電子秒表課程設計

1、<p><b>　　電子秒表設計</b></p><p>　　2011年 11月20日</p><p><b>　　電子秒表設計</b></p><p><b>　　1 設計目的</b></p><p>　?。?）學習數字電路中基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器

2、及計數、譯碼顯示等單元電路的綜合應用。</p><p>　　（2）學習電子秒表的調試方法。</p><p><b>　　2 設計思路</b></p><p>　?。?）設計基本RS觸發(fā)器電路。</p><p>　　（2）設計單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。</p><p>　?。?）設計時鐘發(fā)生器電路。<

3、/p><p>　　（4）設計計數及譯碼顯示電路。</p><p><b>　　3 設計過程 </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><b>　　3.2電路設計</b>&

4、lt;/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中用集成與非門構成的基本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。</p>

5、<p>　　按動按鈕開關S2讓其接地，則U7A輸出=1，U8A輸出Q=0，S2復位后其狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關S1，則Q由0→1，U8A開啟，作好準備啟動計</p><p>　　數器。由1→0，送出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。</p><p><b>　　RS觸發(fā)器原理圖</b></p><p><b>　　RS觸發(fā)器

6、仿真截圖</b></p><p>　　*注：由于基本的RS觸發(fā)器的S1=S2=0是應該避免的不穩(wěn)定狀態(tài)，所以在調試過程中應當避免將S1和S2同時接地。</p><p>　?。?） 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　圖2中用集成與非門構成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計數器提供清零信號。</p><p>　

7、　當電路處于靜態(tài)時，電阻R須小于門的關門電阻Roof RC取值不同所以輸出脈沖寬度不同。當觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時,可將省去輸入微分電路的Rp和Cp。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器提供負脈沖信號Vi，，輸出負脈沖Vo由非門加到計數器的清除端R。</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理圖</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

8、仿真截圖</p><p><b>　?。?）時鐘發(fā)生器</b></p><p>　　圖7中單元Ⅲ由集成運放ua741構成的方波發(fā)生電路。此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網絡，通過RC充、放電實現輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓+Uz,,此時滯回電壓比較器的門限電壓為UTH2。輸出信號通過R2對電容C１正向充電，充電

9、波形如圖3箭頭所示。當該電壓上升到ＵTH2時，電路的輸出電壓變?yōu)椋璘Z,門限電壓也隨之變?yōu)閁TH1，電容C1經電阻R2放電。當該電壓下降到ＵTH１時輸出電壓又回到+Uz，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。輸出方波如圖八所示，調節(jié)滑動變阻器RW2可改變方波的周期。</p><p>　　可調方波發(fā)生電路仿真截圖</p><p>　?。?） 計數及譯碼顯示</p&g

10、t;<p>　　計數器是一個用以實現計數功能的時序部件,它不僅可用來計脈沖數,還常用作數字系統的定時,分頻和執(zhí)行數字運算以及其它特定的邏輯功能.</p><p>　　計數器種類繁多。如果按計數其中的觸發(fā)器同時翻轉分類，可以將計數器分為同步式和異步式兩種。在同步計數器中，當時鐘脈沖輸入時觸發(fā)器的翻轉是同時發(fā)生的。而在異步計數器中，觸發(fā)器的翻轉有先有后，不是同時發(fā)生的。如果按計數過程中計數器中的增減分類

11、，又可以分為加法計數器、減法計數器和可逆計數器。如果按計數器中的數字編碼方式分類，還可以以分成二進制計數器、二-十進制計數器、格雷碼計數器等。</p><p>　　74LS90是異步二—五—十進制加法計數器，它既可以作二進制加法計數器，又可以作五進制和十進制加法計數器。</p><p>　　其中計數器U1接成五進制形式，對頻率為50HZ的時鐘脈沖進行五分頻，在輸出端取得周期為0.1s的矩形

12、脈沖，作為計數器U2的時鐘輸入。計數器U2及計數器U3接成8421碼十進制形式．其輸出端與實驗裝置上譯碼顯示單元的相應輸入端連接．可顯示0．1～0．9秒：l～9．9秒計時。。</p><p>　　74LS90是二－五－十進制異步計數器，從000計到111為例。先接成加法計數狀態(tài)，在輸出為1000時（既Q4為高電平時）把Q4輸出接到R01和R02腳上（即異步置0），此時當計數到1000時則立刻置0，從新從0開始計數

13、。1000的狀態(tài)為瞬態(tài)。 </p><p>　　狀態(tài)轉化圖中是0000到0111是有效狀態(tài)，1000是瞬態(tài)，跳轉從這個狀態(tài)跳回到0000狀態(tài)。</p><p>　?。?） 計數脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數器。</p><p>　?。?） 計數脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進制加法計數器。</p><p>

14、　　（3） 若將CP2和QA相連，計數脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構成異步8421碼十進制加法計數器。</p><p>　?。?） 若將CP1與QD相連，計數脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構成 </p><p>　　異步5421碼十進制加法計數器。</p><p>　?。?） 清零、置9功能。&

15、lt;/p><p><b>　　a) 異步清零</b></p><p>　　當R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時，實現異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。</p><p><b>　　b) 置9功能</b></p><p>　　當S9（1）、S9（2）均為“1”

16、；R0（1）、R0（2）中有“0”時，實現置9功能，即QDQCQBQA =1001.</p><p><b>　　74LS90引腳圖</b></p><p><b>　　4系統調試與結果</b></p><p>　　由于電路中使用器件較多，設計前必須合理安排各器件在實驗裝置上的位置，使電路邏輯清楚．接線較短。應按照設計任務

17、的次序．將各單元電路逐個進行接線和調試．即分別測試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計數器的邏輯功能．待備單元電路工作正常后，再將有關電路逐級連接起來進行測試……，直到測試電子秒表整個電路的功能。這樣的測試方法有利于檢查和排除故障，保證實驗順利進行。</p><p>　　(1)組裝調試電子秒表</p><p>　　(2)對多諧振蕩器進行調試</p><p>

18、　　(3)調試單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　(4)調試清零、停止功能的基本RS觸發(fā)器電路仿真開始測試</p><p>　　(5)觀察計數和數碼管的顯示</p><p>　　最后進行電子秒表的整體測試：各單元電路測試正常后．按圖2把幾個單元電路連接起來，進行電子秒表的總體測試。先按一下按鈕開關S2．此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關S1．，則計數器清零后使開始計

19、時，觀察數碼管顯示計數情況是否正常。如不需要計時或暫停計時．按一下開關S1，計時立即停止，但數碼管保留所計時之值。</p><p><b>　　5主要儀器與設備</b></p><p><b>　　數字電路試驗箱1臺</b></p><p><b>　　示波器</b></p><p

20、><b>　　數字萬用表</b></p><p><b>　　數字頻率計</b></p><p><b>　　譯碼顯示器</b></p><p>　　74LS00×2 74LS90D×3 </p><p>　　電位器、電阻、電容若干</p

21、><p><b>　　6設計總結 </b></p><p>　　電子技術課程設計是電子技術基礎這門課程的一個實踐環(huán)節(jié)，是對所學電子技術理論知識的一次綜合運用。在本次設計過程中，我獨自查閱一些資料并且虛心向同學請教，在老師的指導下,設計電路，完成課程設計說明書，這樣培養(yǎng)了我的動腦、動手能力，提高了我的綜合能力。</p><p>　　通過這次對電子秒表

22、的設計，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于秒表的基本原理與設計理念。我們需要有扎實的知識基礎，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對實驗中出現的問題進行分析解決，要有耐心和毅力。</p><p>　　一個復雜的電路原理圖，涉及到很多的接線與元器件，任何一根線連接錯誤，都有可能導致輸出不正確,所以可以同學間進行互相檢查,改正錯誤。連線的時候，要特別注意結點。參數的選擇要準確，板塊的布局要緊湊美觀等等。所有的這

23、些，都是我在課堂上學不到的。通過對細節(jié)的修正，使自己設計的電路圖更加符合實際的功能要求。最后，這次設計培養(yǎng)了自己嚴謹認真，實事求是的好習慣,也使自己提高了與同學互相探討的能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 華成英、童詩白，《模擬電子技術基礎》，北京：高等教育出版社，2008年</p><p>　　[