《数字电子技术基础》课程设计电子秒表电路的设计.doc

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计 PAGE \* MERGEFORMAT 15 摘要 在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观的显示出来，数字显示电路通常由译码驱动器和显示器等部分组成。数码显示器就是用来显示数字、文字或符号的器件。七段式数字显示器是目前常用的显示方式，它利用不同发光段的组合，可以显示0～9等阿拉伯数字。充分运用芯片74LS90的逻辑功能，用四片74LS90芯片实现秒表示0.1～60秒。利用集成与非门构成的基本RS触发器（低电平直接触发）实现电路的直接置位、复位功能。利用集成与非门构成的微分型单稳态触发器为计数器清零提供输出负脉冲。利用555定时器构成的多谐振荡器为电路提供脉冲源以驱动电路工作。 关键词：基本RS触发器，单稳态触发器，多谐振荡器，译码显示器。 1电子秒表简介 电子秒表是一种较先进的电子计时器，目前国产的电子秒表一般都是利用石英振荡器的振荡频率作为时间基准，采用6位液晶数字显示时间。电子秒表的使用功能比机械秒表要多，它不仅能显示分、秒，还能显示时、日、月及星期，并且有1／l00s的功能。 本实验设计的电子秒表电路的基本组成框图如图1-1所示，它主要由基本RS触发器、单稳态触发器、多谐振荡器、计数器和译码显示器5个部分组成。 图1-1 电子秒表电路的基本组成框图 2单元电路设计及相关元器件的功能简介 2.1基本RS触发器 本实验设计电路所选用的基本RS触发器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。其功能表如表2-1所示。 R S Qn Qn+1 功 能 0 0 0 不用 不允许 0 0 0 不用 0 1 0 0 Qn+1=0,置0 0 1 1 0 1 0 1 1 Qn+1=1,置1 1 0 0 1 1 1 1 1 Qn+1=Qn,保持 1 1 0 0 表2-1 基本RS触发器 如图2-1所示，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。切换按钮开关K1（接地），则门1输出 =1；门2输出Q=0，K1复位后Q、 状态保持不变。再切换按钮开关K2，则Q由0变为1，门5开启，为计数器启动作好准备；由1变为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. 图2-1 基本RS触发器 2.2单稳态触发器 本实验设计电路所选用的单稳态触发器为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，如图2-2所示。 图2-2 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RS触发器端提供，输出负脉冲vO 通过非门加到计数器的清除端R。静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻ROff 。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。 图2-3 单稳态触发器波形图 2.3多谐振荡器 本实验实验设计电路所选用的时钟发生器为用555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。如图2-4所示。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。 图2-4 多谐振荡器 NE555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。利用闭合回路的反馈作用可以产生自激振荡。TTL电路延迟时间短，难以控制频率。电路接入RC回路有助于获得较低的振荡频率，由于门电路的作用时间极短，TTL电路自有几十纳秒，所以想获得稍低一些的振荡频率式很困难的，而且频率不易调节。在电路中接入RC电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R，C的数值可以很容易实现对频率的调节。 振荡电路是数字秒表的核心部分，电容充放电的速度决定了电路的振荡频率。R1 、R2、C决定了多谐振荡器的周期，即决定了形成的方波的频率利用闭合回路中的负反馈作用可以产生自激振荡，利用闭合回路中的延迟负反馈作用也能产生自激振荡，只要负反馈作用足够强。为了得到频率更加准确的频率信号，加入了电容和电阻，其中电容为0.01uf和0.1uf，电阻为100K欧姆。 2.4计数及译码显示电路 二—五—十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，其功能表如表2-2所示，引脚图如图2-5所示。 74LS90是一种较为典型的异步十进制计数器。它由1个一位二进制和1个异步五进制计数器组成。如果计数脉冲由CP1端输入，输出由QA端引出，即得二进制计数器；如果计数脉冲CP2端输入，输出由QA～QD端引出即得五进制计数器；如果将QA与CP2相连，计数脉冲由CP1输入，输出