基于74LS90的电子秒表电路设计与分析

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"该资源为电子秒表电路的设计文档,主要介绍了如何利用数字电路技术设计一个电子秒表。文中详细阐述了电路的组成部分,包括基本RS触发器、单稳态触发器、多谐振荡器、计数器和译码显示器,并对每个单元电路进行了深入的解析。" 在电子秒表电路的设计中,数字显示电路是核心部分,它负责将数字量直观地呈现出来。通常,这种电路由译码驱动器和显示器组成,其中七段式数字显示器是最常见的,能显示0到9的阿拉伯数字。在这个设计中,利用了74LS90芯片来实现秒的0.1到60的计数。74LS90是一款具有计数和分频功能的集成电路,可以方便地构建计数系统。 基本RS触发器在电路中起到关键作用,它用于直接置位和复位功能。本设计中采用的是集成与非门构成的RS触发器,具有低电平直接触发特性。通过按钮开关K1和K2的操作,可以控制秒表的启动和停止。当K1接通,电路被置位,而K2接通时,会触发一个负脉冲,这在电路中起到启动和控制作用。 单稳态触发器是电路的另一个重要组件,它被设计成微分型,由集成与非门构成。单稳态触发器在接收到启动信号后,会产生一个固定宽度的脉冲,这个脉冲用于清零计数器,确保计时的准确性和同步性。 多谐振荡器则提供了一个稳定的脉冲源,这里使用了555定时器来构建。555定时器可以产生周期性的脉冲,其频率取决于外部电阻和电容的值,这些脉冲驱动整个电路工作,确保计时的精确性。 译码显示器部分则负责将内部计数值转化为可视的数字显示。计数器在接收到脉冲后进行累加,译码器则根据计数器的输出,决定哪些七段数码管应该点亮,从而显示出当前的时间值。 电子秒表相比传统机械秒表,具备更高的精度和更多的功能,比如显示小时、分钟、日期甚至星期,并且能实现1/100秒的细分计时。实验设计的电子秒表电路由以上所述的五个单元电路组成,通过巧妙地组合和连接,实现了一套完整的电子秒表计时系统。这个设计不仅提供了理论知识,还展示了实际应用中数字电路的设计方法和技巧。
2023-02-27 上传
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 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0.0 1uf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Q