课题(项目)名称: 电子秒表 计划学时: 4 实验类型: 1.演示性□ 2.验证性□ 3.综合性□ 4.设计性□ 5.其它□ 授课日期: 年 月 日 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。 第 周 星期 第 节 二、实验内容 二、实验原理 图17－1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17－1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Q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Q＝1；门2输出Q＝0，K2复位后Q、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。Q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、单稳态触发器 图17－1中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图17－2为各点波形图。 单稳态触发器的输入触发负脉冲信号vi 由基本RS触发器Q端提供，输出负脉冲vO 通过非门加到计数器的清除端R。 静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻ROff 。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的RP 和CP 。 单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。 图17－1 电子秒表原理图 3、时钟发生器 图17－1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17－2单稳态触发器波形图 图17－3 74LS90引脚排列 4、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17－1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0.1S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0.1～0.9秒；1～9.9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17－3为74LS90引脚排列，表17－1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17-1 输 入 清 0 R0(1)、R0(2) 1 0 × 1 × 0 置 9 S9(1)、S9(2) 0 × 1 × 0 1 时 钟 CP1 CP2 × × × × ↓ 1 1 ↓ 0 × × 0 0 × × 0 QD ↓ 1 1 三、实验设备及器件 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 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、单↓ QA 0 1 输 出 QD QC QB QA 0 0 0 0 0 1 清 0 置 9 二进制计数 五进制计数 十进制计数 功 能 QA 输 出 QDQCQB输出 QDQCQBQA输出8421BCD码 QAQDQCQB输出5421BCD码 不 变 十进制计数 保 持 稳态触发器、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 测试方法参考实验九 2、 单稳态触发器的测试 (1)静态测试 用直流数字电压表测量A、B、D、F各点电位值。记录之。 (2)动态测试 输入端接1KHZ连续脉冲源，用示波器观察并描绘D点（vD、）F点（v0）波形，如嫌单稳输出脉冲持续时间太短，难以观察，可适当加大微分电容C（如改为0.1μ）待测试完毕，再恢复4700P。 3、 时钟发生器的测试 测试方法参考实验十五，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。 4、 计数器的测试 (1) 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17－1测试其逻辑功能，记录之。 (2) 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。 (3) 将计数器①、②、③级连，进行逻辑功能测试。记录之。 5、 电子秒表的整体测试 各单元电路测试正常后，按图17－1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。 6、 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、实验报告 1、 总结电子秒表整个调试过程。 2、 分析调试中发现的问题及故障排除方法。 六、预习报告 1、 复习数字电路中RS触发器，单稳态触发器、时钟发生器及计数器等 部分内容。 2、 除了本实验中所采用的时钟源外，选用另外两种不同类型的时钟源， 可供本实验用。画出电路图，选取元器件。 3、 列出电子秒表单元电路的测试表格。 列出调试电子秒表的步骤。
