數(shù)字鐘電路的制作與調(diào)試

1、數(shù)字電路制作與調(diào)試P4數(shù)字鐘電路的制作與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)應(yīng)用脈沖產(chǎn)生、整形電路。會(huì)制作分頻電路。會(huì)用中規(guī)模集成電路制作出組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。能制作并調(diào)試數(shù)字鐘電路。工作任務(wù)數(shù)字鐘制作的具體要求如下：1能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能。使用6個(gè)七段發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示時(shí)間。其中時(shí)位以24小時(shí)為計(jì)數(shù)周期。2能進(jìn)行手動(dòng)校時(shí),利用三個(gè)單刀雙擲開關(guān)分別對(duì)時(shí)位、分位、秒位進(jìn)行校正。3會(huì)制作整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。4能繪制數(shù)字鐘電路的原理圖和印制板布線圖。5列出數(shù)字鐘電路的元器件明細(xì)清單。6寫出數(shù)字鐘電路的安裝與調(diào)試說明，并按步驟進(jìn)行制作與調(diào)試。數(shù)字鐘以其顯示的直觀性、走時(shí)準(zhǔn)確穩(wěn)定而受到人們的歡迎，廣泛應(yīng)用于家庭

2、、車站、碼頭、劇場(chǎng)等場(chǎng)合，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來了極大的方便。該電路基本組成包含了數(shù)字電路的主要組成部分，能幫助同學(xué)們將以前所做項(xiàng)目有機(jī)的、系統(tǒng)地聯(lián)系起來，培養(yǎng)綜合分析、設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試數(shù)字電路的能力。數(shù)字鐘是一個(gè)將“時(shí)”、“分”、“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由五部分組成。其整機(jī)框圖如圖4-0-1所示。圖4-0-1數(shù)字鐘整體框圖P4-M1555定時(shí)器組成的振蕩器學(xué)習(xí)目標(biāo)能敘述555定時(shí)器邏輯功能、管腳功能，并能正確使用555定時(shí)器。會(huì)用555定時(shí)器構(gòu)成振蕩器。工

3、作任務(wù)學(xué)習(xí)555定時(shí)器邏輯功能、管腳功能和使用方法。用555定時(shí)器制作出1kHz方波信號(hào)的振蕩電路。晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字鐘的精度，主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率及其穩(wěn)定度。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻后獲得時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。也可采用由門電路或555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。P4-M1.1認(rèn)識(shí)555定時(shí)器讀一讀555定時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字兩項(xiàng)功能。1可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5k的電阻分壓器，故稱555。2電源電壓電流范圍寬，雙極型：516V；CMOS：318V。3可以提供與TTL及CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平。4可輸出一定的功率，可驅(qū)動(dòng)微電

4、機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。5應(yīng)用：脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測(cè)量與控制、家用電氣與電子玩具等領(lǐng)域。6TTL單定時(shí)器型號(hào)的最后3位數(shù)字為555，雙定時(shí)器的為556；CMOS單定時(shí)器的最后4位數(shù)為7555，雙定時(shí)器的為7556。它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同?？匆豢?55定時(shí)器的集成電路外形、引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-1-1所示。 (a) 外引線排列圖(b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖GND：接地端 ：低觸發(fā)端 OUT：輸出端 ：復(fù)位端CO：控制電壓端 TH：高觸發(fā)端 D：放電端 VCC：電源端圖4-1-1555定時(shí)器外引線排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖做一做按圖4-1-2所示連接實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)試555定時(shí)器的輸入、輸出關(guān)

5、系（也可以用仿真軟件進(jìn)行仿真）。圖4-1-2555定時(shí)器的輸入、輸出關(guān)系測(cè)試圖測(cè)試電路說明：(1) 開關(guān)1打到2端時(shí)，4腳復(fù)位端接電源，也就是接高電平。在表4-1-1和表4-1-2中用1表示；開關(guān)1打到1端時(shí)，4腳復(fù)位端接地，也就是接低電平。在表4-1-1和表4-1-2中用0表示。(2) 開關(guān)2打到2端時(shí)，5腳控制電壓端CO接電源2，也就是接高電平。在表4-1-1和表4-1-2中用1表示；開關(guān)2打到1端時(shí)，5腳控制電壓端CO懸空。在表4-1-1和表4-1-2中用0表示。(3) 調(diào)整可調(diào)電阻RP1，控制2腳低觸發(fā)端UTR的電壓，其值可有電壓表1讀?。徽{(diào)整可調(diào)電阻RP2，控制5腳高觸發(fā)端UTH的電

6、壓，其值可有電壓表2讀取。(4) 發(fā)光二極管LED1亮說明輸出端3腳UOUT輸出高電平用UOH表示；發(fā)光二極管LED1滅說明輸出端3腳UOUT輸出低電平用UOL表示。(5) 發(fā)光二極管LED2亮說明555定時(shí)器內(nèi)部三極管T飽和，放電端7腳對(duì)地近視短路。用導(dǎo)通表示；發(fā)光二極管LED2滅說明555定時(shí)器內(nèi)部三極管T截止，放電端7腳對(duì)地近視斷路。用截止表示。參照上述條件，當(dāng)電源1、電源2均為12V時(shí)，將測(cè)試結(jié)果記錄到表4-1-1中。表4-1-1555定時(shí)器性能測(cè)試記錄1COUTHUTRUOUTT的狀態(tài)0101當(dāng)電源1為9V、電源2為6V時(shí)，將測(cè)試結(jié)果記錄到表4-1-2中。表4-1-2555定時(shí)器性能

7、測(cè)試記錄2COUTHUTRUOUTT的狀態(tài)0101讀一讀經(jīng)過測(cè)試，我們可以得出555定時(shí)器的輸入、輸出關(guān)系如表4-1-3所示。表4-1-3555定時(shí)器的輸入、輸出關(guān)系COUTHUTRUOUTT的狀態(tài)00*UOL導(dǎo)通10UOL導(dǎo)通不變不變*UOH截止1VCOUOL導(dǎo)通4的電路，則常采用計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)更為方便，一般無需再用單個(gè)觸發(fā)器來組合。圖4-2-5用D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器來組成分頻電路，輸出占空比均為50%。用JK觸發(fā)器構(gòu)成分頻電路容易實(shí)現(xiàn)并行式同步工作，因而適合于頻率較高的應(yīng)用場(chǎng)合。而觸發(fā)器中的引腳R、S(P)等引腳如果不使用，則必須按其功能要求連接到非有效電平的電源或地線上。(a)用D觸發(fā)器構(gòu)

8、成的2分頻器(b)用雙D觸發(fā)器構(gòu)成的4分頻器(c)用JK觸發(fā)器構(gòu)成的2分頻器(d)用雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的4分頻器圖4-2-5D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器構(gòu)成的分頻器圖4-2-6是3分頻電路，用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)3分頻很方便，不需要附加任何邏輯電路就能實(shí)現(xiàn)同步計(jì)數(shù)分頻。但用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)3分頻時(shí)，必須附加譯碼反饋電路，如圖4-2-6(b)所示的譯碼復(fù)位電路，強(qiáng)制計(jì)數(shù)狀態(tài)返回到初始全零狀態(tài)，就是用或非門電路把Q2Q1=“11B”的狀態(tài)譯碼產(chǎn)生高電平復(fù)位脈沖，強(qiáng)迫觸發(fā)器FF1和觸發(fā)器FF2同時(shí)瞬間（在下一時(shí)鐘輸入fi的脈沖到來之前）復(fù)零，于是Q2Q1=“11B”狀態(tài)僅瞬間作為“毛刺”存在而不影響分頻的周期，這種“毛

9、刺”僅在Q1中存在，實(shí)用中可能會(huì)造成錯(cuò)誤，應(yīng)當(dāng)附加時(shí)鐘同步電路或阻容低通濾波電路來濾除，或者僅使用Q2作為輸出。D觸發(fā)器的3分頻，還可以用與門對(duì)Q2、Q1譯碼來實(shí)現(xiàn)返回復(fù)零。 (a) 用JK觸發(fā)器構(gòu)成的3分頻器 (b) 用D觸發(fā)器構(gòu)成的3分頻器圖4-2-6用D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器構(gòu)成的3分頻器想一想如何用計(jì)數(shù)器構(gòu)成100分頻器？試畫出其電路圖。P4-M3計(jì)數(shù)譯碼顯示電路學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)畫出計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的方框圖，能敘述各部分的作用。會(huì)制作和調(diào)試二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。會(huì)制作和調(diào)試六十進(jìn)制（“分”、“秒”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。工作任務(wù)1制作和調(diào)試二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。2制作

10、和調(diào)試六十進(jìn)制（“分”、“秒”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。P4-M3.1計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的組成讀一讀在數(shù)字鐘電路中，有了時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號(hào)后，就可以根據(jù)“60秒為1分”、“60分為1小時(shí)”、“24小時(shí)為1天”的計(jì)數(shù)周期，分別組成。將這些計(jì)數(shù)器適當(dāng)連接，就可以實(shí)現(xiàn)“秒”、“分”、“時(shí)”的計(jì)時(shí)功能。同時(shí)要將“秒”、“分”、“時(shí)”的狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號(hào)，就需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)經(jīng)譯碼器進(jìn)行譯碼，并通過顯示器將其顯示出來，這實(shí)際上構(gòu)成了數(shù)字鐘電路中“秒”、“分”、“時(shí)”的三個(gè)計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。圖4-3-1為計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的方框圖。從圖4-3-1可以看出，計(jì)數(shù)譯碼顯示電路由計(jì)數(shù)器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器、顯示器四部分

11、組成。圖4-3-1計(jì)數(shù)譯碼顯示電路方框圖在我們所制作的數(shù)字鐘電路中，兩個(gè)六十進(jìn)制（秒、分）、一個(gè)二十四進(jìn)制（時(shí)）的計(jì)數(shù)器均采用“集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC4518”構(gòu)成，有關(guān)CC4518的功能及其所構(gòu)成的六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路已在中前面的P3-M3.1和P3-M3.2中進(jìn)行了詳細(xì)介紹，這里不再贅述。在我們所制作的數(shù)字鐘電路中，譯碼器均采用“輸出高電平的CMOS顯示譯碼器CC4511”構(gòu)成，有關(guān)CC4511的功能及其所構(gòu)成數(shù)字顯示電路已在中前面的P2-M1.2中進(jìn)行了詳細(xì)介紹，這里也不再贅述。另外，在我們所制作的數(shù)字鐘電路中，由于顯示器選用了可以與集成電路直接配用共陰極半導(dǎo)體數(shù)碼管SW2050

12、1，因此無需外加驅(qū)動(dòng)器電路，只要直接將CC4511與SW20501直接配接即可。在關(guān)SW20501的功能已在中前面的P2-M1.1中進(jìn)行了詳細(xì)介紹，這里也不再贅述。P4-M3.2二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的制作與調(diào)試看一看二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路原理如圖4-3-2所示。該電路由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器和譯碼顯示兩部分電路組成，有關(guān)這兩部分電路的知識(shí)已分別在項(xiàng)目P3和項(xiàng)目P2中作了詳細(xì)介紹在此不再贅述。請(qǐng)參考前面的知識(shí)分析其工作原理。圖4-3-2二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路原理圖做一做根據(jù)圖4-3-2畫出二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的接線圖4-3-3，并在面包板或印

13、制電路板上安裝和調(diào)試該電路。圖4-3-3二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的接線圖表4-3-1二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路制作元件清單序號(hào)品名型號(hào)/規(guī)格數(shù)量配件圖號(hào)實(shí)測(cè)情況1數(shù)字集成電路CC45112U1、U22數(shù)字集成電路CC45181U73數(shù)字集成電路CC40811U1041/4W電阻47014R0R135LED數(shù)碼管SM205012LDE1、LED26P4-M3.3六十進(jìn)制（“分”、“秒”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的制作與調(diào)試看一看圖4-3-4所示為六十進(jìn)制（“分”、“秒”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路原理圖，與圖4-3-2所示的二十四進(jìn)制（“時(shí)”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路原理圖進(jìn)行比較后可以看出，圖4-

14、3-4只是在圖4-3-2的基礎(chǔ)上做了很小的改動(dòng)，復(fù)位信號(hào)自CC4518的13、12腳，當(dāng)計(jì)數(shù)到0110 0000即60時(shí)電路復(fù)位。圖4-3-4原理圖做一做根據(jù)圖4-3-4畫出六十進(jìn)制（“分”、“秒”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的接線圖4-3-5，并在面包板或印制板上安裝和調(diào)試該電路（為與后面的總裝配圖配套，該電路應(yīng)做兩面套，分別用于“分”、“秒”的顯示）。圖4-3-5六十進(jìn)制（“分”、“秒”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路的接線圖表4-3-2六十進(jìn)制（“分”、“秒”）計(jì)數(shù)譯碼顯示電路制作元件清單序號(hào)品名型號(hào)/規(guī)格數(shù)量配件圖號(hào)實(shí)測(cè)情況1數(shù)字集成電路CC45112U3、U42數(shù)字集成電路CC45181U83數(shù)字集成電路C

15、C40811U1041/4W電阻47014R14R275LED數(shù)碼管SM205012LDE3、LED4想一想欲構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)譯碼顯示電路時(shí)，應(yīng)在圖4-3- 4中作何改動(dòng)？P4-M4校時(shí)電路的制作與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)能正確使用RS觸發(fā)器。會(huì)使用數(shù)據(jù)選擇器和分配器。能制作和調(diào)試校時(shí)電路。工作任務(wù)1熟悉校時(shí)電路的組成原理。2制作和調(diào)試校時(shí)電路。實(shí)際的數(shù)字鐘電路由于秒信號(hào)的精確性和穩(wěn)定性不可能做到完全（絕對(duì)）準(zhǔn)確無誤，加之電路中其它原因，數(shù)字鐘總會(huì)產(chǎn)生走時(shí)誤差的現(xiàn)象。因此，電路中就應(yīng)該有校準(zhǔn)時(shí)間功能的電路。讀一讀當(dāng)時(shí)鐘指示不準(zhǔn)，就需要校準(zhǔn)時(shí)間。校準(zhǔn)的方法很多，常用的有“快速校時(shí)法”?，F(xiàn)在以“分計(jì)時(shí)器”的校

16、時(shí)電路為例，簡(jiǎn)要說明它的校時(shí)原理，見圖4-4-1。與非門U15A、U15B構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以將1Hz的“秒”信號(hào)和“秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)”送至“分計(jì)數(shù)器的CP端”。兩個(gè)信號(hào)中究竟選哪個(gè)送入由開關(guān)K控制，它的工作過程是如下：當(dāng)開關(guān)K置“B”端時(shí)，與非門U15A輸出低電平，與非門U15B輸出高電平?！懊胗?jì)數(shù)器進(jìn)位信號(hào)”通過與非門U15C和與非門U14A送至“分計(jì)數(shù)器的CP端”，使“分計(jì)數(shù)器”正常工作；需要校正“分計(jì)時(shí)器”時(shí)，將開關(guān)K置“A”端，與非門U15A輸出高電平，與非門U15B輸出低電平，與非門U15C封鎖“秒計(jì)數(shù)器進(jìn)位信號(hào)”，而與非門U15D將1Hz的CP信號(hào)通過與非門U15D和與非門

17、U14A送至“分計(jì)時(shí)器”的CP控制端，使“分計(jì)數(shù)器”在“秒”信號(hào)的控制下“快速”計(jì)數(shù)，直至正確的時(shí)間，再將開關(guān)置于“B”端，以達(dá)到校準(zhǔn)時(shí)間的目的。圖4-4-1校時(shí)電路原理圖做一做根據(jù)圖4-4-1畫出圖4-4-2所示由CC4011構(gòu)成的校時(shí)電路接線圖，并在面包板（或印制板）上搭建校時(shí)電路（也可以用仿真軟件仿真），同時(shí)與圖4-4-3所示校時(shí)測(cè)試電路相連接，測(cè)試校時(shí)電路的功能，即在兩輸入端分別輸入高電平和1Hz的方波信號(hào)，在輸出端接發(fā)光二極管。當(dāng)開關(guān)K置“B”端時(shí)發(fā)光二極管 ，當(dāng)開關(guān)K置“A”端時(shí)發(fā)光二極管 。（“常亮”、“閃爍”）圖4-4-2校時(shí)電路接線圖圖4-4-3校時(shí)測(cè)試電路表4-4-1校時(shí)電

18、路制作元件清單序號(hào)品名型號(hào)/規(guī)格數(shù)量配件圖號(hào)實(shí)測(cè)情況1數(shù)字集成電路CC40112U14、U1521/4W電阻4.7k2R46、R473開關(guān)1想一想圖4-4-1所示校時(shí)電路巧妙實(shí)現(xiàn)了 信號(hào)和 信號(hào)兩路信號(hào)的切換。拓展性知識(shí)數(shù)據(jù)選擇器和分配器一、數(shù)據(jù)選擇器假如有多路信息需要通過一條線路傳輸或多路信息需要逐個(gè)處理，這時(shí)就要有一個(gè)電路，它能選擇某個(gè)信息而排斥其它信息，這就稱作數(shù)據(jù)選擇。反之，把一路信息逐個(gè)安排到各輸出端去，叫做數(shù)據(jù)分配。如4選1數(shù)據(jù)選擇器能夠?qū)崿F(xiàn)從多路數(shù)據(jù)中選擇一路進(jìn)行傳輸?shù)碾娐贩Q為數(shù)據(jù)選擇器。如圖4-4-4和圖4-4-5所示，4選1數(shù)據(jù)選擇器是從四路數(shù)據(jù)中，選擇一路進(jìn)行傳輸。為達(dá)到此

19、目的，必須由兩個(gè)選擇變量進(jìn)行控制，A0和A1即為兩個(gè)選擇輸入端，D0D3為四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，Y為輸出端。在實(shí)際電路中加有使能端（又稱選通端），只有時(shí)，才允許有數(shù)據(jù)輸出，否則輸出始終為0。4選1數(shù)據(jù)選擇器功能表見表4-5-1，由表4-5-1可寫出當(dāng)時(shí)的邏輯表達(dá)式：圖4-4-44選1數(shù)據(jù)選擇器原理圖圖4-4-5雙4選1邏輯圖表4-5-14選1數(shù)據(jù)選擇器的功能表輸入輸出DA1A0Y100D000D00D101D10D210D20D311D3二、數(shù)據(jù)分配器在數(shù)據(jù)傳輸過程中，有時(shí)需要將某一路數(shù)據(jù)分配到多路裝置中去，能夠完成這種功能的電路稱為數(shù)據(jù)分配器。它可以看成是譯碼器的特殊應(yīng)用。帶有使能端的譯碼器都具有

20、數(shù)據(jù)分配器的功能。一般2-4線譯碼器可作為四路分配器，3-8線譯碼器作為8路分配器，4-16線譯碼器作為16路分配器。它們的使能端作為數(shù)據(jù)線，其擴(kuò)展方法同譯碼器。3線一8線譯碼器CT74LS138構(gòu)成的8路數(shù)據(jù)分配器如圖4-4-6。 (a) 輸出原碼的接法 (b) 輸出反碼的接法圖4-4-68路數(shù)據(jù)分配器A2A0為地址信號(hào)輸入端；為數(shù)據(jù)輸出端；從使能端STA、中選擇一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端D，如或作為數(shù)據(jù)輸入端D時(shí)，輸出原碼；如STA作為數(shù)據(jù)輸入端D時(shí)，輸出反碼。想一想如何測(cè)試CT74LS138構(gòu)成的8選1數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能，畫出其測(cè)試電路原理圖和接線圖。P4-M5整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的制作與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)

21、能分析組合邏輯電路的邏輯功能。會(huì)按要求制作出組合邏輯電路。能制作并調(diào)試整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。工作任務(wù)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的制作與調(diào)試。整點(diǎn)報(bào)時(shí)是數(shù)字鐘最基本的功能之一，即當(dāng)數(shù)字鐘顯示整點(diǎn)時(shí)，應(yīng)能報(bào)時(shí)。要求當(dāng)數(shù)字鐘的“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到59分50秒（數(shù)字鐘電路要求在離整點(diǎn)差10秒）時(shí)，驅(qū)動(dòng)音響電路，在每隔1秒音響電路鳴叫一次，每次叫聲的持續(xù)時(shí)間為1秒，10秒鐘內(nèi)自動(dòng)發(fā)出五聲鳴叫，前四次為低音500Hz，最后一聲為高音1000Hz，即“前四聲低，最后一聲高”，正好報(bào)整點(diǎn)。因此整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路主要由控制門電路和音響電路兩部分組成，圖4-5-1所示為整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的原理圖。圖4-5-1整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路圖P4-M5.1控制門

22、電路讀一讀在圖4-5-1所示為整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，與非門18組成控制門電路。與非門1、3、5的輸入信號(hào)Q4、Q3、Q2、Q1，分別表示“分十位”、“分個(gè)位”、“秒十位”和“秒個(gè)位”的狀態(tài)，下標(biāo)中D、C、B、A分別表示組成計(jì)數(shù)器的四個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)。想一想根據(jù)圖4-5-1所示的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，寫出Y1、Y2、Y3、Y4的邏輯表達(dá)式，并將其化簡(jiǎn)為最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。Y1=；Y2=；Y3=；Y4=。讀一讀數(shù)字鐘電路要求在59分51秒、53秒、55秒、57秒和59秒時(shí)各鳴叫一次。則當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到59分50秒時(shí)，分、秒計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為：QD4QC4QB4QA4=0101 （分十位）QD3QC3QB3QA3=1001

23、（分個(gè)位）QD2QC2QD2QA2=0101 （秒十位）QD1QC1QB1QA1=0000 （秒個(gè)位）此時(shí)要求音響電路工作，計(jì)數(shù)器狀態(tài)的變化僅發(fā)生在59分50秒至59分59秒之間。因此，只有秒個(gè)位的狀態(tài)發(fā)生變化，而其它計(jì)數(shù)器的狀態(tài)無須變化，所以可保持QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變。將它們相與，即Y2=QC4QA4QD3QA3QC2QA2=1 。將此信號(hào)作為與門5、6的控制信號(hào)。想一想由圖4-5-1所示的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路可以看出：Y5=?？梢娨筜5=1，在Y2=1（即在59分50秒時(shí)）不變的前提下有以下兩種情況：(1) 當(dāng)QD1QA1=1時(shí)（即QD1QC1QB1QA1=10

24、01，59秒）使f1（1kHz）信號(hào)有效，發(fā)出的聲音。(2) 當(dāng)時(shí)（即QD1=0、QA1=1，小于59秒的奇數(shù)秒：51、53、55、57）信號(hào)有效，發(fā)出的聲音。P4-M5.2音響電路讀一讀圖4-5-1中音響電路采用射極輸出器，推動(dòng)8的喇叭，三極管基極串接1k限流電阻，是為了防止電流過大損壞喇叭，集電極串接51限流電阻，三極管選用8050型高頻小功率管。當(dāng)Y5端為高電平時(shí)，三極管T導(dǎo)通，有電流流經(jīng)喇叭，使之發(fā)出鳴叫聲。通過以上分析可知，當(dāng)計(jì)時(shí)至 59分51、53、55、57秒時(shí)，頻率為500Hz的信號(hào)通過喇叭，當(dāng)計(jì)時(shí)至59分59秒時(shí)，頻率為1000Hz的信號(hào)通過喇叭，因而發(fā)出“四低一高”的聲音，

25、音響結(jié)束正好為59分60秒。P4-M5.3整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的制作與調(diào)試做一做圖4-5-2整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路接線圖表4-5-1整點(diǎn)報(bào)時(shí)時(shí)電路制作元件清單序號(hào)品名型號(hào)/規(guī)格數(shù)量配件圖號(hào)實(shí)測(cè)情況1數(shù)字集成電路CC40111U112數(shù)字集成電路CC40122U12、U1331/4W電阻1k1R4241/4W電阻511R435三極管80501V16揚(yáng)聲器8/2W1LS1圖4-5-3整點(diǎn)報(bào)時(shí)測(cè)試電路接線圖根據(jù)圖4-5-1畫出圖4-5-2所示的用CC4011和CC4012構(gòu)成的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路接線圖，并在面包板（或印制板）上分別搭建圖4-5-2所示整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路和圖4-5-3所示的整點(diǎn)報(bào)時(shí)測(cè)試電路，并將兩電路對(duì)應(yīng)的10條導(dǎo)

26、線相連接，測(cè)試并驗(yàn)證其整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（也可以用仿真軟件仿真），并將其功能測(cè)并填寫到表4-5-1中。表4-5-1整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的測(cè)試記錄QC4QA4QD3QA3QC2QA2QA1QC1揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音聲 音持續(xù)時(shí)間分十位分個(gè)位秒十位個(gè)位11111110111111117個(gè)量中有任意一個(gè)或一個(gè)以上為零時(shí)*說明：1在測(cè)試電路時(shí)開關(guān)9、10都處于接通狀態(tài)。2開關(guān)18打到地對(duì)應(yīng)端為低電平，打到電阻接電源對(duì)應(yīng)端為高電平。3在揚(yáng)聲器攔填寫“低音”、“高音”。想一想在調(diào)試整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路圖4-5-1的過程中，如果出現(xiàn)“三低一高”、“四低無高”、“無低一高”的聲音，試分析電路各是哪一部分出現(xiàn)故障造成的？P4-M6數(shù)字鐘

27、電路的整體制作與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)能將數(shù)字鐘的各個(gè)單元電路組合成整機(jī)電路。會(huì)裝配和調(diào)試數(shù)字鐘電路。工作任務(wù)1完成數(shù)字鐘各個(gè)單元電路的制作與調(diào)試。2完成數(shù)字鐘電路的整機(jī)裝配與調(diào)試?？匆豢锤鶕?jù)數(shù)字鐘整機(jī)框圖和前面所學(xué)的模塊知識(shí)，將數(shù)字鐘的各個(gè)單元電路組合起來，構(gòu)成圖4-6-1所示的數(shù)字鐘整機(jī)邏輯電路圖。圖4-6-2為數(shù)字鐘的印制板圖，表4-6-1為數(shù)字鐘整機(jī)電路的制作元件清單。(注意：在原理圖繪制中，為了保證圖面整潔，一些地方的連接采用了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。如U12的2腳接U8的13腳)做一做數(shù)字鐘整機(jī)電路可以在面包板（或印制板和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱）上搭建完成。在完成整機(jī)電路連接之前，應(yīng)先對(duì)各單元電路進(jìn)行逐一安裝和調(diào)

28、試，然后再進(jìn)行整機(jī)的連接與調(diào)試。1晶體振蕩器的安裝和調(diào)試按圖4-6-1和圖4-1-1電路在面包板（或印制板和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱）上連線，輸出接發(fā)光二極管，觀察發(fā)光二極管的顯示情況。用示波器觀察波形，并調(diào)整可調(diào)電阻，用頻率計(jì)測(cè)得所需頻率信號(hào)。2計(jì)數(shù)器譯碼顯示電路的安裝和調(diào)試按圖4-6-1和圖3-2-1、圖3-2-3電路在面包板（或印制板和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱）上連線。因?yàn)镃C4518內(nèi)含有兩個(gè)同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，圖3-2-1內(nèi)所含有的四個(gè)2輸入與非門，因此分別用一片CC4518和CC4511就夠了。BCD一7段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器CC4511和LED七段數(shù)碼管組成譯碼顯示電路。按圖4-6-1電路連線，輸出可接發(fā)光

29、二極管。觀察在CP作用下，輸出端發(fā)光二極管的狀態(tài)變化情況，驗(yàn)證是否為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。調(diào)試過程中，要注意以下幾個(gè)問題：(1) 根據(jù) CC4518的功能表，當(dāng)觸發(fā)脈沖由CP端輸入時(shí)，EN端應(yīng)接高電平，此時(shí)CP上升沿觸發(fā)；當(dāng)觸發(fā)脈沖由EN端輸人時(shí)，CP輸入端接低電平，此時(shí)CP下降沿觸發(fā)。(2) CR為異步復(fù)位端，高電平有效。當(dāng)CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位；正常計(jì)數(shù)時(shí)，應(yīng)使CR=0。(3) CC4511正常工作時(shí)，LTBI應(yīng)為高電平，LE應(yīng)為低電平。3分頻電路的安裝和調(diào)試按圖4-6-1和圖4-2-1電路在面包板（或印制板和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱）上連線。制作中注意CP、EN、R端的接法，不能接

30、混，可以用邏輯筆觀察低頻輸出端的電平變化。4校時(shí)電路的安裝和調(diào)試按圖4-6-1圖和4-5-1電路在面包板（或印制板和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱）上連線將電路輸出（門5）接發(fā)光二極管。撥動(dòng)開關(guān)，觀察輸出端發(fā)光二極管的顯示情況。注意：計(jì)時(shí)和較時(shí)兩種狀態(tài)的計(jì)數(shù)速度不一樣。5整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的安裝和調(diào)試按圖4-6-1和圖4-5-1所示電路在面包板或印制板（圖4-6-2所示）和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上連線。因?yàn)閳?bào)時(shí)電路發(fā)出聲響的時(shí)間是59分51秒至59分60秒之間，59分的狀態(tài)是不變的，Y2=1不變。測(cè)試時(shí)，輸入500Hz、1000Hz的信號(hào)，QA；QD端接至十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的相應(yīng)輸出端。觀察計(jì)數(shù)器在CP信號(hào)的作用下，喇叭發(fā)出聲響

31、的情況。圖4-6-1數(shù)字鐘整機(jī)電路圖圖4-6-2數(shù)字鐘印制板圖圖4-6-3數(shù)字鐘電路安裝3D圖表4-6-1數(shù)字鐘整機(jī)電路制作元件清單序號(hào)品名型號(hào)/規(guī)格數(shù)量配件圖號(hào)實(shí)測(cè)情況1數(shù)字集成電路CC45116U1 U62數(shù)字集成電路CC45185U7U9U19、U203數(shù)字集成電路CC40811U104數(shù)字集成電路CC40115U14U17U115數(shù)字集成電路CC40122U12、U136數(shù)字集成電路NE5551U187LED數(shù)碼管SM205016LED1LED68開關(guān)3K1K391/4W電阻100k42R0R41101/4W電阻51k1R42111/4W電阻511R43131/4W電阻2k1R4414

32、1/4W電阻4.7k7R45R5115可調(diào)電阻4.7k1RP16三極管80501V117揚(yáng)聲器8/2W1LS118插件2腳1J1拓展性知識(shí)數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)一、數(shù)字電路系統(tǒng)的組成與類別1數(shù)字系統(tǒng)的組成 在電子技術(shù)領(lǐng)域里，用來對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集、加工、傳送、運(yùn)算和處理的裝置稱為數(shù)字系統(tǒng)。一個(gè)完整的數(shù)字系統(tǒng)往往包括輸入電路、輸出電路、控制電路、時(shí)基電路和若干子系統(tǒng)等五個(gè)部分。各部分具有相對(duì)的獨(dú)立性，在控制電路的協(xié)調(diào)和指揮下完成各自的功能，其中控制電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心。當(dāng)然，并非每一個(gè)數(shù)字電路系統(tǒng)都能嚴(yán)格劃分成五個(gè)組成部分。(1) 輸入電路輸入電路的任務(wù)是將各種外部信號(hào)變換成數(shù)字電路能夠接受和處理

33、的數(shù)字信號(hào)。外部信號(hào)通?？煞殖赡M信號(hào)和開關(guān)信號(hào)兩大類，如聲、光、電、溫度、濕度、壓力及位移等物理量屬于模擬量，而開關(guān)的閉合與打開、管子的導(dǎo)通與截止、繼電器的得電與失電等屬于開關(guān)量。這些信號(hào)都必須通過輸入電路變換成數(shù)字電路能夠接受的二進(jìn)制數(shù)。(2) 輸出電路輸出電路將經(jīng)過數(shù)字電路運(yùn)算和處理之后的數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào)或開關(guān)信號(hào)去推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，在輸出電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間常常還需要設(shè)置功放電路，以提供負(fù)載所要求的電壓和電流值。(3) 子系統(tǒng)子系統(tǒng)是對(duì)二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算以及信號(hào)傳輸?shù)裙δ艿碾娐?，每個(gè)子系統(tǒng)完成一項(xiàng)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)，即某種局部的工作。子系統(tǒng)又常稱為單元電路。(4) 控制電路控制電路將外部輸入信號(hào)以及各子系統(tǒng)送來的信號(hào)進(jìn)行綜合、分析，發(fā)出控制命令去管理輸入、輸出電路及各個(gè)子系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)同步協(xié)調(diào)、有條不紊地工作。(5) 時(shí)基電路時(shí)基電路（短形波發(fā)生器）產(chǎn)生系統(tǒng)工作的同步時(shí)鐘信號(hào)，使整個(gè)系統(tǒng)在時(shí)鐘信號(hào)的作用下一步一步地順序完成各種操作。2數(shù)字系統(tǒng)的類型(1) 在數(shù)字電路系統(tǒng)中，有的全是由硬件電路來完成全部任務(wù)，有的除硬件電路外，還需要加上軟件，即使用可編程器件，采用軟硬結(jié)合的方法完成電路功能。后者的功能要比前者強(qiáng)得多，而且能使硬件投資減少，使用靈活方便，是數(shù)字