電子秒表電路的設(shè)計(jì)

1、電子秒表電路的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)原理 圖11 1 為電子秒表的電原理圖。按功能分成四個(gè)單元電路進(jìn)行分析。 1、 基本RS 觸發(fā)器：在電子秒表中的職能是啟動(dòng)和停止秒表的工作圖11 1 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)。 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Q 、 狀態(tài)保持不變。再按動(dòng)按鈕開關(guān)K1 , 則Q 由0 變?yōu)? ，門5 開啟, 為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。 由1 變0 ，送出負(fù)脈沖，啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。 2、

2、 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)。 圖11 1 中單元為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖11 2 為各點(diǎn)波形圖。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負(fù)脈沖信號(hào)vi 由基本RS 觸發(fā)器 端提供，輸出負(fù)脈沖vO 通過(guò)非門加到計(jì)數(shù)器的清除端R 。 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ROff 。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 。 3、 時(shí)鐘發(fā)生器 圖11 1 中單元為用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。 調(diào)節(jié)電位器 RW ，使在輸出端3 獲得頻率為50H

3、Z 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(guò)門5 作為計(jì)數(shù)脈沖加于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端CP2 。 圖112單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖 圖113 74LS90引腳排列 4、 計(jì)數(shù)及譯碼顯示 二五十 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90 構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，如圖11 1 中單元所示。其中計(jì)數(shù)器接成五進(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QD 取得周期為0.1S 的矩形脈沖，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入。計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成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；1 9 秒計(jì)時(shí)。 注：集成異步計(jì)數(shù)器74L

4、S90 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。 圖11 3 為74LS90 引腳排列，表11 1 為功能表。 通過(guò)不同的連接方式，74LS90 可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0 (1) 、R0 (2) 對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助S9 (1) 、S9 (2) 將計(jì)數(shù)器置9 。其具體功能詳述如下： (1) 計(jì)數(shù)脈沖從CP1 輸入，QA 作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 (2) 計(jì)數(shù)脈沖從CP2 輸入，QD QC QB 作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 輸 入 輸 出 功 能 清 0 置 9 時(shí) 鐘 QD QC QBQA R0(

5、1) R0(2) S9 (1) S9(2) CP1 CP2 110××0××0000清 0 0××011× ×1001置 9 0 ×× 00 ×× 0 1QA 輸 出 二進(jìn)制計(jì)數(shù) 1 QD QC QB 輸出 五進(jìn)制計(jì)數(shù) QA QD QC QB QA 輸出8421BCD 碼 十進(jìn)制計(jì)數(shù) QD QA QD QC QB 輸出5421BCD 碼 十進(jìn)制計(jì)數(shù) 1 1不 變 保 持二進(jìn)制計(jì)數(shù) 1 QD QC QB 輸出 五進(jìn)制計(jì)數(shù) QA QD QC QB QA 輸出8421BCD 碼 十

6、進(jìn)制計(jì)數(shù) QD QA QD QC QB 輸出5421BCD 碼 十進(jìn)制計(jì)數(shù) 1 1 不 變 保 持 (3) 若將CP2 和QA 相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1 輸入，QD 、QC 、QB 、QA 作為輸出端，則構(gòu)成異步8421 碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (4) 若將CP1 與QD 相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2 輸入， QA 、QD 、QC 、QB 作為輸出端，則構(gòu)成異步5421 碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (5) 清零、置9 功能。 a) 異步清零 當(dāng)R0 (1) 、R0 (2) 均為“1 ”；S9 (1) 、S9 (2) 中有“0 ”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QD QC QB QA 0000 。 b) 置9 功能 當(dāng)

7、S9 (1) 、S9 (2) 均為“1 ”；R0 (1) 、R0 (2) 中有“0 ”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9 功能，即QD QC QB QA 1001 。 三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件 1 、5V 直流電源 2 、雙蹤示波器 3 、直流數(shù)字電壓表 4 、數(shù)字頻率計(jì) 5 、單次脈沖源 6 、連續(xù)脈沖源 7 、邏輯電平開關(guān) 8 、邏輯電平顯示器 9 、譯碼顯示器 10 、74LS00 ×2 555 ×1 74LS90 ×3 電位器、電阻、電容若干 四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 由于實(shí)驗(yàn)電路中使用器件較多，實(shí)驗(yàn)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。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)的

8、次序，將各單元電路逐個(gè)進(jìn)行接線和調(diào)試，即分別測(cè)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)數(shù)器的邏輯功能，待各單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路逐級(jí)連接起來(lái)進(jìn)行測(cè)試，直到測(cè)試電子秒表整個(gè)電路的功能。 這樣的測(cè)試方法有利于檢查和排除故障，保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。 1、 基本RS 觸發(fā)器的測(cè)試 將圖1 的兩個(gè)輸出端接邏輯電平顯示，按動(dòng)按鈕開關(guān)K2 （接地），記下Q 和 的值，按動(dòng)按鈕開關(guān)K1 , Q 和 的值。 2、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測(cè)試 動(dòng)態(tài)測(cè)試 輸入端接1KHZ 連續(xù)脈沖源，用示波器觀察并描繪D 點(diǎn)（VD 、）F 點(diǎn)（V0 ）波形，如嫌單穩(wěn)輸出脈沖持續(xù)時(shí)間太短，難以觀察，可適當(dāng)加大微分電容C （如改

9、為0.1 ）待測(cè)試完畢，再恢復(fù)4700P 。 3、 時(shí)鐘發(fā)生器的測(cè)試 用示波器觀察輸出電壓波形并測(cè)量其頻率，調(diào)節(jié)RW ，使輸出矩形波頻率為50Hz 。 4、 計(jì)數(shù)器的測(cè)試 （1） 計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，RO (1) 、RO (2) 、S9 (1) 、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D 、C 、B 、A, 按表11 1 測(cè)試其邏輯功能，記錄之。 （2） 計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成8421 碼十進(jìn)制形式，同內(nèi)容（1 ）進(jìn)行邏輯功能測(cè)試。記錄之。 （3） 將計(jì)數(shù)器、級(jí)連，進(jìn)行邏輯功能測(cè)試。記錄之。 5、 電子秒表的整體測(cè)

10、試 各單元電路測(cè)試正常后，按圖11 1 把幾個(gè)單元電路連接起來(lái)，進(jìn)行電子秒表的總體測(cè)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)器清零后便開始計(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)K2 ，計(jì)時(shí)立即停止，但數(shù)碼管保留所計(jì)時(shí)之值。 6、 電子秒表準(zhǔn)確度的測(cè)試 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)。 五、 數(shù)據(jù)記錄及分析 時(shí)鐘發(fā)生器的測(cè)試 示波器輸出波形為 調(diào)節(jié)RW 使得輸出波形的頻率為50HZ 。用555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，作為時(shí)鐘源。 計(jì)數(shù)器的測(cè)試 計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，則數(shù)碼管的輸出為0 4s 。計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成8421 碼十進(jìn)制形式，則數(shù)碼顯示的輸出為0.