多功能数字计时器实验报告.pdf

1、电 工 电 子 综 合 实 验(多 功 能 数 字 计 数 器 )实 验 报 告姓 名 :学 号 :专 业 :电 气 工 程 及 其 自 动 化院 系 :自 动 化 学 院 2016.8.302目 录报 告 封 面 1摘 要 ， 关 键 词 3一 、 实 验 简 介 3二 、 设 计 简 介 4设 计 概 况 4设 计 要 求 4三 、 设 计 原 理 5秒 脉 冲 信 号 发 生 电 路 6计 时 电 路 7清 零 电 路 8校 分 电 路 8报 时 电 路 9四 、 实 验 中 遇 到 的 问 题 及 解 决 办 法 10五 、 实 验 总 结 10六 、 附 录 11总 电 路 图 11

2、芯 片 管 脚 图 及 功 能 表 12参 考 文 献 143摘 要 :数 字 钟 在 人 们 的 日 常 生 活 中 普 遍 使 用 ， 并 且 具 有 许 多 的 计 时 以 外 的 功 能 ， 比 如 整 点 报时 功 能 、 闹 铃 功 能 等 。 本 实 验 设 计 了 一 个 多 功 能 的 数 字 时 钟 ， 除 拥 有 基 本 的 计 时 、 整 点 报 时功 能 、 清 零 功 能 、 校 分 校 时 功 能 外 ， 还 具 有 闹 铃 功 能 。在 该 实 验 的 过 程 中 遇 到 了 计 数 器 进 位 异 常 等 问 题 ， 并 在 实 验 中 得 到 了 解 决 。

3、关 键 词 :多 功 能 数 字 钟 校 分 电 路 整 点 报 时Abstract:Digital clock in peoples daily lives is frequently used,and has manyfunctions.Besides timekeeping, it has many other functions ,such as giving thecorrect time when at integral points, alarm function and so on. In this study, wedesigned a multi-functional di

4、gital clock. In addition to a basic functions liketimekeeping, giving the correct time when at integral points, clear function, adjustthe minute and the hour, but also has an alarm function .During the experiment I met some questions like unusual carry bit of the counterand so on ,but all were solve

5、d in the at last of the experimentKey words：Multifunctional digital clock, time adjusting, chiming circuit正 文 :一 、 实 验 简 介实 验 目 的 ：1. 掌 握 中 小 规 模 数 字 电 路 的 设 计 原 理 ；2. 培 养 动 手 连 接 电 路 的 能 力 ；3. 培 养 分 析 问 题 解 决 问 题 的 能 力 ， 提 高 学 生 实 验 技 能 。实 验 内 容 ：1.运 用 电 路 模 拟 软 件 ， 设 计 多 功 能 数 字 计 时 器 ；2. 连 接 实 物

6、电 路 ， 完 成 电 路 功 能 的 测 试 ：3. 完 成 实 验 报 告 。实 验 需 求 ：实 验 物 品 ： 剪 刀 ， 起 子 ， 镊 子 ， 剥 线 钳 ， 插 线 板 ， 导 线 ， 元 器 件 ；4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 2四 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 32768

7、Hz 1蜂 鸣 器 1电 容 10p 120p 122u 2电 阻 330 310k 222M 1二 、 设 计 简 介设 计 概 况 ：本 实 验 采 用 中 小 规 模 集 成 电 路 设 计 一 个 多 功 能 数 字 计 时 器 。 实 验 需 要 分 别 设 计 脉 冲 发生 电 路 ， 计 时 电 路 ， 译 码 显 示 电 路 ， 和 控 制 电 路 以 及 附 加 电 路 ， 然 后 进 行 连 接 组 成 。 要 求 完成 0 分 00 秒 9 分 59 秒 的 计 时 功 能 ， 并 在 控 制 电 路 作 用 下 实 现 开 机 清 零 ， 快 速 校 分 ， 整 点报

8、时 功 能 。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（ f1=1Hz,f2=1KHz,f3=2KHz） 。52、 设 计 一 个 计 时 电 路 ， 完 成 0 分 00 秒 9 分 59秒 的 计 时 功 能 。3、 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

9、（ 频 率 1kHz） ， 9 分 59秒 发 高 音（ 频 率 2kHz） 。4、 设 计 校 分 电 路 ， 在 任 何 时 候 ， 拨 动 校 分 开 关 ， 可 以 2HZ进 行 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 。7、 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 起

10、 停 功 能 、 电 路 采 用 动 态显 示 等 。 （ 本 次 实 验 选 择 附 加 电 路 为 起 停 电 路 ）三 、 设 计 原 理整 体 电 路 设 计 原 理 ：数 字 计 时 器 是 由 计 时 电 路 、 译 码 显 示 电 路 、 脉 冲 发 生 电 路 和 控 制 电 路 等 几 部 分 组 成 的 ，其 中 控 制 电 路 按 照 设 计 要 求 可 以 由 校 分 电 路 、 清 零 电 路 和 报 时 电 路 组 成 。原 理 框 图 如 下 ：6分 步 电 路 设 计 原 理 ：秒 脉 冲 发 生 电 路 ：脉 冲 信 号 发 生 电 路 完 成 为 计 时 电

11、 路 提 供 计 数 脉 冲 的 功 能 。 本 电 路 采 用 32768Hz 的 石 英晶 体 多 谐 振 荡 器 作 为 脉 冲 信 号 源 。 通 过 分 频 器 4060 多 级 分 频 ， 从 输 出 端 Q14Q4 可 分 别 获得 2， 4， 8， 1024,2048Hz 不 同 频 率 的 输 出 信 号 。 其 中 2Hz 的 脉 冲 信 号 经 二 分 频 电路 得 到 1Hz 的 秒 脉 冲 信 号 。 最 后 用 D 触 发 器 实 现 倍 频 器 ， 确 保 输 出 1Hz 的 秒 脉 冲 信 号 。分 电 路 所 用 器 件 ： 32768Hz 晶 体 管 、 2

12、0M 电 阻 、 20PF 电 容 、 10PF 电 容 、 CC4060、74LS74。其 电 路 设 计 截 图 如 下 ：计 时 电 路 ：计 时 电 路 实 现 0分 00秒 到 9 分 59秒 的 计 时 功 能 ， 是 本 计 数 器 功 能 实 现 中 最 为 重 要 的 电路 ， 同 时 也 是 接 线 最 为 复 杂 的 电 路 。其 中 分 计 数 器 、 秒 个 位 计 数 器 均 为 逢 10进 位 ， 秒 十 位 计 数 器 为 逢 6 进 位 。 因 此 分 计 数器 和 秒 十 位 计 数 器 可 采 用 CD4518BCD 码 计 数 器 来 实 现 十 进 制

13、 计 数 ， 秒 十 位 计 数 器 需 要 采 用74LS161连 接 成 模 六 计 数 器 ， 计 数 范 围 为 0000 0101。 电 路 设 计 时 ， 1Hz 的 秒 脉 冲 信 号 连 接秒 个 位 计 数 器 的 使 能 端 ， 秒 个 位 单 元 中 的 输 出 Q4端 口 通 过 非 门 接 入 74LS161的 时 钟 端 ， 实现 个 位 与 十 位 的 级 联 。 做 秒 十 位 记 数 时 ， 用 反 馈 置 位 法 ， 2Q1和 2Q3 通 过 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

14、 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 需 要 三 片 CD4511显 示 译 码 器 和 三 个 七 段 共 阴 显 示 字 ， 由 4511进 行 二 进 制 的 译7码 ， 由 共 阴 显 示 电 路 实 现 0 分 00 秒 计 到 9 分 59 秒 的 显 示 。 4511 的 输 入 端 接 对 应 编 码 分 位 ，秒 个 位 ， 秒 十 位 的 的 输 出 ， 其 输 出 端 与 共 阴 显 示 字 对 应 相 接 。 共 阴 显 示 字

15、需 要 通 过 300 电阻 接 地 。分 电 路 所 用 器 件 :4518、 74LS161、 74LS00、 4511、 4069、 300 电 阻 、 LED 数 码 显 示 管 。其 电 路 设 计 截 图 如 下 ：清 零 电 路 ：该 电 路 实 现 清 零 作 用其 中 秒 个 位 和 分 位 的 清 零 端 接 在 第 一 个 非 门 之 后 ， 秒 十 位 74LS161 的 清 零 端 接 在 第 二 个非 门 之 后 。 开 机 时 ， 由 于 电 容 上 的 电 压 不 能 突 变 ， 电 容 两 端 为 低 电 平 ， ， 实 现 秒 个 位 和 分 位的 清 零

16、。 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 。 若 已开 机 ， 电 容 两 端 的 开 关 就 是 清 零 开 关 。 开 关 断 开 电 路 正 常 计 时 ， 开 关 闭 合 实 现 电 路 清 零 。器 件 ： CC4069、 10K 电 阻 、 22 F 电 容 。其 电 路 设 计 截 图 如 下 ：8校 分 电 路 ：该 电 路 实 现 快 速 校 分 的 功 能 。当 开 关 断 开 电 路 正 常 工 作 ， 开 关 闭 合 时 ， 分 信 号 选 通 频 率 较 高 的 进 位 信 号

17、 ， 进 行 快 速 变化 ， 分 计 数 器 进 行 快 速 校 分 ， 同 时 秒 位 的 选 通 频 率 不 变 ， 秒 位 正 常 计 时 。 当 开 关 断 开 时 ， 分位 正 常 计 时 。其 设 计 电 路 截 图 如 下 ：9报 时 电 路 ：电 路 完 成 报 时 功 能 ， 在 9 分 53 秒 ， 9 分 55 秒 ， 9 分 57 秒 的 时 候 ， 由 蜂 鸣 器 发 出 声 音 ，分 别 为 低 音 低 音 高 音 。找 到 电 路 时 刻 对 应 的 二 进 制 码 ， 运 用 卡 诺 图 简 化 ， 确 定 电 路 连 线 。 用 1kHz 的 信 号 驱 动

18、低 音 蜂 鸣 ， 2kHz 信 号 驱 动 高 音 蜂 鸣 。分 电 路 器 件 ： 74LS21， 74LS32， 蜂 鸣 器 。其 设 计 电 路 截 图 如 下 ：10基 本 电 路 总 图 ：将 如 上 的 所 有 分 电 路 进 行 连 接 ， 得 到 基 本 电 路 总 路 如 下 ：四 、 实 验 中 遇 到 的 问 题 以 及 解 决 方 法1、 计 时 电 路 的 设 计 中 发 现 秒 十 位 的 显 示 灯 管 不 亮 ， 先 查 线 路 连 接 是 否 正 确 ， 线 路 检 查 无 误 ，再 检 查 4511的 输 入 端 问 题 ， 发 现 4511芯 片 的 9

19、-13 号 管 脚 均 为 低 电 平 ， 无 高 电 平 。 将 74161芯 片 换 了 一 个 ， 发 现 灯 亮 ， 但 是 不 显 示 0,1,3 这 三 个 数 字 ， 74161 芯 片 发 烫 ， 说 明 线 路 短 接 ，但 是 经 检 查 ， 线 路 无 误 ， 推 断 是 导 线 外 皮 损 坏 ， 电 线 裸 露 ， 将 74161 上 所 有 导 线 拆 除 ， 使 用新 导 线 连 接 ， 数 码 管 正 常 工 作 。2、 计 时 电 路 的 设 计 中 发 现 分 位 的 显 示 管 不 显 示 8,9,0 这 三 个 数 字 ， 先 检 查 线 路 ， 发 现

20、 线 路 正确 ， 然 后 换 了 一 个 新 的 4511芯 片 ， 显 示 管 能 正 常 显 示 数 字 了 。 说 明 原 先 的 4511芯 片 不 能 正常 工 作 。3、 校 分 电 路 连 接 完 成 不 能 正 常 工 作 ， 检 查 线 路 连 接 问 题 ， 发 现 将 7400 芯 片 的 2,6 号 管 脚 短接 了 ， 拆 除 后 ， 校 分 电 路 正 常 工 作 。4、 报 时 电 路 连 接 完 成 ， 发 现 蜂 鸣 器 始 终 在 响 ， 检 查 电 路 后 ， 发 现 是 7432 芯 片 未 接 电 源 ， 将芯 片 接 入 后 ， 报 时 电 路 正

21、 常 工 作 。五 、 实 验 总 结在 本 次 实 验 过 程 中 ， 由 于 连 接 计 时 电 路 时 ， 遇 到 了 两 个 不 能 正 常 工 作 的 芯 片 ， 使 得 我 在该 部 分 电 路 所 花 的 时 间 很 长 ， 也 多 次 请 教 老 师 ， 始 终 没 能 及 时 想 到 芯 片 自 身 问 题 上 ， 单 单 纠11结 于 自 己 电 路 连 接 。 以 后 做 实 验 一 定 不 能 死 脑 经 ， 要 将 所 有 可 能 导 致 实 验 失 败 的 因 素 都 熟 记于 心 ， 不 能 忽 视 任 何 一 部 分 。另 外 ， 试 验 中 ， 由 于 导 线

22、 表 皮 损 坏 ， 导 致 了 短 路 ， 直 到 最 后 都 没 有 找 出 究 竟 是 哪 一 根 导线 坏 了 。 以 后 做 电 路 实 验 ， 一 定 要 将 导 线 先 检 查 一 下 ， 而 且 不 要 使 用 过 短 的 导 线 ！ ！ ！本 次 实 验 又 重 新 温 习 了 数 电 的 相 关 知 识 ， 加 深 对 数 字 电 路 设 计 的 理 解 ， 初 步 了 解 了 中 小规 模 数 字 电 器 的 设 计 生 产 过 程 ， 初 步 熟 悉 生 产 实 践 过 程 。 在 动 手 中 学 会 认 知 ， 在 认 识 中 丰 富知 识 。六 、 附 录总 电 路

23、 图 ：12芯 片 管 脚 图 及 功 能 表 ：13CC4518 逻 辑 功 能 表 ：输 入 输 出Cr CP EN DQ CQ BQ AQ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 DR DS NQ 1NQ 清 零 置 “ ” 送 “ ” 送 “ ” 保 持 保 持不 允 许 不 确 定74LS161 逻 辑 功 能 表 ：输 入 输 出清 零 RD 预 置 LD EP ET 时 钟 CP 预 置 数 输 入 A B C D A B

24、C D0 X X X X X X X X 0 0 0 01 0 X X A B C D A B C D1 1 0 X X X X X X 保 持1 1 X 0 X X X X X 保 持1 1 1 1 X X X X 计 数14参 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2 蒋 立 平 编 著 .数 字 电 路 .南 京 ： 南 京 理 工 大 学 翻 印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5 王 俊 峰 ， 安 家 文 ， 吕 宽 州 等 编 著 .电 工 与 电 子 技 术 实 验 教 程 ， 2006 年