电工电子综合试验报告Word格式.docx
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6.报时电路19
七、电路安装与调试说明20
八、实验中遇到的问题及解决办法21
附录22
1、参考文献22
2、总电路图22
3、元器件清单22
一、实验目的
1．掌握常见集成电路的工作原理和使用方法。
2．学会单元电路的设计方法。
二、设计内容简介
本实验采用中小规模集成电路设计一个数字计时器。
数字计时器是由脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，和控制电路等几部分组成。
其中控制电路由清零电路，校分电路和报时电路组成。
三、设计功能要求
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）。
2、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（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、电路布局合理、排线整齐且功能齐全。
四、设计电路原理图
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。
具体的原理框图如下：
五、工作原理
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。
为了使标准的1Hz时间信号准确并且稳定，实验中用石英晶体振荡器构成脉冲发生电路。
为使电路更加简单，实验中使用一片CC4518的集成块对计时器的秒的个位和分的十位进行计数，用74LS161构成模六计数器实现对秒的十位进行计数，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。
六、各单元电路原理及逻辑设计
1.秒脉冲发生电路
脉冲电路为计时电路提供频率为1Hz的秒脉冲计数信号，实验中采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。
经分频器CC4060的多级分频，从Q14~Q4可分别获得2，4，8，·
·
1024,2048Hz等不同频率的输出信号。
再将2Hz的脉冲信号经二分频电路得到1Hz的秒脉冲信号。
D触发器可实现倍频器。
将D触发器的
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。
另外，4060的管脚Q4和管脚Q5提供2kHZ，1kHZ备用。
器件：
32768Hz晶体管、20MΩ电阻、20PF电容、10PF电容、CC4060、74LS74。
2.计时电路
此部分为该实验的核心部分。
实验中采用十进制加法计数器CC4518和四位二进制加法计数器74LS16来实现。
CC4518集成了两个十进制加法计数器，分别作为秒个位计数和分计数，74161改造成六进制计数器作为秒十位计数。
图中秒进分进位脉冲处于74161的12号管脚处及EN端。
器件:
CC4518、74LS161、74LS00
3.译码显示电路
显示电路采用三片CC4511显示译码器和三个七段共阴数码管，电路从0分00秒计到9分59秒。
四线七线译码器CC4511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CC4518计数器输出QA，QB，QC，QD与译码器CC4511的输入A，B，C，D对接。
由于LED数码管实际上是一组发光二极管，因此将译码器的输出a，b，c，d，e，f，g分别与数码管的相应端对接。
连接CC4511与显示器时，应当在两者的管脚之间串上300Ω的电阻，用来限流。
CC4511、300Ω电阻、LED共阴数码管。
4.清零电路
该电路完成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）接在第二个非门之后。
刚开机时，由于电容上的电压不能突变，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。
开机后，开关打开为正常工作状态，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）。
CC4069、10KΩ电阻、22μF电容。
5.校分电路
校分电路通过与非门实现。
原正常计数时时开关打在“1”电平，下面的与非门被选通，上面的与非门被封锁，秒进位产生的脉冲送至分计数器的时钟端；
当开关打在“0”电平时，上面的与非门被选通，下面的与非门被封锁，校分信号送至分计数器的时钟端。
校分信号可由4060分频信号得到，一般选为2Hz。
6.报时电路
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。
此部分由四与门、二或门、晶体管和蜂鸣器构成。
使电路在9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（1KHz），9分59秒发高音（2KHz）即当3QD3QC3QB3QA为1001，2QD2QC2QB2QA为0101，1QD1QC1QB1QA为0011或0101或0111时发低音，1QD1QC1QB1QA为1001时发高音。
因此可以将3QD、3QA、2QC、2QA相与后的信号作为公共选通信号，1QB1QA、1QC1QA，1QC1QB1QA与或后的信号也即1QA和（1QB+1QC）相与的信号作为低音的另一选通信号，1QD、1QA相与的信号作为高音的另一选通信号。
七、电路安装与调试说明
电路安装前应该先把面包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面包板上无漏掉的插孔以免影响后面的安装工作。
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，安装时还要耐心，不因为导线过多而变得不耐烦，这样只会总出现差错，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CC4518的EN端。
此时可通过万用表观察秒信号是否正常输出。
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左右摆动，频率为1次/秒。
（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，使秒的个位由0～9显示，每当由9变为0时，秒十位进一。
当秒十位为5秒个位由9变到0时，秒十位清零，分个位变为1。
（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）连接清零电路：
利用到CC4069反相器，注意开关使用。
当开关打开时，实现开机清零；
当开关闭合时，实现不掉电清零。
如果开关与面包板接触不良，即开关闭合后，不掉电清零功能不能百分之一百实现，则可用一根导线代替开关使用。
（5）连接校分电路：
当开关断开时，电路正常计时；
当开关闭合时，电路实现快速校分。
如果开关与面包板接触不良，即开关闭合后，不能立刻实现校分功能，则可用一根导线代替开关使用。
（6）连接报时电路：
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）。
如果电路连接正确，蜂鸣器没有声音，则将信号直接接入蜂鸣器中；
如果有声音，则错误发生在发声电路中电阻与三极管的连接；
如果没有声音，则检测报时电路部分芯片74LS21的连接；
若蜂鸣器声音不断，则检测蜂鸣器的管脚是否接反。
八、实验中遇到的问题及解决办法
遇到较大的问题是，计时电路不能正常工作。
很多地方出现了问题，自己先检查电路后发现有处导线接错，改正后发现还是不对。
经老师指导后，发现译码器4511和计数器74161坏了，更换过后，可正常工作。
九、心得体会
通过这次实验我学到了很多，得到了很大的启示，不仅仅是电路学习方面的，从大学学习到今后的科研，再到做人做事方面，我都获益匪浅。
首先，做实验要预先预习，要对各元器件有充分的了解，要充分理解所做实验的理论知识。
其次，接电路一定要细心、合理，尽量按信号流向分级安装，逐级级联，平行布线。
不论做什么一定要知道前因后果、来龙去脉，这样学东西才能学明白、学透彻。
不论做什么一定要仔细、认真，这样可以避免很多不必要的麻烦。
但一旦发生错误，不要慌张，从头到尾一步一步查找错误，耐心一点，问题总会解决。
附录
1.参考文献
《电子线路实践教程》王建新姜萍编著科学出版社
《数字电路》蒋立平编著兵器工业出版社
2.总电路图
3.元器件清单
工具：
剪刀、镊子、剥线钳
4.元器件清单：
名称
型号
数量
显示字
共阴
3
译码器
CC4511
BCD码计数器
CC4518
1
四位二进制计数器
74LS161
2
分频器
CC4060
D触发器
74LS74
非门
CC4069
二入与非门
74LS00
四入与门
74LS21
二入或门
74LS32
晶振
32768Hz
蜂鸣器
电容
10p
20p
22u
电阻
330
5
10k
22M
5.芯片管脚图及功能表
引脚图：
功能表：
CC4518逻辑功能表
输入
输出
Cr
CP
EN
清零
×
计数
↑
BCD码加法记数
保持
↓
74LS74逻辑功能表
Ｄ
０
１
置“１”
送“０”
送“１”
不允许
不确定
74LS161逻辑功能表
清零RD
预置LD
EP
ET
时钟CP
预置数输入A
B
C
D
A
X
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