电子电工综合实验二 王磊 04303586Word文档格式.docx
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2、计时电路‥…‥‥‥‥‥‥‥‥…‥‥‥‥‥‥‥6
3、译码显示器‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
4、报时电路…‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
5、校分电路‥………‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
6、清零电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
五、实验中遇到的问题及解决方法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
六、实验总结体会‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
七、附录
1、元器件清单‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11
2、器件引脚图和功能表‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
3、参考书目‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
多功能数字计时器
一、设计内容简介：
运用所学集成电路的工作原理和使用方法，用中小规模集成电路设计一个数字计时钟，可以完成0分00秒到9分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下具有开机清零、快速校分、整点报时等功能。
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的脉冲信号；
2、设计计时电路，完成0分00秒到9分59秒的计时功能；
3、设计报时电路，使数字钟从9分53秒开始报时，每隔一秒发一声，共发三声低音，一声高音；
即9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率500Hz），9分59秒发高音（频率2000Hz）；
4、设计校分电路，在任何时候，拨动校分开关，可进行快速校分；
5、设计清零电路，具有开机自动清零功能，并且在任何时候，按动清零开关，可以进行计时器清零；
6、系统级联调试，将以上电路进行级联完成计时器的所有功能；
三、电路整体设计原理：
电路分为六个部分：
计时电路、译码显示器、脉冲发生电路、校分电路、清零电路和报时电路组成。
具体原理框图如下图所示：
1、整体电路设计原理思路
利用晶体震荡器加一些电路产生频率为1Hz的秒脉冲信号，送入到秒个位的CP脉冲输入端，那么秒个位就以一秒为时间间隔进行计数，提供了整个计时电路最基本的驱动信号。
有了秒脉冲以后，后面的就很简单了。
当秒个位达到9秒并且在新一个秒脉冲来到时，秒十位加一。
我们可以在秒个位的四位二进制的最高位（
）和最低位（
）加一个与非门连接到秒十位的脉冲输入端。
当秒个位到达9时，与非门的输出为低电平0，在下一个脉冲来到时，输出变为高电平1。
由此产生了一个上升边沿的触发信号，使秒十位加一。
再考虑到秒十位是六进制的，只有0—5六种状态。
我们实际用的是74161芯片，利用它的置数功能，当秒十位为二进制0101，且下一个脉冲到来时实现置数0000，这样就实现了六进制的翻转。
具体的做法是在秒十位的二进制输出的最低位（
）和第三位（
）加一个与非门连接到74161的置数控制端（
），实现置数功能（这里用的是全部置为零）。
同样的，依照上面的进位思想，在秒个位为9，秒十位为5，且一个新的秒脉冲来到时产生分的进位信号。
实际的做的方法是在74161输出端的
和
通过与非门接到分位的4518的脉冲输入端。
2、基本电路原理图
四、分部电路设计原理：
1、脉冲发生电路
在这个部件的核心就是一个石英晶振，它的振荡频率是32768Hz（
Hz），通过4060芯片（实际上就是一个分频器）取其14端为输出端，得到的频率为2Hz，再通过一个二分频器件就得到了单位秒脉冲信号。
电路图如下：
2、计时电路
整个计时电路采用异步计数，用产生的秒脉冲去触发10进制计数器4518，实现秒的个位计数，再用秒的个位触发秒的十位。
该位是六进制，用74161实现模6计数。
分的个位用秒的十位去触发，用4518计数。
计时电路如下图所示。
3、译码显示器
各计数器的输出分别接到三个显示译码器CD4511上，显示译码器的接法如下图所示。
显示部分采用共阴极七段LED数码管来实现。
四线七线译码器CD4511的
，
分别接高电平，LE端接低电平，此时器件处于译码状态。
电路连接过程中将CD4518（74161）计数器输出QA，QB，QC，QD与译码器CD4511的输入A，B，C，D对接，译码器的输出a，b，c，d，e，f，g分别与数码管的相应端对接并在接地端接入限流电阻。
4、报时电路
在某个需要报时的时刻，应将该时刻输出为“1”的信号作为触发信号，选通报时脉冲信号，进行报时。
该电路要求从9分53秒开始，每隔一秒发一声，共发三低音，一声高音：
即9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音，9分59秒发高音。
原理图如下：
5、校分电路
当校分开关打到“正常”状态时，计数器正常计数；
当开关打到“校分”状态时，秒个位和秒十位正常计数，分位以2Hz的速度进行快速校分，即分计数器可以不受秒计数器的进位信号的控制。
为了消除机械开关的抖动给电路带来干扰，采用防抖动开关。
起始状态开关s2闭合，双与非门构成的RS锁存器处于0状态，D触发器也处于0状态，分计数器正常计数。
s2断开，s1闭合，RS锁存器变为1状态，D触发器翻转，变为1状态，电路快速校分。
s2闭合，s1断开，RS锁存器重新处于0状态，s2断开，s1闭合，RS锁存器变为1状态，D触发器翻转，为0状态，电路停止校分，正常计数。
6、清零电路
清零电路应具有开关清零和不掉电清零两种清零功能。
该电路通过电容冲放电来实现。
刚开机时，由于电容两端电压为零且不能突变，清零电路输出端输出低电平，计数器处于清零状态。
电容C通过电阻R充电使两端的电压缓慢升高，当电容两端的电压高于反相器的翻转电压时反相器翻转输出高电平，计数器处于正常计数状态。
以此完成开机清零功能。
在计数器正常工作时按下清零开关，电容迅速放电，同时输出低电平使反相器翻转输出低电平，计数器处于清零状态。
放开清零开关电容C又开始充电，延迟一段时间后计数器又变为计数状态，即完成不掉电清零功能。
电路原理图如下：
五、实验中遇到的问题及解决方法
在做实验前没有上机模拟，只是根据原理图完成实验电路的连接。
实验前，指导老师规定了电源和地线的连接方法，这样确实有许多好处，很方便的看出输入端接的是高电平还是低点平。
在实验中我一直用着这种连线方法，只要输入端接高电平就用红线（或浅色线），低电平就用黑线（或深色线），为电路的检查带来了很多便利。
在电路某一模块功能的实现过程中也是采用相同颜色电线搭接的，方便检查线路。
由于连线比较规则，基础电路部分很快就做完了，基本没有遇到什么困难。
还有在实验过程中出现问题时不要急于求助其他同学或者老师，多是连线的问题，只有自己仔细排查，因为别人不可能比你自己更熟悉电路，更容易发现错误，解决问题。
做完实验，在完成实验报告时，用软件（multisim8.0）模拟电路。
却发现了问题，计数器的分位虽然在59到00秒的时候有跳变，但在39到40秒的变化过程中也出现了跳变。
检查线路，没有发现线路问题，用示波器观察，发现分的进位信号，即分计数器的CP端输入信号，在39到40秒时有一个瞬间变化，产生了一个上升沿，触发了计数器进行了计数。
原因是由于multisim软件中的元件多为理想化元件，在电路中又用的是异步电路，就产生了该问题。
六、实验总结体会：
电子电工综合实验
（二），设计多功能数字计时器，相对来说是比较复杂的实验。
做完实验，学到的东西也很多。
。
首先，熟悉电路图，对计时器的各种功能进行分析，并且结合《数字电路》所学知识及所给的元器件和电路图认真分析个一个部分电路的功能和原理。
这是进行以后实验的基础。
其次，实验线路连接有层次，有条理。
电路分块搭接，电源，地线首先搭好，各块电路用不同颜色连线加以区别，方便线路检查。
连线长短要合适，避免交叉，为拆线带来方便。
增强安全意识，电路出现问题迅速断电，避免造成元器件损坏。
再次，实验中出现问题，冷静处理。
仔细检查线路，自行分析出错原因。
学会使用仪器对线路进行检查与调试。
必要时向同学，老师寻求帮助。
通过自己解决实验中遇到的问题，提高了能力，巩固了理论知识，也增强了信心。
总之，本实验锻炼了我的动手能力，学到了很多书本上学不到的电路调试经验，我还懂得了做任何事情都要有条理。
要细心，要耐心。
七、附录：
附录１（元器件名称）
工具（剪刀、镊子、播线钳）一套
接线板一块
导线若干
名称
型号
数量
显示字
共阴
3
译码器（驱动共阴）
4511
BCD码计数器
4518
1
四位二进制计数器
74161
分频器
4060
D触发器
7474
非门
4069
二入与非门
7400
2
四入与门
7421
二入与门
7432
蜂鸣器
晶振
32768Hz
开关
三极管（NPN）
3DG6
电容
10p
20p
22uf
电阻
470
10k
22M
330
4
附录2（所用器件的引脚图和功能表）
一、14位二进制串行计数器/分频器和振荡器CD4060
1.引脚图
2.功能表
CP
Cr
功能
↓
↑
计数
任意
复位
二、译码器CD4511
输入
输出
LE
D
C
B
A
g
f
e
d
c
b
a
字符
测灯
0
X
8
灭零
消隐
锁存
显示LE=0→1时数据
译
码
5
6
7
9
三、CD4518双四位同步BCD码加法计数器
输入
输出
EN
清零
BCD码加法计数
保持
四、CC4069（反相器）引脚图
五、74LS00（与非）引脚图
六、74LS21（与门）引脚图
七、74LS74（双D触发器）引脚图
八、74LS32（或门）引脚图
九、74LS161
1.引脚图
2.功能表
送数
0-1
二进制计数
不变
十、74LS194
CLR
S0
S1
CLK
右移
左移
并行置数
十一、LED数码管引脚图
附录3（参考书目）
《电子线路实践教程》王建新、姜萍著科学出版社2003
《数字电路实验与课程设计》吕思忠、施齐云著哈尔滨工业大学出2002
《数字电路》蒋立平著南理工2005
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