、计数、译码显示等单元电路的综合应用。
首先是74LS90的功能,懂得实际应用上,应用串行和并行方式进行连接电路实现计数器的级联电路,进一步可以利用多片芯片设计各进制的计数电路。
通过设计重启和停止,启动计数键,我更好的理解了74LS90各引脚的功能和用法。
在利用555产生时钟信号时,我也学会了用这个芯片输出不同的频率的信号。
通过这次实验我对数字电子技术有了更进一步的熟悉,加深了我对理论知识的理解,增强了个人的动手能力,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。
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