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一、实验名称 3位数字显示计时系统 二、设计任务与要求
设计一个3位数字显示时间计数系统，以供运动员比赛用。

要求精确到秒最大计时9分59秒。

可以用按钮开关控制计时器的启动、停止及清零，开机时可以自动清零。

三、实验器件
1.74LS90 74LS08
2.数字电路试验箱
四、方案设计
数字显示计时系统是通过控制电路使用加法计数器对连续脉冲进行计数，
而加法计数器通过译码器来显示它所记忆的脉冲周期个数。

1.连续脉冲产生
连续脉冲可选用555定时器构成的多谐振荡器产生，用555定时器构成的多谐振荡器，定时元件是电阻和电容，普通器件误差较大易受温度变化的影响，对于对时间要求高的应用场合，其误差较大。

连续脉冲也可选用石英晶体振荡器通过计数器分频产生，可获得精确的秒脉冲信号。

2.技术及译码显示
加法计数器构成电子秒表的计数单元，首先用一个分频器对多谐振荡器产生的脉冲信号进行分频，然后将输出端取得周期为1s 的矩形脉冲送入计数器中，计数器都接成8421码十进制形式，其输出端与译码显示单元的相应输入端连接，可显示0~59秒；0~9分计时。

3.控制部分
控制部分用来控制计时器的清零、计时、停止。

采用三位环形计数器来实现，环形计数器的输出分别作为计数部分的清零信号、计时信号和停止信号。

……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
五、实验原理
1.系统框图如下
2.系统工作原理
实现一个三维数字显示的秒表系统，需要振荡器（脉冲冲源）、秒计数电路
季译码显示电路等组成部分。

秒计数电路满60向分计数电路进位（显示00~59s），
分计数电路满足10（显示0~9）后清零，等待重新计时。

控制开关为两个；启动
（继续）/暂停计时开关和复位开关。

其中：
（1）显示器：采用三片LED显示器把各位的数值显示出来，是秒表最终的
输出，有分、秒和毫秒位。

（2）计数器：对时钟信号进行计数并进位，毫秒和秒之间10进制，秒和分
之间60进制。

（3）译码器：对脉冲计数进行译码输出到显示单元中；
3.元器件简介
74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，管脚引线及其功能表如下。

输入输出
CP R01R02S91S92Q D Q C Q B Q A
×
1 1 0 ×0 0 0 0 1 1 ×0 0 0 0 0 ×× 1 1 1 0 0 1
↓×0 ×0
计数0 ×0 ×
0 ××0
×0 0 ×
74LS08引脚图及其功能表如下
输入输出
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
六、实验步骤及内容
1.安装
（1）按照真值表和管脚图用3块74LS90安装成最大为9分59秒的计时器，使其能正确显示。

（2）按照管脚图和原理图对应接好数码管，使其准确显示数字。

（3）安装控制电路，按下清零按钮后，计数器可以清零，按下启动/停止键后，能启动，再次按下启动/停止键，能暂停，再次按下启动/停止键，能继续。

（4）把已插入但未连接的线理清楚，然后把它们对应接入正确位置，使电路接通。

2.调试
对74LS08的四组与门进行测试，连接好电路后，测试其逻辑功能。

分别测试74LS90的逻辑功能。

连接好电路后，观察其是否能正常运行。

（1）在电路的调试过程中，由于器件本身的原因，需对电路做进一步改进，如从09直接跳到19，正确的跳转应该是从09跳到10，这时就需在进位的同时给置数端一个信号，使其在进位的同时置0，从而达到预期目标。

（2）由于仿真与实际的区别，在调试的时候发现与74LS90的清零端相连接的 JK 触发器输出端的高低电平恰好与仿真时相反，从而使得开机时不能清零。

当把CR输入端子交换后，发现恰好达到预期效果。

实践表明，一个电子装置，即使用仿真软件仿真没问题，但接实物时，往往不能达到设计的预期效果。

因此电子产品做出来之后，不仅要仿真，更要进行实物测试。

这是因为设计者在设计时，很难考虑到实际的各种情况及其所处环境对电路的影响程度。

七、故障分析及排除方法
1、按照设计原理图进行连接实际元件连接，依次对各部分进行测试，对于新设计电路来说，调试中产生的故障原因主要有以下几种情况。

（1）元器件、接口处损坏。

电子电路中通常有很多的元器件在安装的过程中，由于某种不正确操作，容易损坏电子器件。

电子器件损坏后，将使电路不能实现它的功能。

（2）电子器件与面包板接触不良。

由于线与接口处孔的大小不是很适合，接上的线比较容易脱落，由于管脚没插好，也会导致接触不良。

（3）安装的接线电路与原理图不一致，主要是某些管脚比较靠近，接线时没注意就接错了。

（4）某些电子器件的没用到的端子没有接地线或接高电平。

（5）竞争与冒险现象。

当电子器件的两端同时同时变化时，容易产生竞争冒险现象，导致电路显示不稳定。

2、故障的排除方法
在电路的调试过程中不可避免的出现各种各样的问题，在查找故障时，需要耐心和细心，一步一步地检查。

（1）安装前，对每个器件进行检查，是否有管脚缺失，是否与功能表的各项功能一致。

（2）在安装时要逐个安装、调试，检查是否达到了预定的要求。

（3）在断电情况下，观察是否有器件没有与面包板接触好，是否有线脱落的现象，是否按照了原理图上进行安装，是否有器件没有接通电源。

（4）在通电情况下，用一根导线接到共阴极的 LED 上，另一端接到待检查处，从信号源到输出一一进行检查，观察是否与仿真时的情况一致，是否与预期的电平一致。

八、实验总结
在此次的三位显示计数系统设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌
握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

在此次设计中，发现了很多日后要注意的地方和错误，例如：在连接十进制、六进制的接法中，要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。

在设计电路中，往往是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的，例如仿真的连接示意图中，往往没有接高电平的脚以及接低电平的脚，因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。

在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。

因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。

对该设计的建议：此次的数字钟设计重在于仿真和接线，虽然能把电路图接出来，并能正常显示，但对于电路本身的原理并不是十分熟悉。

总的来说，通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力。

九、参考文献。