电子秒表综合设计.doc

攀枝花学院综合设计（论文）电子秒表设计学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 助理指导教师： 二一二年12月19攀枝花学院本科设计（论文） 摘 要本次课程主要设计从0.1s9.9s之间的电子秒表。电子秒表的设计原理就是不断输出连续脉冲给计数器，而计数器通过翻译机来显示它记忆的脉冲周期个数。该设计由多谢振荡器、分频器电路、时间技术党员，数码显示期几部分组成，通过555定时器构成的多谢振荡器来产生时钟脉冲，脉冲直接输入，74LS90清零端直接由逻辑开关来控制。这一时钟脉冲直接送入计数器中进行计数，而对应的数码显示管上显示出时间。而电子秒表设计最主要的就是对各元件的检测，只要各元件检测合格，则电子秒表的设计算是成功了一大半，其中最主要检测元件有基本RS触发器的测试、单稳态触发器的测试、时钟发生器的测试、计数器的测试，电子秒表的整体测试以及电子秒表的准确度测试。关键词 单稳态触发器，RS触发器，时钟发生器，计数器，电子秒表目录实验课程设计从0.1s9.9s之间的电子秒表1一、实验目的1二、实验设备1三、实验要求2四、实验原理21、基本RS触发器32、单稳态触发器43、时钟发生器44、时钟发生器45、集成异步计数器74LS905四、实验内容和步骤61、基本RS触发器的测试62、单稳态触发器的测试83、时钟发生器的测试104、计数器的测试115、电子秒表的整体测试156、电子秒表准确度的测试18五、实验总结191、总结电子秒表整个调试过程192、分析调试中发现的问题及故障排除方法19实验课程设计从0.1s9.9s之间的电子秒表一、实验目的1、学习数字电路中的基本RS触发器，单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示器等单元电路的综合运用。2、熟悉555定时器的使用以及相关电路设计，巩固RS触发器的功能及特性，熟悉RS触发器的使用和设计。3、学习电子秒表的调试方法。4、学习Multisim的使用方法与调试方法。5、建立分频的基本概念。二、实验设备（1）+5V直流电源（2）双踪示波器（3）数字频率计（4）单次脉冲源（5）连续脉冲源（6）逻辑电平开关（7）逻辑电平显示器（8）译码显示器（9）74LS00*2、555*1、74LS90*3、电位器、电阻、电容。三、实验要求1、利用555定时器制作一个频率为50Hz的时钟发生装置。2、利用五、十、十进制计数器直说时钟分频电路，输出0.1秒到9.9秒的计数脉冲。3、通过分频电路，输出周期为0.1s的计数脉冲。4、利用74LS248和数码显示器接受分频电路输出的计数脉冲，并显示出来。5、使用基本RS触发器制作电子秒表的控制开关，实现开始计数，停止并保持计数和清零重新开始计数的功能。四、实验原理图1所示为电子秒表的原理图，按功能可分成四个单元电路进行分析。图1 电子秒表原理图1、基本RS触发器图1中单元I为用集成器与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接复位的功能。它的一路输出作为单稳态触发器的输入，另一端从输出Q作为与非门5的输出控制信号。按动按钮开关（接地），则门1输出=1，门2输出Q=0，复位后Q、状态保持不变。再按动开关，则Q由0变到1，门5开启，为计数器启动做好准备；由1变为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1中单元为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，检验单稳态各点波形图。单稳态触发器的输入触发负脉冲信号由基本RS触发端端提供，输出负脉冲通过非门加到计数器的清楚端。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。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。单触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度，可以省去输入微分电路的和。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。3、时钟发生器图1中单元为555定时器构成的多谢振荡器，是一种性能较好的时钟源。调节电位器，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作为计数器脉冲驾驭计时器的计数输入端。4、时钟发生器二-五-十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，如图1中单元所示。其中计数器接成五进制形式，对频率为50Hz的时钟脉冲进行五分频，在输出端取得周期为0.1s的矩形脉冲，作为计数器的时钟输入。计数器及计数器接成8421BCD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0.19.9s计时。5、集成异步计数器74LS9074LS90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2为74LS90引脚排列图74LS90引脚排列图表1为其功能表。表1输入输出功能清0置9时钟110/00000清零0/0111001置90/00/01A 输出二进制计数1DCB 输出五进制计数DCBA输出8421码十进制计数ADCB输出5421码十进制计数11不变保持通过不同的连接方式，74LS90可以实现不同的逻辑功能；而且还可以借助、对计数器清零，借助、将计数器置9。其具体功能详述如下：（1） 计数脉冲从输入，作为输出端，为二进制计数器。（2） 计数脉冲从输入，作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3） 若将和相连，计数器脉冲由输入，、作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。（4） 若将和相连，计数器脉冲由输入，、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、均为“1”；、中有“0”，实现异步清零功能，即=0000。2）当、均为“1”；、中有“0”，实现异步置9功能，即=1001。四、实验内容和步骤由于实验电路中使用较多器件，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，将各元件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的逻辑功能，待各个单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来进行总体调试，直到测试电子秒表整体电路的功能完全实现。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为将Q端接入举矩形示波器，运行程序后，不断变更开关、的位置，在示波器上显示器波形看是否满足要求，实验图为图3、图4如下；图3 单元I连接实物图图4 单元I RS触发器波形图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各点电位置并记录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（）、F点（）波形，如嫌单稳输出脉冲持续时间太短，难以观察，可适当增大微风电容C，待测完之后，再恢复4700pF。实验图为下图；图5 单稳态触发器测试图测试波形为图6；图6 A点波形图图7 D点波形图图8 A、D点波形比较图3、时钟发生器的测试测试方法为，用示波器观察555多谐振荡器输出电压的波形并测量器频率，调节，使输出矩行波频率为50Hz。其实物连接图为；图9 单元III时钟发生器实物连接图图10 时钟发生器波形及周期测试图4、计数器的测试（1）计数器接成五进制形式，、接逻辑开关输出插口，接单次脉冲源，接高电平“1”，、接实验设备上译码显示输入端D、C、B、A，安表1测试其逻辑功能并记录。（2）计数器及计数器接成8421码十进制形式，同内容（1）进行逻辑功能测试并记录。（3）将计数器、级联，进行逻辑测试并记录。（4）计算，按照进制分配，U3接输入信号为50Hz，由于U3为五分频，则它的频率为50/5=10Hz，及周期为T1=1/10=0.1sU2接U3的输出信号，又是十分频输出，则U2输出频率为10/10=1Hz，其周期为T1=1/1=1s。U1接U2的输出信号，又是十分频输出，则U1输出频率为1/10=0.1Hz，其周期为T1=1/0.1=10s。因此其实物连接图与输出波形为下图；图11 测量U3频率与波形实物连接图图12 U3周期显示与波形图图13 测量U2频率与波形实物连接图图14 U2周期显示与波形图图15 测量U1频率与波形实物连接图图16 U1周期显示与波形图由波形图可知，示波器显示的周期大小与实际周期大小基本一致，因此，计数器的测试已基本合格。5、电子秒表的整体测试各单元电路测试后，就是电子秒表的测试，电子秒表的测试就是电子秒表与其他元件独立起来，独自测试，给计数器施以频率为50Hz，电压为10V的信号发生器，如图20所示；其秒表显示如图18、图19所示；图18 电子秒表测试连接图图19 测试电子秒表的运行时间显示由图可知测试时间和程序本身运行时间进本一致，电子秒表测试成功。图20 电子秒表测试的信号发生源各单元器件测试结束后，计时电子秒表的整体测试，把几个单元的电路连接起来，进行电子秒表的总体测试。测试图形为图21；图21 电子秒表总体连接示意图先按一下按钮开关，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关，则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示技术情况是否正常，如不需要计时或暂停计时，按一下开关，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。下图就为暂停时所计时间；图22 电子秒表整体测试图由测试图可知，当系统反应时间为4.02s时，计数器为3.8s，与实际有点延迟。原因是，在系统开始运行时555触发器输出端与非门出有一定延迟，这样计时就比系统稍微延迟一点，就会产生了过这样的效果。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。要想对电子秒表进行校准，则要改变该程序的一些参数，比如，将反应时间调到010s，这样当计时到达第10s之后系统就会自动停止运行，将秒表步长改为0.1秒，这样就与实际时间同步。这时秒表上面显示的数字为9.8s，还是与系统延迟又0.2s，与手表秒计时也相差有0.2s，用我们计时说的数据就是实际运行数据，虽然还有一定的不准确性，但实验中存在一定误差于是被允许的。因此，整体实验测试结束。五、实验总结1、总结电子秒表整个调试过程电子秒表的各个单元，各个元件之间会有相互影响，在调试元件的各单元时，要将其他单元元件隔开，这样调试的结果才不会收到其他元件的相互影响，在调试时还要不断变更一些参数，这样测出来的结果才会更加准确。其他单元元件调试结束后才是电子秒表的整体调试。不论是单元元件还是整体电子秒表测试，都要注意元件连接结束后再仔细检查线路，以免运行时出现问题。2、分析调试中发现的问题及故障排除方法1）可能的问题调试时看不到输出波形；秒表测验