電工電子綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)字計(jì)時器設(shè)計(jì)

1、電工電子綜合試驗(yàn)數(shù)字計(jì)時器實(shí)驗(yàn)報告專 業(yè)：班 級：學(xué) 號：姓 名：指導(dǎo)老師： 實(shí) 驗(yàn) 室：完成時間：目錄一、設(shè)計(jì)電路功能要求- 2 -二、設(shè)計(jì)電路總體原理框圖- 3 -三、電路工作原理簡述- 3 -四、各單元電路原理及邏輯設(shè)計(jì)- 4 -1.脈沖發(fā)生電路- 4 -2.計(jì)時電路和顯示電路- 4 -3.報時電路- 5 -4.較分電路- 6 -5.清零電路- 7 -五、引腳圖及真值表- 7 -六、電路安裝及調(diào)試說明- 11 -七、收獲體會及建議- 11 -八、總體原理電路- 12 -九、元器件清單- 12 -十、設(shè)計(jì)參考資料- 13 -一、 設(shè)計(jì)電路功能要求設(shè)計(jì)一個數(shù)字計(jì)時器，可以完成0分00秒9分5

2、9秒的計(jì)時功能，并在控制電路的作用下具有開機(jī)清零、快速校分、整點(diǎn)報時功能。本設(shè)計(jì)采用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，主要培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力，提高學(xué)生設(shè)計(jì)電路、調(diào)試電路的實(shí)驗(yàn)技能。設(shè)計(jì)要求 1） 設(shè)計(jì)一個脈沖發(fā)生電路，為計(jì)時器提供脈沖、為報時器提供驅(qū)動蜂鳴器的脈沖信號。 2） 設(shè)計(jì)計(jì)時電路，完成0分00秒9分59秒的計(jì)時功能。 3） 設(shè)計(jì)報時電路，使數(shù)字計(jì)時器從9分53秒開始報時，每隔一秒發(fā)一聲，共發(fā)三聲低音，一聲高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音，9分59秒發(fā)高音。 4） 設(shè)計(jì)校分電路，在任何時候，撥動校分開關(guān)，可進(jìn)行快速校分。 5） 時間清零電路，具有開機(jī)自動清零功能，并且在

3、任何時候，按動清零開關(guān)，可以進(jìn)行計(jì)時器清零。 6） 系統(tǒng)級聯(lián)調(diào)試，將以上電路進(jìn)行級聯(lián)完成計(jì)時器的所有功能。二、 設(shè)計(jì)電路總體原理框圖 計(jì)時電路譯碼顯示電路清零電路報時電路校分電路脈沖發(fā)生電路三、 電路工作原理簡述電路由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路和報時電路組成。振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。較分電路實(shí)現(xiàn)對“分”上數(shù)值的控制，而不受秒十位是否進(jìn)位的影響，報時電路通過1kHz或2kHz的信號和要報時的時間信號進(jìn)行“與”的運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的頂點(diǎn)報時的，通過兩個不同頻率的脈沖信號使得在不同的時間發(fā)出不同的聲響。

4、四、 各單元電路原理及邏輯設(shè)計(jì)1. 脈沖發(fā)生電路脈沖發(fā)生電路是為計(jì)時電路提供計(jì)數(shù)脈沖的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是計(jì)時器，所以需要產(chǎn)生2Hz的脈沖信號。為提供較為精確的秒脈沖信號，采用32768Hz的石英晶體多諧振蕩器作為脈沖信號源。分頻器CD4060最高可實(shí)現(xiàn)214分頻，即最低頻率端Q14的脈沖信號頻率為2Hz，因此還需要增加一個D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的倍頻器來產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號。將D觸發(fā)器的端與D端扭接在一起實(shí)現(xiàn)倍頻器，則Q端的輸出信號即為1Hz的秒脈沖信號，可以接入最低位計(jì)數(shù)器的時鐘脈沖端作為脈沖驅(qū)動信號。實(shí)驗(yàn)電路如下：2. 計(jì)時電路和顯示電路計(jì)數(shù)電路由三個計(jì)數(shù)器構(gòu)成，分別為分計(jì)數(shù)器、秒十位計(jì)數(shù)器、秒個位計(jì)

5、數(shù)器。分計(jì)數(shù)器和秒十位計(jì)數(shù)器為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用CD4518雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)；秒十位計(jì)數(shù)器為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用74LS161四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。所有計(jì)數(shù)器均以時鐘脈沖的下降沿為有效邊沿。連接時，秒脈沖電路產(chǎn)生的秒脈沖信號送入秒個位計(jì)數(shù)器（CD4518）的CP端，最高計(jì)數(shù)位1Q4經(jīng)反相器作為驅(qū)動信號送入秒十位計(jì)數(shù)器（74LS161）的時鐘脈沖端。同時，使用反饋復(fù)位法將秒十位計(jì)數(shù)器（74LS161）的計(jì)數(shù)位2Q1 2Q3經(jīng)與非門送入清零端，用異步清零實(shí)現(xiàn)模6計(jì)數(shù)。將計(jì)數(shù)位2Q3作為驅(qū)動信號送入分計(jì)數(shù)器（CD4518）的CP端（連整體電路時斷開），則數(shù)字計(jì)數(shù)器整體的計(jì)數(shù)功能即可實(shí)現(xiàn)。采用三片CD45

6、11顯示譯碼器和三個七段共陰顯示字，與各計(jì)數(shù)器作相應(yīng)連接，完成顯示電路部分。3. 報時電路本次實(shí)驗(yàn)中報時電路的設(shè)計(jì)要求是在9分53秒，9分55秒，9分57秒發(fā)低音，輸入500赫茲信號，在9分59秒發(fā)高音，輸入1000赫茲信號。而三個時間點(diǎn)的分個位為9（1001），秒十位都為5（0101），秒個位分別為3(0011)、5（0101）、7（0111）、9（1001）。所以可將秒十位，分的個位的1的端口相與，記為輸出信號1，然后觀察秒個位，00B一直為1，01B與02B有一個為1時，則用1000赫茲進(jìn)行報時。所以把01B和02B相或然后與1000赫茲信號相與。而當(dāng)03B為1時，用2000赫茲進(jìn)行報時

7、，即03B與2000赫茲相與，兩者在與信號1和00B相與，達(dá)到報時的目的。實(shí)驗(yàn)電路如下：4. 較分電路此項(xiàng)設(shè)計(jì)的要求為：設(shè)計(jì)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打到正常擋時，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，當(dāng)開關(guān)打到校分擋時計(jì)數(shù)器可以快速校分。為使分計(jì)數(shù)器可以不受秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖的限制，所以較分時選通較快的2赫茲的校分信號進(jìn)行快速校分。校分電路是通過控制分的CP脈沖信號頻率來對分的進(jìn)行校正的。只需將原分位4518CP端與2Hz或秒十位4518的2Q3進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可實(shí)現(xiàn)校分，只需一雙擲開關(guān)即可。未按下時CP端與2Q3相連，開關(guān)按下時與2HZ相連5. 清零電路 在計(jì)數(shù)電路部分提到過清零問題，即當(dāng)十位為0110時，使得計(jì)數(shù)器清零，從而

8、實(shí)現(xiàn)模6計(jì)數(shù)，然而本次實(shí)驗(yàn)還要求提供整體任意時刻清零的功能，則可以設(shè)計(jì)一個開關(guān)，使得當(dāng)開關(guān)閉合時所有4518的清零端全部接高電平，此時即可以實(shí)現(xiàn)整體清零目的。這也是本次試驗(yàn)中比較簡單的部分。實(shí)驗(yàn)電路如下：五、 引腳圖及真值表1. CD4511（四線-七段譯碼器）CD4511邏輯功能表輸入輸出DCBAgfedcba字符測燈××××××滅零×消隱鎖存××××顯示LE時數(shù)據(jù)譯碼2. CD4518（雙四位同步BCD碼加法計(jì)數(shù)器）CD4518邏輯功能表輸入輸出CrCPEN清零1×

9、15;0000計(jì)數(shù)01BCD碼加法記數(shù)保持0×0保持計(jì)數(shù)00BCD碼加法記數(shù)保持01×保持3. 74LS74（雙D觸發(fā)器）74LS74邏輯功能表輸入輸出CP清零××置“”××送“”送“”保持×保持不允許××不確定4. 74LS161（四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器）74LS161邏輯功能表輸入輸出CP DCBA清零×0×××××××00000送數(shù)10××dcbadcba0-1記數(shù)1111××&

10、#215;×二進(jìn)制加法記數(shù)保持×1101××××不變保持×1110××××不變5、CC4060（14位二進(jìn)制串行分頻器）6、74LS00（二入與非門）7、74LS21（四入與門）8、74LS32（二入或門）9、CC4069（非門）10、LED顯示字（共陰）六、 電路安裝及調(diào)試說明試驗(yàn)中，首先了解了計(jì)時器不同模塊的功能及原理后，開始每個模塊逐個連接，按照“顯示-脈沖發(fā)生-清零-校分-報時”的順序。每個模塊完成后都應(yīng)作相應(yīng)的功能檢查，確保沒問題后再開始連下一模塊，否則，一旦出現(xiàn)問題不容易檢

11、查。七、 收獲體會及建議回顧整個實(shí)驗(yàn)令我感觸最深的就是實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的這一過程。在理論知識的準(zhǔn)備中，發(fā)現(xiàn)自己對許多曾經(jīng)學(xué)過的知識理解不深，造成了在實(shí)際應(yīng)用時的難度；同時，在實(shí)際的操作過程中，尤其是電路連接中不僅需要我們有較強(qiáng)的動手能力，更需要科學(xué)研究不可缺少的細(xì)心與耐力。除了自己的思考之外，與其他同學(xué)的交流與探往往可以提供新的思路避免鉆牛角尖往往能使問題迎刃而解。雖然試驗(yàn)中遇到了很多問題困擾著我，但是克服困難的整個過程不能不說是一種快樂的享受。當(dāng)然，所有的收獲都離不開自己的汗水與老師同學(xué)的教導(dǎo)幫助，在這里，我將為自己本次計(jì)時器設(shè)計(jì)畫上句號，但在電子技術(shù)學(xué)習(xí)的路上我還有更多的路要走。八、 總體原理電路九、 元器件清單工具（剪刀、鑷子、剝線鉗） 一套接插板 一套導(dǎo)線 若干元器件：名稱型號數(shù)量顯示字共陰3譯碼器CD45113BCD碼計(jì)數(shù)器CD45182四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS