电子秒表

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课程设计

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电子技术课程设计报告书

课题名称 姓 名 学 号 院、系、部 专 业 指导教师

电子秒表

物理与电子科学系 电子信息科学与技术

2013年 12月 10日

一、设计任务及要求： 设计任务： 用中小规模集成电路设计一个电子秒表。 要 求： 1．能显示两位数10进制数，其计数范围00——99。 2．具有清零、预置数、停止等功能。 指导教师签名： 2013年12月 日 二、指导教师评语： 指导教师签名： 2013年12月 日 三、成绩

指导教师签名： 2013年12月 日

电子秒表的设计

1 设计目的

（1）、学习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。

（2）、学习电子秒表的调试方法。

2 设计思路

（1）用基本RS触发器控制电子秒表的工作； （2）用单稳态触发器提供清零信号； （3）用555定时器构成时钟发生器； （4）用计数译码及数码管来显示。

3 设计过程

3.1 方案论证

电子秒表的基本组成框图如图1所示。

结果显示 译码器译码 单稳态触发清零 计数器计数 基本RS触发器控制开关 555实现时钟电路

图1 电子秒表的基本组成框图

3.2电路设计

（1）单稳态触发器如图2所示

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图2 单稳态触发器

单稳态触发器的输入触发负脉冲信号Vi由基本的RS触发器Q'端提供，输出负脉冲Vo通过非门加到计数器的清除端R。

静态时，门应处于截止状态，故电阻R必须小于们的关门电阻Roff。定时元件RC的取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发器脉冲宽度小与输出脉冲宽度时，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只能是为计数器提佛那个清零信号。 （2）计数及译码显示

电子秒表计数单元的电路图如图3所示

U11U12DCD_HEXDCD_HEX12111314512981116151817QD5129811VCCQAQBQCQDVCCQAQBQCQDVCCQAQBQCQDVCC512981174LS90DU1INAINBR01R02R91R92GNDU274LS90DR01R02R91R92GND6710INAINBINAINBR01R025V14167101411416710232323R91R92GNDVCCU374LS90DVCC5V0VCC5U4NOT 图3 电子秒表计数单元的电路图

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其中计数器U1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Qc取得周期为0.1S的矩形脉冲，作为计数器U2的时钟输入。计数器U2、U3及计数器U4接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示的相应输入端连接 ,可显示0.1-99.9S。 功能表 输 入 清 0 R0(1)、R0（2) 1 0 × 1 × 0 0 × 1 置 9 S9(1)、S9(2) × 0 1 时 钟 CP1 CP2 × × × × ↓ 1 1 ↓ 0 × × 0 0 × × 0 ↓ QA QD ↓ 1 1 输 出 QD QC QB QA 0 1 0 0 0 0 0 1 功 能 清 0 置 9 二进制计数 五进制计数 十进制计数 十进制计数 保 持 QA 输 出 QDQCQB输出 QDQCQBQA输出8421BCD码 QAQDQCQB输出21BCD码 不 变 74LS90功能表 （3）基本RS 触发器 图4 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 。

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图4 RS基本触发器

它的一路输出非Q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

RS触发器真值表

输入 S 0 1 1 0 R 1 0 1 0 Q 1 0 Q 不确定 输出 非Q 0 1 非Q 不确定 按动按钮开关R（接地），则门1 输出 ＝1 ；门2 输出Q ＝0 ，R复位后Q 、非Q状态保持不变。再按动按钮开关S1 , 则Q 由0 变为1 ，门5 开启, 为计数器启动作好准备。 由1 变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。 (4) 时钟发生器

图5为电子秒表电路的时钟发生电路

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图5 由555定时器构成的多谐振荡器

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R8，使在输出端OUT获得频率为50HZ的举行波形信号，当基本RS触发器Q=1时，门U4C开启，此时50HZ脉冲信号通过门U4C作为计数脉冲加于计数器U3的计数出入端CP2。

(5)电子秒表的电路原理图 如图6所示。

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U8U70R1600Ω1U6VCC5VVCCLED117DCD_HEX_DIG_REDDCD_HEX_DIG_RED15U41011121313INAINBR01R02R91R92QAQBQCQD98DCD_HEX_DIG_RED1011121313INAINBR01R02R91R92QAQBQCQD981011121313INAINBR01R02R91R92INAINBR01R0212131011VCCVCC5V74LS290D74LS290D74LS290D02523VCC5VVCCR51.5kΩU12A5Rp1kΩ07400N268C26U14NC7SU04_3VR70Ω0U13A7404NR8100kΩ82%Key=A2747RSTDISTHRTRICONVCC5VU11A8CpJ20Key = A VCCU10A3R22kΩVCC5V0J1Key = A R32kΩ77400N7400NQ2510pFVCC7400NU5OUT313R91R92QAQBQCQD98474LS290DU1QAQBQCQD1498202122U313111216U219184.7nFVCC9R7100kΩ28C462LMC555CH315C310nFGND1U9A10100nF0

图6 电子秒表的电路原理图

4系统调试与结果

（1）单稳态触发器的测试 ①静态测试

用滞留数字电压表测试A、B、D、F各点的电位值并记录。 ②动态测试

输入端接1KHZ连续脉冲源，用示波器观察并描绘D点（VD）、F点（VO）波形，如嫌单稳态输出脉冲持续时间太短，难以观察，可适当加大微分电容C（如改为0.1μ）待测试完毕，再恢复4700P。

（2）对由555定时器构成的多谐振荡器进行测试接入模拟示波器进行采样计算是否产生了50HZ时钟脉冲信号，并不断调节滑动电位器直到输出50HZ始终

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脉冲信号为止。

（3）调试清零、停止功能的基本RS触发器电路。 （4）观察计数及显示译码器的测试。

5 主要仪器与设备

Multisim仿真软件 ，PC机

集成电路 74LS90-4 LM555CN-1 74ALS00M-5 4001BP-1 4009BCP-1 74ALS08M-1 7ALS32M-2 SPST-2 电阻 3KΩ-2 1KΩ-1 470Ω-2 100KΩ-1 七段译码显示器 DCD-HEX - 4

电容 510pF-1 4.7nF-1 100nF-1 10nF-1

6 设计体会与建议

6.1设计体会

通过此次课程设计，熟悉了电子秒表的设计思想，在实践中测试电路、分析数据、排除故障，最终实现了设计要求。虽然这次课程设计相对简单，但并未一次性成功，所以同样需要严谨的态度。在整个过程中不但增强了自己的学习能力，还提高了自己的团队合作能力，这些能力在以后的工作中是很重要的！

通过这次对电子秒表的设计，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于电子秒表的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，只有自己亲自动手实际操作才会有深刻理解。注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

6.2对设计的建议

我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。

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参考文献

[1] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001年。

[2] 岳怡.数字电路与数字电子技术.西安：西北工业大学出版社，2004 [4] 童诗白、华成英. 模拟电子技术基础. 高等教育出版社，2005年 [5] 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999年 [6] 鲍可进.数字电路逻辑设计.北京:清华大学出版社,2005

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