淮阴工学院
《数字电子技术》课程实验期末考核
2014-2015学年第2学期实验名称：电子秒表电路的设计
班
级：
学
号：
姓
名：
学
院：电子与电气工程学院
专
业：自动化
系
别：自动化
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R W，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11－3 74LS90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Q D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，Q A作为输出端，为二进制计数器。

(2) 计数脉冲从CP2输入，Q D Q C Q B作为输出端，为异步五进制加法计数器。

(3) 若将CP2和Q A相连，计数脉冲由CP1输入，Q D、Q C、Q B、Q A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Q D相连，计数脉冲由CP2输入，Q A、Q D、Q C、Q B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Q D Q C Q B Q A＝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Q D Q C Q B Q A＝1001 。

表11-1
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R W，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，R O(1) 、R O(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 ”，Q D～Q A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。

记录之。

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。