1、 电子电工综合实验（ ）实验报告多功能数字计时器设计姓 名 :学 号：学 院 (系 ): 电子工程与光电技术学院专 业 : 通信工程指 导 ： 电子技术中心 实验日期： 2012 年 9月 2目录1电路目的32设计内容简介及要求33实验原理33.1 整体设计原理33.2秒信号发生器 43.3 计数器 5 3.4 清零电路633.5 校分电路73.6 报时电路 74遇到的问题及解决方法84.1 调试过程84.2 问题与解决94.3 感想与体会95附录105.1 参考文献4105.2 电路总图115.3 元件清单115.4 芯片引脚图12一 实验目的1.巩固所学集成电路的工作原理和使用方法，学会在
2、单元电路的基础上进行小型数字系统设计；2.培养大家的动手能力，独立完成实验电路的连接；3.增强分析问题与解决问题的能力，通过发现问题和解决问题对集成电路形成更全面的认识，提高调试电路的实验技能。二设计内容简介与要求设计制作一个 0分 00秒9 分 59秒的多功能计时器,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，可以对计时器进行手动清零。4）设计校分电路：在任何时候
3、，拨动校分开关，可进行快速校分。 （校分隔秒）5）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5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。三实验原理3.1 整体设计原理数字计时器是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间与所需要的起点可能会不相同，所以需要在电路上加一个校分电路，以便将分时刻跳到想要的时刻，这也是为了让蜂鸣器尽快的响起。为了使标准的1Hz时间信号准确并且稳定，实验中我们使用了石英晶体
4、振荡器构成脉冲发生电路。为了使电路更加简单，实验中我们使用了一片 CD4518的集成块对计时器的秒个位和分位进行计数，用 74LS161构成模六（六进制）计数器实现对秒十位进行计数，当低位计数器计满 10时向高位产生一个脉冲信号，触发高位计数器计数。由于所使用的计数器都有异步清零端，故可通过简单的电路就可以使电路具有开机清零功能和随时清零功能。用分频器对脉冲进行分频，2Hz 用于较分，1KHz、2KHz 用于蜂鸣器的低鸣与高鸣。图 1 整体设计原理图各部分电路原理及分析：3.2 秒信号发生器6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。为提供较为精确的秒脉冲信号，采用 32768H
5、z的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。分频器 CD4060最高可实现 214分频，即最低频率端 Q14的脉冲信号频率为2Hz，因此增加一个 D触发器实现的倍频器来产生 1Hz的秒脉冲信号。将 D触发器的 Q端与 D端扭接在一起实现倍频器，则 Q端的输出信号即为 1Hz的秒脉冲信号。报时电路所需要的 1KHz，2 KHz的脉冲信号由 4060的管脚 Q4和管脚 Q5提供。所用器件：32768Hz 晶体管、22M 电阻、20PF 电容、10 PF电容、4060、74LS74。：图 2 秒信号发生器原理图3.3 计数器该电路是本实验基础电路中的关键电路，由分计数器、秒十位计数器、秒个位计数器构成。分
6、计数器和秒个位计数器直接用 CD4518BCD码计数器实现十进制计数功能；秒十位计数器为六进制计数器，将 74LS161做成一个从00000101 的模六计数器实现。连接时，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通过一非门接入774LS161的时钟端作为时钟信号完成个位与十位的级联,进行进位。做秒十位记数时，用反馈置位法，2Q1 和 2Q3通过一与非门接入置数端同时数据输入端均接地，实现模六功能。将计数位 2Q3作为驱动信号送入分计数器（CD4518B）的EN端，则数字计数器整体的计数功能即可实现。显示电路采用三片 CD4511显示译
7、码器和三个七段共阴显示字，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，而采用共阴极七段 LED数码管进行循环显示。CD4511 的输入接到相应计数器的输出，而它的输出端与数码管的相应端相连，数码管通过 300的电阻接地。所用器件:4518、74LS161、74LS00、CC4511、CC4069、300 电阻、LED 数码显示管。图 3 计时电路原理图3.4 清零电路该电路具有开机清零和控制清零功能。其中秒个位和分位的清零端即CC4518的管脚 7和 15（高电平有效）接在第一个非门之后，秒十位 74LS161的清零端即管脚 1（低电平有效）
8、接在第二个非门之后。刚开机时，由于电容上8的电压不能突变，电容两端为低电平，经过第一个非门输出高电平，接到CC4518的管脚 7和 15，实现秒个位和分位的清零。在经过第二个非门输出低电平，接到 74LS161的管脚 1，实现秒十位的清零。按下开关后，电容被短路，第一个非门的输入端为低电平，两个非门的输出端分别为高电平和低电平，原理同上，实现控制清零功能 （异步清零） 。所用器件：CC4069、10K 电阻、22F 电容。图 4 清零电路原理图3.5 校分电路当校分电路开关断开时时，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
9、制。由用下图电路控制分位计数器的 EN端对分位进行控制。图 5 校分电路原理图接 74LS161 的 Qc 接分位 CD4518 的 EN 端93.6 报时电路用需要报时的时刻所对应的计数器的输出作为触发信号来驱动蜂鸣器报时，因为需要在 9分 53秒、9 分 55秒、9 分 57秒各报出一个低音，在9分 59秒报出一个高音。具体设计过程如下：将各时刻各位对应的二进制码作如下图的比较：1） 将秒个位的 3（0011） 、5（0101） 、7（0111）取或，通过卡诺图的化简可得应该从秒个位取 1Q1（1Q 2+1Q3）2） 将 1中所得结果和分位的 9（1001）与再和秒十位的 5（0101）与
10、，所得的结果和 1KHz的信号与就可得到在 9分 53秒、9 分 553秒、9 分 57秒报出低音的驱动信号。3） 将分位的 9（1001）和秒十位的 5（0101）与再和秒个位的 9（1001）与再和 2KHz的信号与就得到在 9分 59秒报出高音的驱动信号。4） 将 2和 3中得到的信号取或，就可以得到最终的报时驱动信号。所用器件：74LS21、74LS32、蜂鸣器。图 6 报时电路原理图四、遇到的问题与解决方法时间（DEC） 分位（BIN） 秒十位(BIN) 秒个位（BIN）9:53 1001 0101 00119:55 1001 0101 01019:57 1001 0101 0111
11、9:59 1001 0101 1001104.1 调试过程1. 电路安装前应该先把面包板的各个横通孔用短导线连好，并且统一用红线代表电源线，用黑线代表地线，连接完成后应该接上电源用万用表测试各插孔以确保整块板子上无漏掉的插孔以免影响后面的安装工作。2.连接秒信号发生器时，将脉冲发生电路产生的脉冲接入 CD4518的 CP端。此时可通过万用表观察秒信号是否正常输出，接将万用表打在电压 10V档，红表笔接 CD4518的 CP端，黑表笔接地，若正常输出则可以看到万用表指针左右摆动，频率为 1次/秒。3.在记数器模块的连接中，先把秒个位的记数、译码、显示器连接好，把 1Hz信号输入 CC4518的
12、CP端，打开开关，确保秒个位从 09正常记数，才能开始秒十位的连接，秒个位的 Qd从非门输出接入 74LS161的 CP端，输出的 Qa、Qc与非输入置数端，置 0，接完打开开关，检验显示器从 0059正常记数，再连接分位的电路，接完仍要检验是否正常记数。其中若数字显示缺省，检查显示器有没有问题。4.连接清零电路，用导线代替开关，当导线断开时，实现开机清零；当导线联通时，实现不掉电清零。5. 连接校分电路，用导线代替开关，当导线断开时，电路正常计时，到 59秒后进一位；当导线连接时，分位接入 2Hz信号，电路实现快速校分。6. 连接报时电路前，给蜂鸣器输入 1-2V电压，如有声音，则蜂鸣器没有
13、问题。连接好电路，若电路正常工作蜂鸣器会从 9分 53秒开始每隔一秒报一声低音（1KHz） ，9 分 59秒时报一声高音（2KHz） 。同时要注意蜂鸣器的管脚不要接反。4.2问题与解决1在连接完秒个位之后，发现显示器上从 1走到 7然后就跳回 0了，既然可以从 1走到 7，那译码器和显示器应该正常，明显是记数器出了问题，在计数器管脚上一个一个检查，发现 Cr端口没有接地，接上之后恢复了正常。2.连接秒十位时，这一位的示数一直是 5，不发生任何变化，检查了一下进位11和置数信号没有问题，继续检查译码器，之前认为把 Cr非悬空等同于接高频信号，就没有连接，检查后把 Cr非和 Qcc都连接上了+5V
14、,可正常记数，但是发现芯片在记数过程中一直在发烫，便去询问老师，了解了 Qcc接上没有意义，不应连接，去掉连接的导线之后，芯片正常了许多。4.3 感想与体会在本次试验中，用到的集成芯片很多，线路也很复杂，连接过程中很容易出现各种各样的问题，所以试验之前要做好充分的预习，充分理解电路连接的原理，在出现问题时才知道是哪出了问题，怎么去解决。在连接电路之前，一定先把面包板的各个横通孔用短导线连好，并且统一用红线代表电源线，用黑线代表地线，连接完成后应该接上电源用万用表测试各插孔以确保整块板子上无漏掉的插孔以免影响后面的连接。在连接电路中，要分块一步一连接，一步步检验，确保过程当中无差错，有了错误能及
15、时发现时出现在哪步，便于解决。最好不同的模块选用不同颜色的线，避免到后面连线错乱。连线不要急躁，越是开始越要慢慢的连，对好管脚，把线插牢。剪线时每端 78mm，过短会接触不好，造成断路；过长会有一部分裸露在外，与其他的线打上会造成短路。我在实验中能够较快的完成电路，因为耐心的把每一条连好，出了出现两次不知道该不该连的问题，连线没有出现其他错误，完成的很顺利，不求快反而更快的成功连接。通过这个实验，我们把之前所学的数电知识运用到了实践当中，自己设计，自己连接，遇到了问题分析解决方法，大大的提高了动手能力和解决问题的能力，同时对于集成电路的运用有了更深的理解。五、附录5.1 参考文献1）蒋立平,等
16、. 数字电路M. 南京理工大学, 2001.2）王建新,姜萍,等. 电子线路实践教程M. 科学出版社, 2003.3）李振声,等. 实验电子技术M. 国防工出版社, 2001.125.2 电路总图2Q 4Q 5Q 1 4135.3 元件清单工具：剪刀、镊子、剥线钳 元器件清单：名称 型号 数量显示字 共阴 3译码器 CC4511 3BCD码计数器 CC4518 1四位二进制计数器 74LS161 1分频器 CC4060 1D触发器 74LS74 1非门 CC4069 1二入与非门 74LS00 1四入与门 74LS21 2二入或门 74LS32 1晶振 32768Hz 1蜂鸣器 110p 12
17、0p 1电容22u 2300 310k 2电阻22M 15.4 芯片引脚图引脚图： 14功能表：CC4511逻辑功能表输入 输出LTBIED C B A g f e d c b a 字符测灯 灭零 消隐锁存 显示 LE时数据 15 译码 CC4518逻辑功能表输入 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74LS161逻辑功能表输入 输出16CP CrLD1SD 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
