數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計-電子秒表電路的設(shè)計(已修改)
2025-06-18 18:24 本頁面
【正文】 武漢理工大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計摘要在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀的顯示出來，數(shù)字顯示電路通常由譯碼驅(qū)動器和顯示器等部分組成。數(shù)碼顯示器就是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件。七段式數(shù)字顯示器是目前常用的顯示方式，它利用不同發(fā)光段的組合，可以顯示0～9等阿拉伯?dāng)?shù)字。充分運用芯片74LS90的邏輯功能，～60秒。利用集成與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器（低電平直接觸發(fā)）實現(xiàn)電路的直接置位、復(fù)位功能。利用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為計數(shù)器清零提供輸出負(fù)脈沖。利用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器為電路提供脈沖源以驅(qū)動電路工作。 關(guān)鍵詞：基本RS觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，譯碼顯示器。 1電子秒表簡介電子秒表是一種較先進(jìn)的電子計時器，目前國產(chǎn)的電子秒表一般都是利用石英振蕩器的振蕩頻率作為時間基準(zhǔn)，采用6位液晶數(shù)字顯示時間。電子秒表的使用功能比機(jī)械秒表要多，它不僅能顯示分、秒，還能顯示時、日、月及星期，并且有1／l00s的功能。本實驗設(shè)計的電子秒表電路的基本組成框圖如圖11所示，它主要由基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、計數(shù)器和譯碼顯示器5個部分組成。圖11 電子秒表電路的基本組成框圖 2單元電路設(shè)計及相關(guān)元器件的功能簡介本實驗設(shè)計電路所選用的基本RS觸發(fā)器為用集成與非門構(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。其功能表如表21所示。RSQnQn+1功 能000不用不允許000不用0100Qn+1=0,置001101011Qn+1=1,置110011111Qn+1=Qn,保持1100表21 基本RS觸發(fā)器如圖21所示，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。切換按鈕開關(guān)K1（接地），則門1輸出 =1；門2輸出Q=0，K1復(fù)位后Q、 狀態(tài)保持不變。再切換按鈕開關(guān)K2，則Q由0變?yōu)?，門5開啟，為計數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備；由1變?yōu)?，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。基本RS觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作. 圖21 基本RS觸發(fā)器 本實驗設(shè)計電路所選用的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖22所示。圖22 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(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數(shù)器提供清零信號。圖23 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖本實驗實驗設(shè)計電路所選用的時鐘發(fā)生器為用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。如圖24所示。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Q＝1時，門5開啟，此時50HZ脈沖信號通過門5作為計數(shù)脈沖加于計數(shù)器①的計數(shù)輸入端CP2。圖24 多諧振蕩器NE555定時器是一種電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。利用閉合回路的反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩。TTL電路延遲時間短，難以控制頻率。電路接入RC回路有助于獲得較低的振蕩頻率，由于門電路的作用時間極短，TTL電路自有幾十納秒，所以想獲得稍低一些的振蕩頻率式很困難的，而且頻率不易調(diào)節(jié)。在電路中接入RC電路可以有助于獲得較低的振蕩頻率，而且通過改變R，C的數(shù)值可以很容易實現(xiàn)對頻率的調(diào)節(jié)。振蕩電路是數(shù)字秒表的核心部分，電容充放電的速度決定了電路的振蕩頻率。R1 、RC決定了多諧振蕩器的周期，即決定了形成的方波的頻率利用閉合回路中的負(fù)反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩，利用閉合回路中的延遲負(fù)反饋作用也能產(chǎn)生自激振蕩，只要負(fù)反饋作用足夠強(qiáng)。為了得到頻率更加準(zhǔn)確的頻率信號，加入了電容和電阻，電阻為100K歐姆。二—五—十進(jìn)制加法計數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計數(shù)單元，其功能表如表22所示，引腳圖如圖25所示。74LS90是一種較為典型的異步十進(jìn)制計數(shù)器。它由1個一位二進(jìn)制和1個異步五進(jìn)制計數(shù)器組成。如果計數(shù)脈沖由CP1端輸入，輸出由QA端引出，即得二進(jìn)制計數(shù)器；如果計數(shù)脈沖CP2端輸入，輸出由QA～QD端引出即得五進(jìn)制計數(shù)器；如果將QA與CP2相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出由QA～QD引出，即得8421碼十進(jìn)制計數(shù)器。因此，又稱此電路為二——五——十進(jìn)制計數(shù)器。輸 入輸 出功 能清 0置 9時 鐘QD QC QB QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP2110 0 0000清 00 011 1001置 90 00 0↓ 1QA 輸 出二進(jìn)制計數(shù)1 ↓QDQCQB輸出五進(jìn)制計數(shù)↓ QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)QD ↓QAQDQCQB輸出5421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)1 1不 變保 持表22 74LS90的功能表圖25 74LS90的引腳圖本實驗所設(shè)計的計數(shù)及譯碼顯示電路如圖26所示。其中計數(shù)器1接成五進(jìn)制形式，對頻率為50HZ的時鐘脈沖進(jìn)行五分頻，作為計數(shù)器②的時鐘輸入。計數(shù)器計數(shù)器3和計數(shù)器4接成8421碼十進(jìn)制形式，其輸出端與實驗裝置上譯碼顯示的相應(yīng)輸入端連接 ,.圖26 計數(shù)及譯碼顯示電路 3總電路設(shè)計圖及其原理圖31 電子秒表總電路圖根據(jù)各單元電路原理，可得總電路圖如圖31所示。其中，基本RS觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒
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