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电工电子实验报告
电工电子实验报告
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电工电子综合实验（Ⅱ）实验报告
——多功能数字计时器
摘要
设计搭建一个多功能数字计数器，从0分0秒开始计时,计到9分59秒后自动清零。
具有计时、清零、校分、整点报时的基本功能和闹钟、秒表的附加功能。
显示电路使用的是动态显示方式，即只使用一片译码器外加较高频率的时钟控制电路来实现数码管的“同时”显示功能
Abstract
Designamulti-purposedigitalregisterwhichcandisplaythetime.Itstartsfrom0minute0seconds,countsafter9minute59secondsautomaticclearzero.Theclockhasthebasicfunctionsofclearing,minute-correcting,beepinginthesharphourandthestopwatch.Weusedynamicdisplaycircuittodisplay,namelyrealizingdisplayinginthesametimeusingoneencoderandahighfrequency.
1．设计目的
2．设计要求
3．实验原理
4．单元电路设计及其电路图
1、信号发生电路
2、计时电路
3、显示电路
4、清零电路
5、校分电路
6、报时电路
五．附加电路
六．实验感想
七．实验中遇到的问题
八．附录
1、工具及器件清单
2、各元件的引脚图及功能表
3、总电路逻辑图
4、参考文献
一、实验目的
1.掌握常见集成电路实验单元电路的设计过程。
2.了解各单元再次组合新单元的方法。
二．设计要求
（1）设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲，为报时电路提供驱动蜂鸣器发声的脉冲信号；
（2）设计计时和显示电路，完成0分00秒至59分59秒的计时和显示功能；
（3）设计清零电路，具有开机自动清零的功能，并在任何时候，按动清零开关，就可以实现计时器清零；
（4）设计校分电路，在任何时候，按下校分开关，可以进行快速校分；
（5）设计报时电路，使数字计时器从59分53秒开始报时，每隔2秒发一声，共发三声低音，一声高音；[即59分53秒、59分55秒、59分57秒发低音（频率为1KHz）,59分59秒发高音（频率为2KHz）]；
（6）可增加数字计时器附加功能，例如数字计时器定时功能、电路启停功能、电路采用动态显示功能。
3．实验原理
数字计时器是由脉冲发生电路、计时和显示电路、清零电路、校分电路和报时电路和其它附加电路等几部分组成的。
电路由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等元件构成。
电路由石英晶体提供频率，然后通过分频器可以得到电路所需的不同频率；电路要实现0分00秒-59分59秒的计时和显示功能，所以由三个计时器分别计时，分位、秒十位、秒个位，然后再通过译码器，由LED数字显示管显示出来。
清零电路实现开机清零和任意时刻选择清零，通过逻辑门与计时器连接，从而实现清零。
校分电路实现快速校分，只要将分计数器的频率调快等操作即可实现。
报时电路是实现59分53秒、59分55秒、59分57秒发低音（频率为1KHz）,59分59秒发高音（频率为2KHz），通过蜂鸣器和一些逻辑门实现。
四．单元电路设计及其电路图
1.秒信号发生器
①所用器件：
32768Hz晶体管、22MΩ电阻、20PF电容、10PF电容、CD4060、74LS74、5V直流电源。
②原理:
秒信号发生器提供计时电路的时钟并为报时电路提供驱动信号。
秒信号发生器是由一个石英晶体，一片CD4060，一个D触发器，电阻，电容，以及直流电源组成。
采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源，能提供较为精确的秒脉冲信号。
分频器CD4060最可实现最大为214的分频，所以可输出的最低频率为2Hz；D触发器可以实现脉冲信号的二分频，所以在CD4060的Q14端接一个D触发器，即可以输出频率为1Hz的脉冲信号。
D触发器实现二分频的方法：
将D触发器的
端与D端连接在一起。
CD4060也可提供后面电路所需要的频率为1KHz和2KHz的脉冲信号。
③原理图：
2.计时电路
①所用主要器件：
74LS161芯片、CD4518芯片、7400芯片等。
秒个位：
连接电路时，秒脉冲电路产生的秒脉冲信号送入秒个位计数器（CD4518A）的CP端，秒个位单元中的输出（1Q4、1Q1）通过与非门接入74LS161的时钟端作为时钟信号完成个位与十位的进位。
秒十位：
秒十位记数器应实现模六功能，2Q1和2Q3通过一个与非门接入置数端，74LS161的四个数据输入端应接地，这样当计数器到达0101时，又重新置数为0000。
分位：
以CD4518BCD码计数器来实现十进制计数功能，把74LS161的引脚12（Q3）接到分计时电路CD4518的引脚2，作为进位信号。
级联组装时，则要把分计时电路CD4518的引脚2接到快速校分的输出端。
（原理图）
3.显示电路
1用器件：
3个300欧姆电阻，3个LED共阴极显示器。
②原理图：
显示电路采用三片CD4511显示译码器和三个七段共阴LED显示管，电路从0分00秒计到9分59秒，译码显示电路用三片四线七线译码器CD4511进行译码，然后用共阴极七段LED数码管进行显示。
CD4511的输入端应与相应计数器的输出相连，而它的输出端应与数码管的管脚对应相连，而每个数码管对应接地管脚与地线还应连接一个300欧姆的电阻，以起保护作用。
4.清零电路
①所用器件：
一个10千欧电阻，一个22uF的电容，一片CD4069以及5V的直流电源。
②原理：
清零电路要实现两项功能：
开机清零和任意时刻选择清零。
开机清零是通过电容两端电压的非调变特性实现的。
电路刚接通电源时，节点处的电位为1。
该电位经过一个反相器接入秒十位计数器的Cr端，经过两个反相器接入分计数器和秒个位计数器的Cr端，则这三个计数器的清零端均接入有效电平，实现清零。
此后，只要电源始终保持接通，电路持续计数，开机清零电路就失效了。
闭合清零开关时，节点1处电位为0V，此时送入各计数器清零端的信号均为无效信号，无法实现清零。
而断开清零开关时，因为电容要充电，所以节点1处电位为1，送入各计数器清零端的信号均有效，电路实现清零。
③原理图：
5.校分电路
①所用器件：
一个10千欧的电阻，一个22uF的电容，一片74LS00，一片CD4069，以及直流电源。
②原理：
校分电路是由开关和逻辑门电路实现的。
当校分电路开关开时，计数器正常计数；当开关闭合时，秒个位和秒十位正常计数，分位进行快速校分，即分计数器可以不受秒计数器的进位信号的控制。
当开关合上时，2Hz的信号通过与非门，秒十位计数器的次高位进位脉冲被截止，与非门输出高电平，这时2Hz的信号可以再通过一次与非门，把2Hz的脉冲送入分计数器时钟脉冲端，实现快速校分。
③原理图：
6.报时电路
①所用器件：
一个蜂鸣器，一个三极管，两片74LS21，一片74LS32，直流电源，以及一个470欧姆的电阻和一个10K欧姆的电阻。
②原理：
报时电路由逻辑门电路组成的。
按照设计要求，数字计时器应在9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率1KHz），9分59秒发高音（频率2KHz）。
设计思路：
当分为计数器为输出1001，秒十位计数器输出为0101时，这时电路才有可以报时的可能。
然后当秒个位计数器分别为0011，0101，0111的时候，可以与1KHz的脉冲信号与非，使电路报时；当秒个位计数器为1001时，可以与2KHz的脉冲信号与非。
为化简电路，画卡诺图：
Q3Q2
Q1Q0
00
01
11
10
00
0
0
1
0
01
0
1
1
0
11
x
x
x
x
10
0
0
x
x
9分50秒时，分计数器的3Q1、3Q4计数端与秒十位计数器的2Q1、2Q3计数端均呈现高电平，与门U1被选通；因为U1的输出端是作为另外两个与门U2和U3的输入端，因此只有在9分50秒以后U2和U3才有被选通的可能。
在此基础上，只要秒个位是3、5、7时，也即当1Q0=1，且1Q1或1Q2为高电平时，U2被选通，频率为1kHz的信号可以通过与门U2，进入蜂鸣器产生鸣响。
同样，当秒个位为9时，也即当1Q0、1Q3为高电平时，U3被选通，频率为2kHz的信号可以通过与门U3，进入蜂鸣器产生鸣响。
或门U4实现了允许不同频率的信号在不同时刻被送入蜂鸣器的功能。
2原理图：
五．附加电路
利用4个四选一的数据选择器和模三计数器，每个时刻只选择一个数据到译码器。
再通过模三计数器的AB端控制显示器的接地端，每个时刻只亮一盏灯达到动态显示的效果。
电路图：
6．实验感想
这次实验做的并不是十分理想，做到第三天早上才做完。
一开始的时候对整体电路还不是很了解（虽然预习了但还是不很了解），没有一个整体的概念对于每一个部分的衔接不清楚。
到真正开始做实验的时候才发现我的问题有一些严重，因为我的振荡调了一个下午才调试成功，不知道是排版问题还是管脚接错了，总是不振，后来由竖版变成横版就成功了。
第二天早上之后的连接都很顺利，秒个、秒十、分个、清零，都是一次成功。
当校分电路连接成功后，却没有执行其功能，我检查了各条线路，均没有问题，但还是没有按照预期结果运行。
我想重新连接校分电路，拔导线的时候出错了，后来找不出错误只能重新连过。
由于各种各样的小失误导致了整个电路重连了三次，这浪费了我大量时间，也磨走了我的耐心，好几次找不出错误的时候想到要放弃，却还是不甘心。
一遍又一遍地对线路，确保无误，然后又请教其他同学，终于在最后一天的上午成功了。
这次试验不理想的一个很重要的原因就是预习不够充分，对于很多地方不理解，连接时稀里糊涂，出错频繁。
这次实验给了我很好的教训，对于任何事情做之前都要做好准备，才能不会在执行的过程中有太多的阻碍。
七．实验中遇到的问题：
1.秒十连接好显示器显示九分九十九秒之后就暗了，经过几十秒之后又从零开始计时。
原因是74161是模十六的计数器，我没有进行六进一的操作连接，这个问题困扰着我很久，直到老师指出问题所在。
2.在校分时，连接于161Q3的线要去掉一根，这个细节我一直没注意到，导致校分一直不成功，后来经过同学提醒才知道。
八．附录
1.工具及器件清单
名称
型号
数量
直流稳压电源
1
剥线钳
1
面包板
1
剪刀
1
导线
若干
镊子
1
万用表
1
LED显示器
共阴
3
译码器
CD4511
3
BCD码计数器
CD4518
1
四位二进制计数器
74LS161
2
分频器
CD4060
1
D触发器
74LS74
1
二入与非门
74LS00
2
四入与门
74LS21
2
非门
CD4069
1
二入或门
74LS32
1
晶振
32768Hz
1
三极管（NPN）
8050
1
蜂鸣器
1
电容
10p
1
20p
1
22u
2
电阻
300
3
470
1
10k
3
22M
1
2、各元件的引脚图及功能表
（1）元件引脚图
CC4511逻辑功能表
输入
输出
D
C
B
A
g
f
e
d
c
b
a
字符
测灯
０
×
×
×
×
×
×
１
１
１
１
１
１
１
８
灭零
１
０
×
０
０
０
０
０
０
０
０
０
０
０
消隐
锁存
１
１
１
×
×
×
×
显示LE＝０→１时数据
译码
１
１
０
０
０
０
０
０
１
１
１
１
１
１
０
１
１
０
０
０
０
１
０
０
０
０
１
１
０
１
１
１
０
０
０
１
０
１
０
１
１
０
１
１
２
１
１
０
０
０
１
１
１
０
０
１
１
１
１
３
１
１
０
０
１
０
０
１
１
０
０
１
１
０
４
１
１
０
０
１
０
１
１
１
０
１
１
０
１
５
１
１
０
０
１
１
０
１
１
１
１
１
０
０
６
１
１
０
０
１
１
１
０
０
０
０
１
１
１
７
１
１
０
１
０
０
０
１
１
１
１
１
１
１
８
１
１
０
１
０
０
１
１
１
０
０
１
１
１
９
CC4518逻辑功能表
输入
输出
Cr
CP
EN
清零
1
×
×
0
0
0
0
计数
0
↑
1
BCD码加法记数
保持
0
×
0
保持
计数
0
0
↓
BCD码加法记数
保持
0
1
×
保持
74LS74逻辑功能表
输入
输出
CP
Ｄ
清零
×
０
１
×
０
１
置“１”
×
１
０
×
１
０
送“０”
↑
１
１
０
０
１
送“１”
↑
１
１
１
１
０
保持
０
１
１
×
保持
不允许
×
０
０
×
不确定
74LS161逻辑功能表
输入
输出
CP
D
C
B
A
清零
×
0
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
送数
↑
1
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0-1
记数
↑
1
1
1
1
×
×
×
×
二进制加法记数
保持
×
1
1
0
1
×
×
×
×
不变
保持
×
1
1
1
0
×
×
×
×
不变
3、总电路逻辑图
4、参考文献
升级会员 