1、數(shù)字鐘（電子秒表）的設(shè)計(jì) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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)生器及計(jì)數(shù)、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。2、學(xué)習(xí)電子秒表的調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理圖171為電子秒表的電原理圖。按功能分成四個單元電路進(jìn)行分析。1、基本RS觸發(fā)器圖171中單元I為用集成與非門構(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。按動按鈕開關(guān)K2（接地），則門1輸出1；門2輸出Q0，K2復(fù)位后Q、狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān)K1 ,則Q由0變?yōu)?，門5開啟, 為計(jì)數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備。由1變0，送出

2、負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作?；綬S觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖171中單元為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖172為各點(diǎn)波形圖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負(fù)脈沖信號vi 由基本RS觸發(fā)器端提供，輸出負(fù)脈沖vO 通過非門加到計(jì)數(shù)器的清除端R。靜態(tài)時，門4應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，故電阻R必須小于門的關(guān)門電阻ROff 。定時元件RC取值不同，輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的RP 和CP 。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計(jì)數(shù)器提供清零信號。圖171 電子秒表原理圖3、時鐘發(fā)生器圖171中單元為用555定時器構(gòu)成的多諧

3、振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。調(diào)節(jié)電位器 RW ，使在輸出端3獲得頻率為50HZ的矩形波信號，當(dāng)基本RS觸發(fā)器Q1時，門5開啟，此時50HZ脈沖信號通過門5作為計(jì)數(shù)脈沖加于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端CP2。 圖172單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖 圖173 74LS90引腳排列4、計(jì)數(shù)及譯碼顯示二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，如圖171中單元所示。其中計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，對頻率為50HZ的時鐘脈沖進(jìn)行五分頻，在輸出端QD 取得周期為0.1S的矩形脈沖，作為計(jì)數(shù)器的時鐘輸入。計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成8421碼十進(jìn)制形式，其輸出端與實(shí)驗(yàn)裝置上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示0.10.9秒；1

4、9.9秒計(jì)時。注：集成異步計(jì)數(shù)器74LS9074LS90是異步二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。圖173為74LS90引腳排列，表171為功能表。通過不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對計(jì)數(shù)器清零，借助S9(1)、S9(2)將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：(1)計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(2)計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(3)若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步842

5、1碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(4)若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(5)清零、置9功能。a) 異步清零 當(dāng)R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA0000。b) 置9功能當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA1001。 表17-1 輸 入輸 出功 能清 0置 9時 鐘QD QC QB QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP21100 0000清 00011 1001

6、置 90 00 0 1QA 輸 出二進(jìn)制計(jì)數(shù)1 QDQCQB輸出五進(jìn)制計(jì)數(shù) QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)QD QAQDQCQB輸出5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)1 1不 變保 持 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件 1、5V直流電源 2、雙蹤示波器 3、直流數(shù)字電壓表 4、數(shù)字頻率計(jì) 5、單次脈沖源 6、連續(xù)脈沖源 7、邏輯電平開關(guān) 8、邏輯電平顯示器9、譯碼顯示器 10、74LS002 5551 74LS903 電位器、電阻、電容若干 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由于實(shí)驗(yàn)電路中使用器件較多，實(shí)驗(yàn)前必須合理安排各器件在實(shí)驗(yàn)裝置上的位置，使電路邏輯清楚，接線較短。實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)的次序，將各單元電路逐個

7、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(jì)數(shù)器的邏輯功能，待各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(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。1、 基本RS觸發(fā)器的測試 測試方法參考實(shí)驗(yàn)九2、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測試 (1)靜態(tài)測試 用直流數(shù)字電壓表測量A、B、D、F各點(diǎn)電位值。記錄之。 (2)動態(tài)測試 輸入端接1KHZ連續(xù)脈沖源，用示波器觀察并描繪D點(diǎn)（vD、）F點(diǎn)（v0）波形，如嫌單穩(wěn)輸出脈沖持續(xù)時間太短，難以觀察，可適當(dāng)加大微分電容C（如改為0.1）待測試完畢，再恢復(fù)4700P。3、 時鐘發(fā)生器的測試 測

8、試方法參考實(shí)驗(yàn)十五，用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調(diào)節(jié)RW，使輸出矩形波頻率為50Hz。4、 計(jì)數(shù)器的測試 (1) 計(jì)數(shù)器接成五進(jìn)制形式，RO(1)、RO(2)、S9(1)、S9(2)接邏輯開關(guān)輸出插口，CP2接單次脈沖源,CP1接高電平“1”，QDQA接實(shí)驗(yàn)設(shè)備上譯碼顯示輸入端D、C、B、A,按表171測試其邏輯功能，記錄之。 (2) 計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器接成8421碼十進(jìn)制形式，同內(nèi)容（1）進(jìn)行邏輯功能測試。記錄之。 (3) 將計(jì)數(shù)器、級連，進(jìn)行邏輯功能測試。記錄之。5、 電子秒表的整體測試 各單元電路測試正常后，按圖171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)K2，此時電子秒表不工作，再按一下按鈕開關(guān)K1，則計(jì)數(shù)器清零后便開始計(jì)時，觀察數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)情況是否正常，如不需要計(jì)時或暫停計(jì)時，按一下開關(guān)K2，計(jì)時立即停止，但數(shù)碼管保留所計(jì)時之值。6、 電子秒表準(zhǔn)確度的測試?yán)秒娮隅娀蚴直淼拿胗?jì)時對電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、 總結(jié)電子秒表整個調(diào)試過程。2、 分析調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題及故障排除方法。六、預(yù)習(xí)