2010-ZUST电子技术课程设计-说明

PAGEPAGE1电子技术课程设计题目：电子秒表一．设计目的：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．设备及器件：表1每组元器件及工具清单编号名称型号数量单价四2输入与非门74LS002片配14脚IC座二-五-十进制异步加计数器74LS903片配14脚IC座六高压输出缓冲器/驱动器SN74LS07N(DIP-14)[TI]3片2.7配14脚IC座八路达灵顿驱动ULN2803AG(DIP-18)(TOS)3?2配18脚IC座NE555定时器NE5551片配8脚IC座电阻470Ω、1.5KΩ、1KΩ、100KΩ各1个电容4700PF、510PF0.01μF、0.1μF各1个电位器100KΩ1个实验电路板1电烙铁、焊锡丝套装1焊接导线2捆表2借用仪器（从学院试验室借用）编号名称型号数量单价5V电源5V直流2片数字万用表3片双踪示波器1片三．预习：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、译码显示器等部分内容。2.分析电子秒表组成、各部分功能及工作原理。3.列出电子秒表单元电路的测试表格和调试步骤。标出所用芯片引脚号。四．基本原理：图1为电子秒表的逻辑图。按功能分成4个单元电路进行分析。74LS90R74LS90R0AR0BS9AS9BGNDQ3Q2Q1Q0CP1CP0VCC74LS90R0AR0BS9AS9BGNDQ3Q2Q1Q0CP1CP0VCC74LS90R0AR0BS9AS9BGNDQ3Q2Q1Q0CP1CP0VCC&&&&&&6251748NE555接译码显示器+5VKK1QQuiCP510PRP1KABDF1.5K+5VC4700P470ΩRuO+5V100K100K0.1μ0.01μRW123451#2#3#ⅠⅡⅢⅣ3“1图1电子秒表的逻辑图1.基本RS触发器图中单元I为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。K2、K1接电平开关，不工作时置1。当K2置0、K1置1，则门1输出Q=1，门2输出Q=0，K2再置1、K1置1，Q、Q状态不变，K2仍置1、K1置0，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。K1置0秒表清零并开始计时，K2置0秒表停止计时。基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表工作。2.单稳态触发器图1中单元Ⅱ为集成与非门构成的微分型单稳态触发器，各点波形如图2所示。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号ui由基本RS触发器Q端提供，输出负脉冲uｏ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（输出为高电平），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。当其输出为低电平时，使各计数芯片（3片74LS90）的R的输入为高电平（经过了反相器），完成计数器的复位，由于采用单稳态触发电路，R端的高电平维持时间即为暂态维持时间，暂态结束后便进入正常计时状态。tttui0tuA0uD0tuo0图2各点波形3.时钟发生器图3.2.1中单元Ⅲ为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的矩形波形信号，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CP0。4.计数及译码显示图1中单元IV为二－五－十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元。其中计数器74LS901#片接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端Q3取得周期为0.1S的矩形脉冲，作为计数器74LS902#片的时钟输入。计数器74LS902#片及计数器74LS903#片接成8421码十进制形成，其输出端与数字电路实验箱中译码显示部分的相应输入端连接，可显示0.1～9.9S计时。集成异步计数器74LS90是异步二一五一十进制加法计数器，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。其功能表如表1所示，引脚排列见附录。表1输入输出清零R0AR0B置9S9AS9B时钟CPQ3Q2Q1Q011110××0××00000000××11×1001×00×0××0×00××00×↓↓↓↓加计数加计数加计数加计数通过不同的连接方式，74LS90可以实现4种不同的逻辑功能，而且还可借助R0A、R0B对计数器清零，借助S9A、S9B将计数器置9。其具体功能详述如下：（1）计数脉冲从CP0输入，Q0作为输出端，为二进制计数器。（2）计数脉冲从CP1输入，Q3Q2Q1作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3）若将CP1和Q0相连，计数脉冲由CP0输入，Q3Q2Q1Q0作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。（4）若将CP0与Q3相连，计数脉冲CP1输入，Q0Q3Q2Q1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。①异步清零：当R0A、R0B均为“1”；S9A、S9B中有“0”时，实现异步清零功能。②置9功能：当S9A、S9B均为“1”；R0A、R0B中有“0时”，实现置9功能。五．设计内容：由于电路中使用器件较多，焊接前必须合理安排各器件在面包板上的位置，使电路逻辑清楚，接线较短。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触发器、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。1.基本RS触发器的测试：2.单稳态触发器的测试：（1）静态测试：用数字万用表测量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（uD、）F点（u0）波形，如果觉得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0.1μF）待测试完毕，再恢复4700PF。3.时钟发生器的测试：测试方法参考第二部分实验八中555定时器构成多谐振荡器的内容，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74LS901#片接成五进制形式，R0A、R0B、S9A、S9B接电平开关，CP1接单次脉冲源，CP0接高电平“1”，Q3～Q4接到译码显示电路“8、4、2、1”插孔上，测试其逻辑功能，记录之。（2）计数器74LS902#片及计数器74LS903#片接成8421码十进制形式，同内容（1）进行逻辑功能测试，记录之。（3）计数器74LS901#、74LS902#、74LS903#片级连，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3.2.1把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体测试。先将电平开关K