電子秒表華農(nóng)

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電子系統(tǒng)得啟動(dòng)與停止單元電路得構(gòu)成2、掌握時(shí)鐘信號(hào)得產(chǎn)生、計(jì)數(shù)、譯碼及顯示電路得工作原理及電路組成方法3、掌握不同類型芯片間接口電路得應(yīng)用4、掌握電子系統(tǒng)得調(diào)試與性能測(cè)試二、實(shí)驗(yàn)儀器與元器件1、雙蹤示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、直流電源、IC 測(cè)試儀、萬用電表、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室2、共陰 LED、CD4511、555 定時(shí)器、 74LS90、74LS00、電阻、電容、電位器三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、需要注意數(shù)碼管就是共陰極 (CK) 得,公共端接地 ;2、需要按照模塊進(jìn)行測(cè)試 , 方便接線得檢驗(yàn)。四、設(shè)計(jì)原理1 電路總體設(shè)計(jì)寫出設(shè)計(jì)思路 , 按模塊功能簡(jiǎn)單繪制電路總體框圖 ;按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)

2、,將各單元電路分模塊逐個(gè)進(jìn)行接線與測(cè)試, 測(cè)試基本 RS觸發(fā)器 ,啟動(dòng)與停止秒表工作 ; 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為計(jì)數(shù)器提供清零信號(hào) ; 時(shí)鐘發(fā)生器及計(jì)數(shù)器得邏輯功能 ,由 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器作為時(shí)鐘源 ,加法計(jì) 數(shù)器構(gòu)成電子秒表單元 ; 譯碼顯示電路顯示出電子秒表得內(nèi)容。測(cè)試完各單元電路正常工作后 , 再將有關(guān)電路連接起來進(jìn)行測(cè)試。74ls00 引腳圖 :功能: 四組二輸入與非門RS觸發(fā)器。結(jié)構(gòu)就是把兩個(gè)與非門或者或2 模塊 1 RS 觸發(fā)器 RS觸發(fā)器就是構(gòu)成其它各種功能觸發(fā)器得基本組成部分。又稱為基本 非門 G1、 G2得輸入、輸出端交叉連接。接線圖及 74LS00 引腳圖 :1、當(dāng) R

3、端無效 (1),S 端有效時(shí) (0), 則 Q=1,Q非=0, 觸發(fā)器置 1。2、當(dāng) R端有效 (0) 、 S端無效時(shí) (1), 則 Q=0,Q非=1, 觸發(fā)器置 0。3、當(dāng) RS端均無效時(shí) (0), 觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。4、當(dāng) RS端均有效時(shí) (1), 觸發(fā)器狀態(tài)不確定?；?RS觸發(fā)器在電子秒表實(shí)驗(yàn)中得職能就是啟動(dòng)與停止秒表工作3 模塊 2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得特點(diǎn)就是電路有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)與一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)。在觸發(fā)信號(hào)作用下 , 電路將由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)就是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持得狀態(tài) , 由于電路中 RC延時(shí)環(huán)節(jié)得作用 ,經(jīng)過一段時(shí)間后 ,電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài) , 并 在輸出端獲得一

4、個(gè)脈沖寬度為 tw 得矩形波。 在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中 , 輸出得脈沖寬度 tw, 就就是暫穩(wěn)態(tài)得維持時(shí)間 , 其長(zhǎng) 短取決于電路得參數(shù)值。 由 NE555構(gòu)成得單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路及工作波形如圖 1所示。圖中 R,C 為外接定時(shí)元件 ,輸人得觸發(fā)信號(hào) ui 接 在 低電平觸發(fā)端 (2 腳) 。穩(wěn)態(tài)時(shí) , 輸出 uo 為低電平 , 即無觸發(fā)器信號(hào) (ui 為高電平 )時(shí),電路處于穩(wěn)定狀態(tài)輸出低電平。在ui 負(fù)脈沖作用下,低電平觸發(fā)端得到低于 (1/3)Vcc, 觸發(fā)信號(hào),輸出uo為高電平 ,放電管 VT截止,電 路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) ,定時(shí)開始。在暫穩(wěn)態(tài)期間 ,電源VccRC地 , 對(duì)電容充電 ,充電時(shí)間常數(shù)

5、TRC,uc 按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)電 容 兩端電 壓 uc 上升到 (2/3)Vcc 后,6 端為高電平 ,輸出 uo變?yōu)榈碗娖?, 放電管 VT導(dǎo)通, 定時(shí)電容 C充電結(jié)束 , 即暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。 電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài) uo為低電平得狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙€(gè)觸發(fā)脈沖到來時(shí),又重復(fù)上述過程。工作 波形圖如圖 (b) 所示。輸人一個(gè)負(fù)脈沖 , 就可以得到一個(gè)寬度一定得正脈沖輸出, 其脈沖寬度 tw 取決于電容器由 0 充電到 (2/3)Vcc,所需要得時(shí)間?？傻?:tw=1、 1rc單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中就是為計(jì)數(shù)器提供清零信號(hào)。4、模塊 3 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器由 555 定時(shí)器與外接元件 R1、 R2、

6、 C構(gòu)成多諧振蕩器 , 腳 2與腳 6直接相連。電路有穩(wěn)態(tài) , 僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài) , 電 路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào) ,利用電源通過 R1、 R2向 C充電 , 以及 C通過 R2向放電端 DC放電, 使電路產(chǎn)生振蕩。電 容 C在 2/3VCC與 1/3VCC之間充電與放電 , 從而在輸出端得到一系列得矩形波。電路圖及輸出波形 :多諧振蕩器電路圖輸出信號(hào)得時(shí)間參數(shù)為 : T1=0、693(RA+RB)C,T2=0、693RB*C、震蕩周期 :T=T1+T2=0、 693(RA+2RB)C、其中, tw1 為 VC由 1/3VCC上升到 2/3VCC所需得時(shí)間 ,tw2 為電容 C放電所需得時(shí)間。

7、555電路要求 R1與 R2均應(yīng) 不小于 1K, 但兩者之與應(yīng)不大于 3、3M。外部元件得穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器得穩(wěn)定性,555 定時(shí)器配以少量得元件即可獲得較高精度得振蕩頻率與具有較強(qiáng)得功率輸出能力。因此 , 這種形式得多諧振蕩器應(yīng)用很廣。根據(jù)公式 , 用示波器觀察輸出電壓 , 并測(cè)量其頻率 , 根據(jù) T1=0、693(RA+RB)C,T2=0、693RB*C、T=T1+T2,其中 C=4、7 F,令 RB=30K,f=50hz 周期 T=0、2s, 則 RB=1,404、 31672346566、5、模塊 4 加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成電子秒表得技術(shù)單元計(jì)數(shù) :計(jì)數(shù)就是一種最簡(jiǎn)單、最基本得邏輯運(yùn)算 ,

8、 計(jì)數(shù)器得種類繁多 , 如按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)得次序分類,可分為同步計(jì)數(shù)器與異步計(jì)數(shù)器 ; 按計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)數(shù)字得增減分類 , 可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器與可逆計(jì)數(shù)器等。本實(shí)驗(yàn) 中利用了 74LS90模塊進(jìn)行計(jì)數(shù) , 該電路就是由 4個(gè)主從觸發(fā)器與用作除 2計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)周期長(zhǎng)度為除 5 得 3位 2進(jìn) 制計(jì)數(shù)器所用得附加選通所組成。 將 B 輸入同 QA 輸出連接 ,輸入計(jì)數(shù)脈沖可加到輸入 A 上,此時(shí)輸出引腳就能如真 值表要求輸出。 74LS00 為四組 2 輸入端與非門。74LS90功能:74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同得邏輯功能 ; 而且還可借助 R0(1) 、R0(2)對(duì)計(jì)數(shù)器清零 ,借助

9、6、7腳將計(jì)數(shù)器置 9。6、7 為置 9 輸入端 ,不用時(shí)應(yīng)接地。這里我們需要用到異步 8421碼十進(jìn)制加法計(jì)算 , 所以將若將 1與 12相連 ,計(jì)數(shù)脈沖 由 14 輸入,QD、QC、QB、QA作為輸出端、計(jì)數(shù)脈沖從 A輸入時(shí) ,QA作為輸出端 , 為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖從 B輸 入,QD、QC、QB 作為輸出端時(shí) ,為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。引腳圖 :真值表:6、模塊 5 譯碼顯示電路顯示出電子秒表得內(nèi)容譯碼與顯示 :十進(jìn)制計(jì)數(shù)器得輸出經(jīng)譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 ,可以顯示 09 十個(gè)數(shù)字 ,CD4511就是 BCD7段譯碼驅(qū)動(dòng)集 成電路。其引腳得 LT為試燈輸入 ,BI 為消隱輸入 ,LE 為鎖

10、定允許輸入 ,A、B、C、D為BCD碼輸入 ,ag 為七段譯碼。 LED數(shù)碼管就是常用得數(shù)字顯示器 , 分共陰與共陽兩種。而數(shù)碼管得發(fā)光原理與普通發(fā)光二極管就是一樣得 , 所以可 將數(shù)碼管得亮段當(dāng)成幾個(gè)發(fā)光二極管。根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管得共連接端不同 ,可以分為共陽極接法與共陰極接法 , 共 陽極接法就就是七個(gè)發(fā)光二極管得正極共同接電源 VCC,通過控制每個(gè)發(fā)光二極管得負(fù)極就是否接地來顯示數(shù)字。共陰極接法就就是車個(gè)發(fā)光二極管得負(fù)極共同接地GND,通過控制每個(gè)發(fā)光二極管得正極就是否接電源來顯示數(shù)字。管腳分別控制著每個(gè)發(fā)光二極管得亮暗。CD4511真值表 :共陰極數(shù)碼管接線圖譯碼器 74LS47功能:

11、74LS47就是 BCD-7段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器 ,74LS47得功能用于將 BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中得數(shù)字 , 通過它來進(jìn)行解碼 , 將每個(gè)輸入得二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)得輸出得高、低電平信號(hào)。真值表如下 :引腳圖:7、總體電路五、實(shí)驗(yàn)仿真1、模塊 1 RS 觸發(fā)器RS觸發(fā)器得一路輸出 Q作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得輸入 , 另一跟路輸出 Q作為與非門 5 得輸入控制信號(hào)。按動(dòng)按鈕開關(guān) K2（接地）, 則門 Q1輸出 1, 門 Q輸出 0,K2 復(fù)位后 Q、 Q1狀態(tài)保持不變。再按動(dòng)按鈕開關(guān)K1;則 Q由 0變?yōu)?1,為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作為準(zhǔn)備。 Q1由 1變?yōu)?0, 啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。按動(dòng)按鈕開關(guān) K2（接地

12、）, 則門 Q1輸出 1,門 Q輸出 0,K2 復(fù)位后 Q、Q1狀態(tài)保持不變。再按動(dòng)按鈕開關(guān) K1;則Q由0變?yōu)?1,為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作為準(zhǔn)備。 Q1由 1變?yōu)?0,啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。2、模塊 2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入端接受 1KHZ得連續(xù)脈沖源 ,用示波器觀察并記錄 VC與VO點(diǎn)得波形 ,因?yàn)?RC得取值,輸出脈沖持續(xù)時(shí)間太短 ,難 以觀察 , 這里選取 R=1k與 C=1F 進(jìn)行觀察 ,待測(cè)試完畢再更換成計(jì)算值。3、模塊 3 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器 ,作為時(shí)鐘源根據(jù)公式 , 用示波器觀察輸出電壓 , 并測(cè)量其頻率 , 根據(jù) T1=0、693(RA+RB)C,T2=0、693RB*C、T=T1+T2,其中 C=4、7F,令 RB=30K,f=50hz 周期 T=0、2s,則 RB=1,404、 316723465664、模塊 4 加法計(jì)數(shù)器5、模塊 5 譯碼顯示電路顯示出電子秒表得內(nèi)容動(dòng)按鈕開關(guān) K2（接地）, 則門 Q1輸出 1,門Q輸出 0,K2復(fù)位后 Q、 Q1狀態(tài)保持不變。再按動(dòng)按鈕開關(guān) K1;則Q由0變 為 1, 為計(jì)數(shù)器啟動(dòng)作為準(zhǔn)備。 Q1由 1 變?yōu)?0, 啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。六、實(shí)驗(yàn)收獲與體會(huì)在本次實(shí)驗(yàn)過程中 , 我們小組按照預(yù)習(xí)仿真一步步進(jìn)行接線 , 可就是結(jié)果并不理想。我們分模塊