数字电路课程设计
指导书
编者：王岳桦
电子与电气工程系 2012年12月
数字电路课程设计指导书
数字秒表的设计与制作
一、设计目的
1、了解计时器主体电路的组成及工作原理； 2、熟悉集成电路及有关电子元器件的使用；
3、学习数字电路中基本RS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。
二、实验原理
图1为电子秒表的电路原理图，按功能划分成四个单元电路进行分析。
aLT’bcdefgVccVaLT’bcdefgVccBI/RBO’RBI’A11QD5B7448GNDC89QBD12QA1CP2145BI/RBO’RBI’A11QDB7448GNDC89QBDIV12QA1CP214511QD8QC9QB12QA14CP11QCQC+5VVcc74LS90 (3)R0(2)3S9(1)6S9(2)7CP1Vcc74LS90 (2)R0(2)3S9(1)6S9(2)7CP1Vcc74LS90 (1)R0(2)3S9(1)6S9(2)7CP2R0(1)2GND10R0(1)2GND10R0(1)2GND10&+5VII1.5K&B4700p470D&VoCpA510pK2I&—Q1K+5V3KRw+5V100K3KK1&Q0.1uF62100KIII74831910&855550.01uF图1 电子秒表原理图
1、基本RS触发器
图1中单元I是用集成与非门构成的、低电平直接触发的基本RS触发器，具有直接置位、复位功能。其一端输出Q作为单稳态触发器的输入、Q作为与非门5的控制信号。按下按钮K2，Q?1、Q?0；K2弹起后Q与Q的状态保持不
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变。再按下按钮K1，则Q?1，门5开启，为计数器启动做准备；Q?0，启动单稳态触发器工作。
基本RS触发器在电子秒表中的作用是启动和停止秒表的工作。 2、单稳态触发器
图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为各点波形图。单稳态触发器的输入触发脉冲信号V1由基本RS触发器Q端提供，输出负脉冲V0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。 3、时钟发生器
图1中单元III为用555定时器构成的多谐振荡器。调节电位器RW，使输出端3输出频率为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。
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1中单元IV所示。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QD获得周期为0.1s的矩形波脉冲，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，其输出端与装置上的译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.1~0.9秒、1~9.9秒计时。
1413CP1NC12QA11109QDGNDQB8QCCP2R0(1)R0(2)NCVccS9(1)S9(2)
1234567
图2 单稳态触发器波形图 图3 74LS90管脚图
集成异步计数器74LS90简介
74LS90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3为74LS90引脚排列，表1为其功能表。通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；借助R0(1)、R0(2)
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可对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)可将计数器置9。其具体功详述如下：
(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，QD、QL、QH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QDQCQBQA=0000。
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QDQCQBQA=1001。
表1 74LS90功能表
七段译码器/驱动器7448简介
7448是内部有上拉电阻的BCD七段译码器/驱动器，其引脚如图4所示。
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图4 7448引脚图
引脚说明：
1、A~D：译码地址输入端；
2、Ya~Yg：译码输出；这7个端口输出高电平有效，可直接驱动共阴极数码显示管；
3、BI/RBO：消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）； 4、LT：灯测试输入端（低电平有效）； 5、RBI：脉冲消隐输入端（低电平有效）。
为了实现正常的BCD译码/驱动功能，在使用时，应将BI/RBO、LT、RBI都接高电平。
三、元件与设备
元件清单：
1、逻辑电平开关：2个
2、固定电阻：470×1 1k×1 1.5k×1 3k×2 100k×1 3、可调电阻：最大阻值100k 1个
4、电容：510p×1 4700p×1 0.01u×1 0.1u×1 5、与非门：74LS00×2 6、555定时器：1个 7、计数器：74LS90×3 8、七段译码/驱动器：7448×2 9、共阴极数码显示管：2个 设备清单： 1、+5V直流电源 2、双踪示波器 3、数字万用表
4、单次脉冲源、连续脉冲源
四、设计内容
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