实验三 电子秒
表
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一、实验
要求
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l. 利用基本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. 了解电子秒表的工作原理。
3. 掌握调试电路、排除电路故障的正确方法。
二、预习要求
1. 复习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器等部分内容。
2. 除了本实验所采用的时钟源外,另选取1~2种不同类型的时钟源,供实验使用。画出电路图,选取元器件。
3. 列出电子秒表各单元电路的测试表格。
4. 列出调试电子秒表的步骤。
三、实验所需仪器仪表及元器件
1. 直流稳压电源 2. 双踪示波器 3. 单次脉冲源 4. 信号发生器
5. 逻辑电平开关 6. 直流电压表 7. 数码管2个 8. 555定时器一块
9. 74LS00芯片2块(或者74LS00及74LS04芯片各一块) 10. 74LS90芯片3块
11. 电位器、电阻、电容若干
四、实验原理
图3-3-1为电子秒表的电原理图。它能实现简单的计时与显示,按下启动键开始清零计时,按下停止键计时停止。按功能分成四个单元电路进行分析。
图3-3-1 电子秒表的电原理图
1. 基本RS触发器
图3-3-1中单元Ⅰ为用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。
按动按钮开关K2(接地),则门1输出=1:门2输出Q=0,K2复位后其状态保持不变。再按动按钮开关Kl,则Q由0→1,门5开启.为计数器启动作好准备。由1→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。
注:由于基本RS触发器的Kl= K2=0是应当避免的不稳定状态,所以在调试过程中应避免将Kl和 K2同时接地。
2. 单稳态触发器
图3-3-1中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器,图3-3-2为各点波形图。
图3-3-2各点波形图
单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Ui,由基本RS触发器提供,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,故电阻R必须小于门的关门电阻Roof。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。
3. 时钟发生器
图3-3-1中单元Ⅲ为用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CP2。
4. 计数及译码显示
二一五一十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元,如图3-3-1中单元Ⅳ所示。
其中计数器①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②的时钟输入。计数器②及计数器③接成8421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0.1~0.9秒:l~9.9秒计时。
集成异步计数器74LS90引脚排列见图3-3-3,表3-3-1为其功能表。
74LS90是异步二一五一十进制加法计数器.它既可以作二进制(计数脉冲由CP1输入)加法计数器,又可以作五进制(计数脉冲由CP2输入)或十进制(计数脉冲由CP1输入)加法计数器。
图3-3-3 74LS90引脚排列
通过不同的连接方式,74LS90可以实现四种不同的逻辑功能;而且还可对计数器清零和将计数器置9。
复位输入
置位输入
时钟
输 出
R01
R02
S91
S92
CP
QD
QC
QB
QA
1
1
0
×
×
0
0
0
0
1
1
×
0
×
0
0
0
0
×
×
1
1
×
1
0
0
1
×
×
1
1
×
1
0
0
1
1
0
1
0
↓
计 数
1
0
0
1
↓
计 数
0
1
0
1
↓
计 数
0
1
1
0
↓
计 数
表3-3-1 74LS90功能表
五、调试内容及步骤
由于电路中使用器件较多,设计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。应按照设计任务的次序.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的逻辑功能.待备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。这样的测试方法有利于检查和排除故障,保证实验顺利进行。
l. 基本RS触发器的测试
其测试方法参考触发器及其应用中的测试方法。
2. 单稳态触发器的测试
⑴ 静态测试
用直流数字电压表测量A、B、D、F各点电位值,并
记录
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。
⑵ 动态测试
输入端接IKHZ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,可以适当加大微分电容c(如改为0.1 µF)待测试完毕.再恢复4700PF。
3. 时钟发生器的测试
参照由555定时器构成的多谐振荡器的测试方法来测试该部分的逻辑功能,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
⑴ 计数器①接成五进制形式记录测试过程。R0(1)、R0(2)、S9(2)接逻辑开关输出插口,CP2接单次脉冲源,CP1接高电平“1”,QD~QA接实验设备上译码显示输入端口D、C、B、A,按表3-3-1测试其逻辑功能并记录。
⑵ 计数器②及计数器③接成8421码十进制形式,记录测试过程。
⑶ 将计数器①、②、③级连.进行逻辑功能测试,并记录。
5. 电子秒表的整体测试
各单元电路测试正常后.按图3-3-1把几个单元电路连接起来,进行电子秒表的总体测试。先按一下按钮开关K2.此时电子秒表不工作,再按一下按钮开关K1.,则计数器清零后使开始计时,观察数码管显示计数情况是否正常。如不需要计时或暂停计时.按一下开关K1,计时立即停止,但数码管保留所计时之值。
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。
六、实验报告
l. 列出RS触发器,单稳态触发器、时钟发生器及计数器等功能表。
2. 总结电子秒表整个调试过程。
3. 分析调试中发现的问题及故障排除方法。
4. 列出电子秒表单元电路的测试表格。
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