Multisim电子秒表分析和总结.docx

电子秒表设计 实验目的： 学习数字电路中的基本 RS 触发器，单稳触发器，时钟发生器，译码显示电路等单元电路的综合应用。学习电子秒表的调试方法。 实验原理 图 2-1 为电子秒表的电原理图。按功能分成 4 个单元电路进行分析。 基本 RS 触发器 图 2-1 的单元Ⅰ部分为用集成与非门构成的基本 RS 触发器。它属低电平直接触发的触发器，有直接置位和复位的功能。 图 2-1 电子秒表原理图 它的一路输出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。 按动按钮开关 K 到接地，则门一的输出 =1；门 2 的输出 Q=0，K 复位后Q、Q 状态保 Q2 2 Q Q持不变。再按动按钮开关K ，则Q 由 0 变为 1，门 5 开启，为计数器启动作好准备， 由 1 Q 1 变到 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。 单稳态触发器 图 2-1 的单元Ⅱ部分为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。单稳态触发器的输 Q入触发负脉冲信号 V 由基本 RS 触发器 端提供，输出负脉冲 V 通过非门加到计数器的清 Q i 0 除端 R。 静态时，门 4 应处于截止状态，故电阻 R 必须小于门的开关电阻 R off 。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 R p 和 C 。 p 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。 时钟触发器 图 2-1 的单元Ⅲ为由 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 R ，使在输出端 3 获得频率为 50Hz 的矩形波信号。当基本 RS 触发器的 Q=1 p 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 74LS90（Ⅰ）的计 数输入端 CP 。 2 计数及译码显示 二-五-十进制加法计数器 74LS90 构成电子秒表的计数单元。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 Q D 取得周期为 0.1 秒的矩形脉冲， 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的译码显示单元的相应输出端连接，可显示 0.1～0.9s 和 1～9.9s 计时。 表 2-1 为 74LS90 引脚功能表。 输 输 入 输 出 功 能 0 0 9 9 1 2 1 1 0 * * 0 * * 0 0 0 0 清 0 0 * * 0 1 1 * * 1 0 0 1 置 9 清0置9 清 0 置 9 时 钟 Q Q Q Q D C B A R （1）、R （2） S （1）、S （2） CP 、CP 0 * 0 * ↓ 1 Q 输出 A 二进制计数 * 0 * 0 1 ↓ Q Q Q 输出 D C B 五进制计数 ↓ Q Q Q Q Q 输出 十进制计数 D C B A A 8421DCB 码 Q D ↓ Q Q Q Q 输出 十进制计数 A D C B 5421DCB 码 1 1 不 变 保 持 通过不同的连接方式，74LS90 可以实现 4 种不同的逻辑功能；而且还可以借助 R（1）、 0 R （2）对计时器清零，借助 S （1）、S （2）将计数器置 9。其具体功能详述如下： 0 9 9 当计数脉冲从 CP1 输入，QA 作为输出端，为二进制计数器。 当计数脉冲从 CP 输入，Q Q Q 作为输出端，为异步五进制加法计数器。 2 D C B 若将 CP 和 Q 相连，计数脉冲由CP 输入，Q 、Q 、Q 和 Q 作为输出端，则构成异 2 A 1 D C B A 步 8421 码十进制加法计数器。 若将 CP 和 Q 相连，计数脉冲由CP 输入，Q 、Q 、Q 和 Q 作为输出端，则构成异 1 D 2 A D C B 步 5421 码十进制加法计数器。 清零、置 9 功能。 异步清零：当R （1）、R （2）均为“1”，且 S （1）、S （2）中有“0”时，可实现 0 0 9 9 异步清零，即 Q Q Q Q =0000。 D C B A 置 9 功能：当S （1）、S （2）均为“1”，且 R （1）、R （2）中有“0”时，可实现 9 9 0 0 置 9 功能，即 Q Q Q Q =1001。 D C B A 基于 74LS190 的记时电路请读者自行设计。计时电路也可采用 74160 实现，秒计时电路如图 2-2 所示，分、时计时电路请读者参考秒计时电路自行设计。 图 2-2 采用 74160 设计的秒计时电路 3、实验仿真 对定时时钟信号仿真 图 3-1 555 定时器产生时钟信号原 图 3-1 555 定