電子秒表課程設(shè)計

1、<p><b>　　電子秒表設(shè)計</b></p><p>　　2011年 11月20日</p><p><b>　　電子秒表設(shè)計</b></p><p><b>　　1 設(shè)計目的</b></p><p>　?。?）學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器

2、及計數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。</p><p>　　（2）學(xué)習(xí)電子秒表的調(diào)試方法。</p><p><b>　　2 設(shè)計思路</b></p><p>　　（1）設(shè)計基本RS觸發(fā)器電路。</p><p>　　（2）設(shè)計單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。</p><p>　　（3）設(shè)計時鐘發(fā)生器電路。<

3、/p><p>　?。?）設(shè)計計數(shù)及譯碼顯示電路。</p><p><b>　　3 設(shè)計過程 </b></p><p><b>　　3.1方案論證</b></p><p>　　電子秒表總體方框圖如圖1所示：</p><p><b>　　3.2電路設(shè)計</b>&

4、lt;/p><p>　　電子秒表電路如圖2所示：</p><p>　　圖2 電子秒表電路圖</p><p>　　（1） 基本RS觸發(fā)器</p><p>　　圖2中用集成與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，屬低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能。它的一路輸出作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出Q作為與非門5的輸入控制信號。</p>

5、<p>　　按動按鈕開關(guān)S2讓其接地，則U7A輸出=1，U8A輸出Q=0，S2復(fù)位后其狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān)S1，則Q由0→1，U8A開啟，作好準(zhǔn)備啟動計</p><p>　　數(shù)器。由1→0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。</p><p><b>　　RS觸發(fā)器原理圖</b></p><p><b>　　RS觸發(fā)器

6、仿真截圖</b></p><p>　　*注：由于基本的RS觸發(fā)器的S1=S2=0是應(yīng)該避免的不穩(wěn)定狀態(tài)，所以在調(diào)試過程中應(yīng)當(dāng)避免將S1和S2同時接地。</p><p>　?。?） 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　圖2中用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計數(shù)器提供清零信號。</p><p>　

7、　當(dāng)電路處于靜態(tài)時，電阻R須小于門的關(guān)門電阻Roof RC取值不同所以輸出脈沖寬度不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時,可將省去輸入微分電路的Rp和Cp。</p><p>　　基本RS觸發(fā)器提供負(fù)脈沖信號Vi，，輸出負(fù)脈沖Vo由非門加到計數(shù)器的清除端R。</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理圖</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

8、仿真截圖</p><p><b>　?。?）時鐘發(fā)生器</b></p><p>　　圖7中單元Ⅲ由集成運(yùn)放ua741構(gòu)成的方波發(fā)生電路。此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時刻輸出電壓+Uz,,此時滯回電壓比較器的門限電壓為UTH2。輸出信號通過R2對電容C１正向充電，充電

9、波形如圖3箭頭所示。當(dāng)該電壓上升到ＵTH2時，電路的輸出電壓變?yōu)椋璘Z,門限電壓也隨之變?yōu)閁TH1，電容C1經(jīng)電阻R2放電。當(dāng)該電壓下降到ＵTH１時輸出電壓又回到+Uz，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。輸出方波如圖八所示，調(diào)節(jié)滑動變阻器RW2可改變方波的周期。</p><p>　　可調(diào)方波發(fā)生電路仿真截圖</p><p>　?。?） 計數(shù)及譯碼顯示</p&g

10、t;<p>　　計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件,它不僅可用來計脈沖數(shù),還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時,分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能.</p><p>　　計數(shù)器種類繁多。如果按計數(shù)其中的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)分類，可以將計數(shù)器分為同步式和異步式兩種。在同步計數(shù)器中，當(dāng)時鐘脈沖輸入時觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是同時發(fā)生的。而在異步計數(shù)器中，觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，不是同時發(fā)生的。如果按計數(shù)過程中計數(shù)器中的增減分類

11、，又可以分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。如果按計數(shù)器中的數(shù)字編碼方式分類，還可以以分成二進(jìn)制計數(shù)器、二-十進(jìn)制計數(shù)器、格雷碼計數(shù)器等。</p><p>　　74LS90是異步二—五—十進(jìn)制加法計數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計數(shù)器。</p><p>　　其中計數(shù)器U1接成五進(jìn)制形式，對頻率為50HZ的時鐘脈沖進(jìn)行五分頻，在輸出端取得周期為0.1s的矩形

12、脈沖，作為計數(shù)器U2的時鐘輸入。計數(shù)器U2及計數(shù)器U3接成8421碼十進(jìn)制形式．其輸出端與實驗裝置上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接．可顯示0．1～0．9秒：l～9．9秒計時。。</p><p>　　74LS90是二－五－十進(jìn)制異步計數(shù)器，從000計到111為例。先接成加法計數(shù)狀態(tài)，在輸出為1000時（既Q4為高電平時）把Q4輸出接到R01和R02腳上（即異步置0），此時當(dāng)計數(shù)到1000時則立刻置0，從新從0開始計數(shù)

13、。1000的狀態(tài)為瞬態(tài)。 </p><p>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖中是0000到0111是有效狀態(tài)，1000是瞬態(tài)，跳轉(zhuǎn)從這個狀態(tài)跳回到0000狀態(tài)。</p><p>　　（1） 計數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計數(shù)器。</p><p>　?。?） 計數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計數(shù)器。</p><p>

14、　?。?） 若將CP2和QA相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。</p><p>　?。?） 若將CP1與QD相連，計數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成 </p><p>　　異步5421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。</p><p>　　（5） 清零、置9功能。&

15、lt;/p><p><b>　　a) 異步清零</b></p><p>　　當(dāng)R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。</p><p><b>　　b) 置9功能</b></p><p>　　當(dāng)S9（1）、S9（2）均為“1”

16、；R0（1）、R0（2）中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA =1001.</p><p><b>　　74LS90引腳圖</b></p><p><b>　　4系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果</b></p><p>　　由于電路中使用器件較多，設(shè)計前必須合理安排各器件在實驗裝置上的位置，使電路邏輯清楚．接線較短。應(yīng)按照設(shè)計任務(wù)

17、的次序．將各單元電路逐個進(jìn)行接線和調(diào)試．即分別測試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計數(shù)器的邏輯功能．待備單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路逐級連接起來進(jìn)行測試……，直到測試電子秒表整個電路的功能。這樣的測試方法有利于檢查和排除故障，保證實驗順利進(jìn)行。</p><p>　　(1)組裝調(diào)試電子秒表</p><p>　　(2)對多諧振蕩器進(jìn)行調(diào)試</p><p>

18、　　(3)調(diào)試單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　(4)調(diào)試清零、停止功能的基本RS觸發(fā)器電路仿真開始測試</p><p>　　(5)觀察計數(shù)和數(shù)碼管的顯示</p><p>　　最后進(jìn)行電子秒表的整體測試：各單元電路測試正常后．按圖2把幾個單元電路連接起來，進(jìn)行電子秒表的總體測試。先按一下按鈕開關(guān)S2．此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)S1．，則計數(shù)器清零后使開始計

19、時，觀察數(shù)碼管顯示計數(shù)情況是否正常。如不需要計時或暫停計時．按一下開關(guān)S1，計時立即停止，但數(shù)碼管保留所計時之值。</p><p><b>　　5主要儀器與設(shè)備</b></p><p><b>　　數(shù)字電路試驗箱1臺</b></p><p><b>　　示波器</b></p><p

20、><b>　　數(shù)字萬用表</b></p><p><b>　　數(shù)字頻率計</b></p><p><b>　　譯碼顯示器</b></p><p>　　74LS00×2 74LS90D×3 </p><p>　　電位器、電阻、電容若干</p

21、><p><b>　　6設(shè)計總結(jié) </b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計是電子技術(shù)基礎(chǔ)這門課程的一個實踐環(huán)節(jié)，是對所學(xué)電子技術(shù)理論知識的一次綜合運(yùn)用。在本次設(shè)計過程中，我獨自查閱一些資料并且虛心向同學(xué)請教，在老師的指導(dǎo)下,設(shè)計電路，完成課程設(shè)計說明書，這樣培養(yǎng)了我的動腦、動手能力，提高了我的綜合能力。</p><p>　　通過這次對電子秒表

22、的設(shè)計，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于秒表的基本原理與設(shè)計理念。我們需要有扎實的知識基礎(chǔ)，要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對實驗中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決，要有耐心和毅力。</p><p>　　一個復(fù)雜的電路原理圖，涉及到很多的接線與元器件，任何一根線連接錯誤，都有可能導(dǎo)致輸出不正確,所以可以同學(xué)間進(jìn)行互相檢查,改正錯誤。連線的時候，要特別注意結(jié)點。參數(shù)的選擇要準(zhǔn)確，板塊的布局要緊湊美觀等等。所有的這

23、些，都是我在課堂上學(xué)不到的。通過對細(xì)節(jié)的修正，使自己設(shè)計的電路圖更加符合實際的功能要求。最后，這次設(shè)計培養(yǎng)了自己嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，實事求是的好習(xí)慣,也使自己提高了與同學(xué)互相探討的能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 華成英、童詩白，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京：高等教育出版社，2008年</p><p>　　[