电子秒表调试与总结

一、实验目的

① 学习电子秒表的基本原理与调试方法。

② 熟悉中规模集成电路的综合应用。

二、实验原理

电子秒表的电路原理如图2.13.1所示，可按功能分成4个单元电路进行分析。

图2.13.1 电子秒表电原理图

1. 基本RS触发器

图2.13.1中单元I为由集成与非门构成的基本RS触发器，属于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SB2（接地），则门1输出Q=1，门2输出Q =0，SB2复位后Q，Q状态保持不变。再按动按钮开关SB1，则Q由0变为1，门5开启，为计数器启动做好准备；Q由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。

2. 单稳态触发器

图2.13.1中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。图2.13.2为各点波形图。

单稳态触发器的输入触发负脉冲信号ui由基本RS触发器Q端提供，输出负脉冲uo则加到计数器的清除端CR。

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R，C取值不同，输出脉冲宽度不同。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2.13.2 单稳态各点波形

3. 时钟发生器

图2.13.1中单元Ⅲ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。

调节电位器RP，使输出端3获得频率为50 Hz的矩形波信号。当基本RS触发器Q=1时，门5开启，此时50 Hz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。

4. 计数及译码显示

二-五-十进制加法计数器74LS196构成电子秒表的计数单元，如图2.13.1中单元Ⅳ所示。其中计数器①接成五进制形式，对频率为50 Hz的时钟脉冲进行五分频，在输出端Q3取得周期为0.1 s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，其输出端与实验板上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.1～0.9 s；1～9.9 s计时。

图2.13.3为74LS196引脚排列图。表2.13.1为其功能表。

图2.13.3 74LS196引脚排列

表2.13.1 74LS196功能表

异步清除CR为低电平时，可完成清除功能，与时钟脉冲CP0，CP1，状态无关。清除功能完成后，应置高电平。

计数/置数控制端CT/LD为低电平时，输出端Q3～Q0可预置成与数据输入端D3～D0相一致的状态，而与CP0 ，CP1状态无关。预置后置高电平。

计数时CR，CT/LD置高电平，在CP0，CP1下降沿作用下进行计数。

① 十进制数（8421码）：CP1与Q0连接，计数脉冲由CP0输入。

② 二-五混合进制计数：CP0与Q3连接，计数脉冲由CP1输入。(www.xing528.com)

③ 二分频、五分频计数：CP0输入，在Q0得二分频输出；CP1输入，在Q1～Q3得五分频输出。

三、实验设备及器件

+5 V直流电源；双踪示波器；直流电压表；数字频率计；单次脉冲源；连续脉冲源；逻辑电平开关；0-1指示器；译码显示单元；74LS00×2，555×1，74LS196×3，电阻、电容若干。

四、实验内容

1. 基本RS触发器的测试

测试方法参考实验6。

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，并记录。

② 动态测试：输入端接1 kHz连续脉冲源，用示波器观察并描绘A、B、D、F点电压波形。如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0.1µF），待测试完毕后，再恢复4 700 pF。

3. 时钟发生器的测试

测试方法参考实验12。用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节RP，使输出矩形波频率为50 HZ。

4. 计数器的测试

① 按图2.13.1把计数器①接成五进制形式，CR，CT/LD，D3～D0接逻辑开关，CP1接单次脉冲源，Q3～Q1，接实验板上译码显示单元输入端C，B，A，按表2.13.1逐项测试其逻辑功能，并记录。

② 按图2.13.1把计数器②及计数器③接成8421码十进制形式，重复实验内容①，进行逻辑功能测试，并记录。

③ 按图2.13.1把计数器①、②、③级连，进行逻辑功能测试，并记录。

5. 电子秒表的整体测试

各单元电路测试正常后，按图2.13.1把几个单元电路连接起来，进行电子秒表总体测试。

先按一下按钮开关SB2，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关SB1，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。如需要暂停计时，按一下开关SB2，计时立即停止，但数码管保留所计时的值。

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、预习要求

① 预习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器等部分内容。

② 列出电子秒表各单元电路的测试表格。

③ 列出调试电子秒表的步骤。

六、实验报告要求

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。