1、电工电子综合实验报告多功能数字计时器设计1. 学习要求 22. 题目简介 23电路功能设计24. 单元电路设计 34.1 脉冲发生电路 34.2 计时电路 34.3 译码显示电路 44.4 清零电路 54.5 校分电路 64.6 仿电台报时电路 65.总电路图 76.主体电路的装调 77.电路故障的检查 818.实验心得 89.附录 89.1 元件清单 99.2 芯片引脚图和功能表 910.参考文献 10一、学习要求掌握数字电路系统的设计方法，装调技术及数字钟的功能扩展电路的设计二、题目简介要求大家运用所学集成电路的工作原理和使用方法，学会在单元电路的基础上进行小型数字系统设计。要求设计一个数
2、字计时器，可以完成 0 分 00 秒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、整点报时功能。采用中小规模集成电路实现，培养大家分析问题解决问题的能力，提高大家设计电路、调试电路的实验技能。三.电路功能设计要求1、设计制作一个 0 分 00 秒9 分 59 秒的多功能计时器,设计要求如下：1) 设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲（1HZ） ，为报时电路提供驱动蜂鸣器的高低脉冲信号（1KHZ、2KHZ） ；2) 设计计时电路：完成 0 分 00 秒9 分 59 秒的计时、译码、显示功能；3) 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
3、对计时器进行手动清零。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。 （校分隔秒）25) 设计报时电路：使数字计时器从 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 1kHz） ，9 分 59 秒发高音（频率 2kHz） ；6) 系统级联。将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。7) 可以增加数字计时器附加功能：定时、动态显示等。2. 电路原理简介数字计时器由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路、校分电路、清零电路和报时电路这几部分组成。其原理框图如下：四、 单元电路设计要求1、脉冲发生电
4、路振荡器是数字钟的核心。采用石英晶体构成振荡器电路，产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经过分频器输出标准秒脉冲（1HZ） 。分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲（1HZ） 。3二是提供功能扩展电路所需驱动脉冲信号（1KHZ、2KHZ ） 。采用晶体的固有频率为 32768HZ=215HZ。CC4060、74LS74脉冲电路采用石英晶体构成振荡器电路，产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经过分频器输出标准秒脉冲（1HZ） 。为了得到秒脉冲信号，还需再经过一个二分频器件（由 D 触发器 74LS74 实现） 。同时分频器还能为蜂鸣器提供 1KHz 和 2KHz 的脉
5、冲信号。2、计数器的设计CC4518（分位、秒个位） 、74LS161（秒十位）计时电路4将 2Q1 和 2Q3 通过与非门与同步置数端连接，当“秒十位”变成 101 时，在下一个脉冲时变成 0000，从而完成模六计数。当“秒十位”由 101 变为 000 时，2Q 3 由 1 变 0，由于连接 4518 的 EN 端，便向“分个位”输送一个下降沿，从而完成了向“分个位”的进位。而“秒个位”由 1001 变成 0000 时，1Q 4 由 1 变 0，而 74161 通过上升沿计数，所以 1Q4 要经过一个非门连接到 74161 的 CP 端，从而实现向“秒十位”的进位。3、译码、显示电路的设计
6、译码器 CC4511显示器 共阴 LED 七段字型数码管aabbccddeeffgghhcomcom abcdefghCOM显示电路译码器通过共阴极显示器，将分和秒的个位、十位分别在七段数码显示器上显示出来。4、校分电路、清零电路、仿电台报时电路的设计74LS00（与非门） 、74LS21（与门） 、CC4069（非门） 、74LS32（或门）5校分电路对于校分模块，分计数器的计数脉冲有两个不同的来源：一个是秒的进位信号，还有一个是快速校分信号（可以是 1Hz 或 2Hz 脉冲，这里我选择的是 1Hz 脉冲） ，根据校分开关的不同状态决定送入分计数器的脉冲来源，以完成正常工作或快速校分功能。因
7、为（以校分设计为例）分计数器的计数脉冲由两个来源（如上所述） ，只要这两个来源中有一个满足，则分计数器可进行计数，因此这两个来源将满足“或”的关系，我们通过一个或门来选通这两个信号。清零电路这个模块可以将使能端与清零端的接口封装在整个模块中作为整个的计时模块的使能与清零来使用6报时电路将 3Q4、3Q 1、2Q 3、2Q 1 同时为“1” （与运算）作为公共选通信号，1Q21Q1、1Q 31Q1、1Q 31Q21Q1 其中一个为“1” （与或运算）后的信号，通过运算可得1Q21Q1+1Q31Q1+1Q31Q21Q1=1Q1（1Q 2+1Q3+1Q31Q2）=1Q 1（1Q 2+1Q3） ，即将
8、1Q1（1Q 2+1Q3）的信号作为低音的另一选通信号，1Q 41Q1 相与的信号作为高音的另一选通信号。五、总电路图：7六、主体电路的装调（1）连接“脉冲发生电路” ，正确连接后利用万用表检测。将万用表打在电压 10V 档，若正常输出则可以看到万用表指针以 1 次/秒的频率左右摆动；（2）连接“计时（显示）电路” ，观察数码管是否正常显示，同时也可观察计数器的计数、清零等功能；（3）连接校分电路，首先断开 74161 与“分个位”4518EN 端的导线，将校分电路接入，利用一根导线代替开关使用。（4）连接“清零电路” ，注意将“清零电路”接入后，原先 74161 和 4518 清零端的导线要
9、拔掉；（5）连接“报时电路” ，根据电路图仔细连接，要耐心。七、电路故障的检查1、检查电路的连接在接好连线后，首先必须对照电路图认真仔细检查电路连线，如集成块的引脚是否插对了，是否有漏线和错线，特别要检查电源和地线是否有短路现象。2、通电检查（1） 、直接观察。在上述检查无误后，要先调好所需的电源电压，然后才能给电路通8电。观察电路是否有发热、冒烟等异常现象。如果有，应立即关断电源，排除故障后，才可重新通电。（2） 、通电测试。用万用表直接测量集成块的电源管脚。检查电源的正、负极是否接好。如果电源正确仍然有错误，要在错误的状态下，用万用表逐个检查各个门的输出逻辑是否正确，若某个门的输出不对时再
10、检查其输入，顺藤摸瓜找出原因。（3） 、动态逐级跟踪法。可用发光二极管来逐级显示低频阶跃信号是否符合动态逻辑关系。（4） 、采用替代法检查。可通过更换同型号元器件来发现器件故障。八、实验心得通过这次实验，我了解了更多的集成电路的功能原理，也增强了自己的实际动手能力。实验前要先了解元器件的功能和引脚图，这样会使实验更加流畅，实验中要仔细谨慎，连线时要头脑清醒，有层次。在确定得到脉冲时，可以用红表笔接 4060 的 3 脚，黑表笔接地，将万用表打到直流 10V 档，看是否指针来回摆动。总的来说这次实验让我学到了许多知识，感谢老师和同学给予的帮助。九、芯片引脚图和功能表引脚图9CC4518 逻辑功能
11、表输入 输出Cr CP EN DQCBQA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 DRDS NQ1N清零 置“” 送“” 送“” 保持 保持不允许 不确定1074LS161 逻辑功能表十、参考文献1马鑫金编.电子技术实验指导书.南京：南京理工大学，2006 年3李银华等编著.电子线路设计指导.北京：北京航空航天大学出版社，2005 年4王建新，姜萍编著.电子线路实践教程.北京：科学出版社，2003 年输入 输出CPCrLD1SD C B A DQCBACQ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
