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1、实验十七 电子秒表 一、实验目的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。二、实验原理图171为电子秒表的电原理图。按功能分成四个单元电路进行分析。1、基本RS触发器图171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Q0，K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K1 ,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
2、，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。2、单稳态触发器图171中单元为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图172为各点波形图。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171 电子秒表原理图3、时钟发生器图171中单元为用555定时器构成的多谐振荡器
3、，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Q1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的计数输入端CP2。 图172单稳态触发器波形图 图173 74LS90引脚排列4、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，如图171中单元所示。其中计数器接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端QD 取得周期为0.1S的矩形脉冲，作为计数器的时钟输入。计数器及计数器接成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0.10.9秒；19.9
4、秒计时。注：集成异步计数器74LS9074LS90是异步二五十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。图173为74LS90引脚排列，表171为功能表。通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十
5、进制加法计数器。(4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。(5)清零、置9功能。a) 异步清零 当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA0000。b) 置9功能当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA1001。 表17-1 输 入输 出功 能清 0置 9时 钟QD QC QB QAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP2110××0× &
6、#215;0000清 00××011× ×1001置 90 ×× 00 ×× 0 1QA 输 出二进制计数1 QDQCQB输出五进制计数 QAQDQCQBQA输出8421BCD码十进制计数QD QAQDQCQB输出5421BCD码十进制计数1 1不 变保 持 三、实验设备及器件 1、5V直流电源 2、双踪示波器 3、直流数字电压表 4、数字频率计 5、单次脉冲源 6、连续脉冲源 7、逻辑电平开关 8、逻辑电平显示器9、译码显示器 10、74LS00×2 555×1 74LS90×3 电
7、位器、电阻、电容若干 四、实验内容由于实验电路中使用器件较多，实验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。实验时，应按照实验任务的次序，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，待各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。1、 基本RS触发器的测试 测试方法参考实验九2、 单稳态触发器的测试 (1)静态测试 用直流数字电压表测量A、B、D、F各点电位值。记录之。 (2)动态测试 输入端接1KHZ连续脉冲源，用示
8、波器观察并描绘D点（vD、）F点（v0）波形，如嫌单稳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0.1）待测试完毕，再恢复4700P。3、 时钟发生器的测试 测试方法参考实验十五，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 (1) 计数器接成五进制形式，RO(1)、RO(2)、S9(1)、S9(2)接逻辑开关输出插口，CP2接单次脉冲源,CP1接高电平“1”，QDQA接实验设备上译码显示输入端D、C、B、A,按表171测试其逻辑功能，记录之。 (2) 计数器及计数器接成8421码十进制形式，同内容（1）进行逻辑功能测试。记录
9、之。 (3) 将计数器、级连，进行逻辑功能测试。记录之。5、 电子秒表的整体测试 各单元电路测试正常后，按图171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，则计数器清零后便开始计时，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K2，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。五、实验报告1、 总结电子秒表整个调试过程。2、 分析调试中发现的问题及故障排除方法。六、预习报告1、 复习数字电路中RS触发器，单稳态触发器、时钟发生器及计数器等部
10、分内容。2、 除了本实验中所采用的时钟源外，选用另外两种不同类型的时钟源，可供本实验用。画出电路图，选取元器件。3、 列出电子秒表单元电路的测试表格。4、 列出调试电子秒表的步骤。5、 74LS90引脚图及引脚功能74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，管脚引线如图3.6-1，功能表如表3.6-1所示。 表3.6-1 7490功能表复位输入输出R1 R2 S1 S2 QD QC QB QAH H L ×H H × L
11、5; × H HX L × LL × L ×L × × L× L L ×L L L LL L L LH L L H计 数计 数计
12、0; 数计 数 A 将输出QA与输入B相接，构成8421BCD码计数器；B 将输出QD与输入A相接，构成5421BCD码计数器；C 表中H为高电平、L为低电平、×为不定状态。74LS90逻辑电路图如图3.6-1所示，它由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成，整个电路可分两部分，其中FA触发器构成一位二进制计数器；FD、FC、FB构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中，设有专用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。74LS90具有如下的五种基本工作方式：
13、（1）五分频：即由FD、FC、和FB组成的异步五进制计数器工作方式。（2）十分频（8421码）：将QA与CK2联接，可构成8421码十分频电路。（3）六分频：在十分频（8421码）的基础上，将QB端接R1，QC端接R2。其计数顺序为000101，当第六个脉冲作用后，出现状态QCQBQA=110，利用QBQC=11反馈到R1和R2的方式使电路置“0”。 （4） 九分频：QAR1、QDR2，构成原理同六分频。（5）十分频（5421码）：将五进制计数器的输出端QD接二进制计数器的脉冲输入端CK1，即可构成5421码十分频工作方式。 此外，据功能表可知，构成上述五种工作方式时，S1、S2端最少应有一端
14、接地；构成五分频和十分频时，R1、R2端亦必须有一端接地。54/7404六反向器简要说明04 为六组反向器，共有 54/7404、54/74H04、54/74S04、54/74LS04 四种线路结构形 式，其主要电特性的典型值如下：型号tPLHtPHLPD5404/740412ns8ns60mW54H04/74H046ns6.5ns140mW54S04/74S043ns3ns113mW54LS04/74LS049ns10ns12mW引出端符号1A6A输入端1Y6Y输出端逻辑图双列直插封装极限值 电源电压.7V输入电压54/7404、54/74H04、54/74S04.5.5V54/74LS04
15、7V工作环境温度54XXX. -5512574XXX. 070 存储温度.-65150功能表推荐工作条件5404/740454H04/74H0454S04/74S0454LS04/74LS04单位最小额定最大最小额定最大最小额定最大最小额定最大电源电压 Vcc544.555.54.555.54.555.54.555.5V744.7555.254.7555.254.7555.254.7555.25输入高电平电压ViH2222V输入低电平电ViL540.80.80.80.7V740.80.80.80.8输出高电平电流IOH-400-500-1000-400µA输出低电平电流IOL5416
16、20204mA741620208静态特性（TA 为工作环境温度范围）参数测 试 条 件【1】04H04S04LS04单位最小最大最小最大最小最大最小最大VIK输入嵌位电压Vcc=最小Iik=-8mA-1.5VIik=-12mA-1.5Iik=-18mA1.2-1.5VOH输出高电平电压Vcc最小VIL最大 IOH最大542.42.42.52.5V742.42.42.72.7VOL输出低电平电压Vcc=最小，VIL最大，VIH=2V,IOL=最大540.40.40.50.4V740.40.40.50.5II最大输入电压时输入电流Vcc最大VI=5.5V111mAVI=7V0.1I 输入高电平电流
17、Vcc最大VIH=2.4V4050uAVIH=2.7V5020I 输入低电平电流Vcc最大VIL=0.4V-1.6-2-0.4mAVIL=0.5V-2I 输出短路电流Vcc最大54-20-55-40-100-40-100-20-100mA74-18-55-40-100-40-100-20-100ICCH输出高电平时电源电流Vcc最大1226242.4mAICCL输出低电平时电源电流Vcc最大3358546.6mAIHILOS1: 测试条件中的“最小”和“最大”用推荐工作条件中的相应值。动态特性(TA=25)参数测 试 条 件04H04S04LS04单位最大最大最大最大tPLH输出由低到高传输延迟时间Vcc =5V,CL=50Pf(H04 为 25Pf)RL=400(H04 和S04 为 280，LS04 为 2K)22104.515nstPHL输出由高到低传输延迟时间1510515ns