电子计时器Word格式.docx
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3：
设计、安装、调试六十进制计数器电路
4：
设计、安装、调试报时电路（59分53秒、59分55秒、59分57秒报时低声，59分59秒报时高声）
5：
设计、安装、调试校分、清零电路,校分电路要防抖动，清零电路任意状态可以清零。
6：
连接1——5各项设计电路实现一小时整点报时的电子计时器电路。
7.设计正确，布局合理，排线整齐，功能齐全。
二．设计原理
电子计时器是一个对标准频率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。
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，实验中我们使用了两片CD4518对计时器的秒、分位进行计数，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随时清零功能。
三．分部电路图及原理
脉冲发生电路
脉冲发生电路是构成数字式计时器的核心，他保证了时钟走时的准确及稳定。
需要产生1Hz、2HZ、500HZ、1000HZ的脉冲信号。
其中1HZ频率用于计时器电路，2HZ频率用于校分、清零电路，500HZ和1KHZ用于整点报时电路。
为此，需将对振荡器的输出信号进行分频，这里采用NE555集成电路和分频器CD4040构成。
555定时器不仅体积小，而且用它来构成多谐振荡器，波形稳定，上升沿和下降沿小，振幅大，占空比可调，因此越来越广泛地被用作振荡器。
而后通过CD4040产生几种频率供后面使用。
下面是脉冲发生电路的原理图：
计时电路
计时电路中的计数器，可以采用二-十进制加法计数器CD4518实现。
60秒为1分，将分和秒的个位、十位分别在七段数码显示器上显示出来，从0分0秒到59分59秒，然后重新计数。
清零信号最后由清零电路统一提供。
秒的个位的CP端和分的个位的EN端都由校分电路提供信号。
根据计数特点，在1000时，个位向十位发一个高位信号，但十位不变化，在个位由1001变为0000时，又向十位发了低位信号，十位由0000变为0001，依次计数下去。
而由于十位到6时要进行清零，即在0110时进行清零，所以用Q1与Q2与非后再与清零信号与非送到Cr端。
个位清零的话直接输入清零信号即可。
（注：
这里所说的既适用于分，也适用于秒）
以下是计时电路的原理图：
这部分电路中上半部分对应的是分的十位和个位，下半部分对应的是秒的十位和个位。
译码显示电路
信号来自计数器，再通过译码器CD4511，为防电流过大使数码管烧毁，用330Ω的电阻来驱动共阴极显示器。
以下是它的部分电路图：
在这里我只画了四分之一的电路，剩余类似，都是从计数器的输出端向CD4511的输入端输入信号，通过译码器4511后再输入到数码管中。
报时电路
电路每小时进行一次报时，从59分53秒开始报时，每隔一秒发一声，共三声低音、一声高音。
需要在某一时刻报时，就将该时刻输出为“1”的信号作为触发信号，选通报时脉冲信号，进行报时即可。
对于这一要求，我们可以列一张表来形象的看出这一性质：
时刻
分十位
分个位
秒十位
秒个位
频率
m8m7m6m5
m4m3m2m1
s8s7s6s5
s4s3s2s1
59分53秒
0101
1001
0011
500Hz
59分55秒
59分57秒
0111
59分59秒
1000Hz
因此，总结得出公式为：
F
，其中F为最后要传到扬声器中的信号,f3为500HZ信号，f4为1KZ的信号。
原理图如下：
校分电路
校分电路中存在一个开关，当开关打到“正常”档时，计数器正常计数；
当开关打到“校分”档时，分计数器进行快速校分，而秒计数器保持。
由于D触发器的输出端只在时钟的上升沿变化，而其他时刻保持上一次的电平，故可以用其构成防颤抖电路，组成校分电路。
在这里我们采用74LS74D触发器，它包括了两个触发器，校分电路中用到一个，而清零电路中也可用到一个，可以很好的防抖动。
此电路防颤抖的原理在于：
当开关在两种状态之间转换时，由于机械振动，在很短的时间中会在高低电平之间来回波动，相应的产生几个上升沿。
如果直接将开关的输出端直接连接至分个位的时钟的话，这些上升沿将导致它瞬间跳变几个数值。
然而在加上D触发器之后，由于在没有时钟上升沿的时候，输出信号保持，而其时钟频率相对与颤抖频率是很小的，也就是说在开关颤抖过程中触发器的输出是不变的，从而避免了分计数器数值的跳变。
原理图：
清零电路
利用74LS74剩余一端接到开关上来实现同步清零。
正常状态下，开关打在高电平，电路正常工作。
当需要清零时，打到低电平位置，Q端输出低电平，根据前面计时电路的电路图，可以分析出秒和分的十位得以清零。
输出高电平，直接输出到CD4518的Cr端。
电路图如下：
四：
实验所用元器件
CD4511译码器
CD4511是一种8421BCD码向7段数码管各引脚码的转换器。
当在其四个输入端输入8421BCD码时，其7个输出端可直接输出供7段数码管使用的信号。
引脚图：
功能表：
输入
输出
LE
D
C
B
A
g
f
e
d
c
b
a
字符
测灯
×
1
8
灭零
消隐
锁存
显示LE=0→1时数据
译码
2
3
4
5
6
7
9
CD4518计数器
CD4518时一种常用的8421BCD码加法计数器。
每一片CD4518集成电路中集成了两个相互独立的计数器。
CR
CP
EN
Q3
Q2
Q1
Q0
清零
计数
↑
BCD码加法计数
保持
↓
CD4040分频器
CD4040是一种常用的12分频集成电路。
当在输入端输入某一频率的方波信号时，其12个输出端的输出信号分别为该输入信号频率的2-1~2-12，在电路中利用其与NE555组合构成脉冲发生电路。
NE555定时器
NE555是在电子科技行业广为应用的一种集成电路，用途十分广泛。
在本电路中，构成时钟发生器，是整个电路的核心。
其中引脚1为接地端，引脚2和引脚6为输入端，引脚3为输出端，引脚4为复位清零端，引脚5为调整端（通常空置或通过一个电容接地），引脚7位放电端，引脚8为电源。
引脚图
（引脚4）
Vi1（引脚6）
Vi2（引脚2）
VO（引脚3）
>
Vcc
Vcc
<
不变
74LS74D触发器
置“1”
送“0”
送“1”
不允许
不确定
其它门电路芯片
74LS00引脚图
74LS20引脚图
74LS21引脚图
7：
其他元件
双字数码管显示器2个、阻值为330Ω的电阻28只、阻值为1kΩ和3kΩ的电阻各1只，以及容值为0.047μF的电容1只。
五．电路安装与调试说明
1电路安装前应该先把实验板的各个横通孔用导线连好，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电路安装过程中需要注意对照各元器件的功能表和引脚图，将应该与电源相连接的或者与地线相连接的脚均用红线或者黑线插好，使各个元器件处于正常工作状态，以免影响后面的插线工作，影响实验的效率。
除此之外，安装时还要耐住性子，认认真真地做好每一步，为了使电路美观且各个功能容易识别，应该一个功能用一种颜色的导线连接。
具体安装过程如下：
（1）按照电路原理图安装脉冲发生电路：
将脉冲发生电路产生的CP脉冲接入秒位CD4518的EN端，通过万用表观察秒信号是否正常输出。
（2）按照计时电路原理图接好计时电路：
测试计数器是否开始计数，秒的个位显示从0至9，每当由9变为0时，秒位向分位进一。
（3）按译码显示电路原理，接好显示电路，接通电源观察数码管是否正常显示，同时也可观察计数器是否正常计数。
（4）连接报时电路：
若电路正常工作蜂鸣器会从59分53秒开始每隔一秒报一声低音（500Hz），59分59秒时报一声高音（1KHz）。
如果没有声音，则检测报时电路部分芯片74LS21、74LS20及74LS00的连接；
若蜂鸣器声音不断，则检测蜂鸣器的管脚是否接反,或者相关器件是否正负极接反。
六：
实验总结
一周的电子电工实验让我受益匪浅，这是我第一次感受用自己所学知识从设计到安装调试电子产品，整个过程很充实，设计过程中遇到了一些问题，比如如何简化电路，通过查找资料，同学讨论，解决问题。
安装调试时需要十足的耐心和细心，我这次安装过程中忽略了芯片布局，导致最后的总线很乱，安装只花了三个小时，调试时却出了两个问题，一是秒位计数器无法向十位进位，二是蜂鸣器一直在响，当看到上百条线时我真是泄气，不知该如何检查起，还好老师提醒到将整个电路分块看，于是我先检查报时电路，发现我居然将芯片的正极接成负极了，调整之后，报时功能正常实现了。
接着检查计数器部位，我发现分位的个位使能端未接好，大功告成。
七：
参考文献
[1]蒋立平主编《数字逻辑电路与系统设计》[M]北京：
电子工业出版社，2008.7
[2]王建新姜萍编著《电子线路实践教程》[M]北京：
科学出版社，2003.9
八：
接线总图：
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