南理工电工电子综合实验II数字钟优秀Word文件下载.docx
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2.芯片引脚图和功能表……………………………………………11
3.参考文献……………………………………………………12
一、实验内容
1、设计一个脉冲发生电路，为计时器提供脉冲、为报时电路提供驱动蜂鸣器的1HZ脉冲信号。
2、设计计时电路，完成0分00秒—9分59秒的计时功能。
3、设计清零电路，具有开机自动清零功能，并且在任何时候，闭合清零开关，可以进行计时器清零。
4、设计校分电路，在任何时候，闭合校分开关，可进行快速校分。
5、设计报时电路，使数字计时器从9分53秒开始报时，每隔两秒发一声，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）。
二、设计原理
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：
图1：
数字计时器原理框图
数字计时器以一个标准频率（1Hz）进行计数，实验使用了石英晶体振荡器构成脉冲发生电路以保证其准确与稳定。
为使电路更加简单，使用CD4518对计时器的秒个位和分十位进行计数，用74LS161构成模六（六进制）计数器实现对秒的十位进行计数。
利用计数器的异步清零端，通过简单的电路使电路具有开机清零功能和随时清零功能。
利用校分电路，校正分时刻的数字，并可以利用校分先于蜂鸣电路来节省时间。
分部原理图：
1.脉冲信号发生电路
振荡器是数字时钟的重要组成部分。
石英晶体振荡器提供的脉冲频率为32768Hz（=215Hz），而分频器CC4060的最大分频系数是214，因此两者组合最小可提供2Hz的脉冲信号，为得到秒脉冲信号，还需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的脉冲信号。
图2：
脉冲信号发生电路图
2、计时与显示电路
计时电路钟的计数器为该实验的核心部分。
（1）计数：
CC4518为模十的计时器，可以对“秒个位”和“分位”进行计数，由于“秒十位”为1至5的数字，故用74LS161构成模六（六进制）计数器实现计数。
将其QA和QC通过与非门与同步置数端连接，当“秒十位”变成0101时，在下一个脉冲时变成0000，从而完成模六计数。
（2）进位：
秒个位进给秒十位：
通过74LS161的计数功能即当
、
为高电平时，CP端输入上升信号实现计数。
这里将秒个位的1QD接一个非门然后输入到2CP端，当秒个位由1001变为0000时，1QD将输送一个下降信号，再通过非门便产生了上升信号，实现了秒个位给秒十位的进位。
秒十位给分位：
通过CC4518的一个计数功能即当Cr和CP端接低电平，EN端输入下降信号实现计数。
这里将74LS161的2QC端与校分电路的两个与非门相连，当秒十位由0101变为0000时，2QC产生了一个下降信号，经过两个与非门仍然是下降信号，输入到3EN端即可进行CC4518的计数，实现了秒十位给分位的进位。
（3）译码器可以采用CC4511通过300Ω电阻（采用电阻一般350到1000欧姆）来驱动共阴极显示器，将分和秒的个位、十位分别在七段数码显示器上显示出来。
图3：
计时与显示电路
3.校分电路
先引入一个开关方便调控。
开关断开时，B点电位为高电位，上面的非门U4B输出“0”，与非门U2A被封锁。
而下面的U5A选通，秒十位产生的进位脉冲送到分位计数器的EN端。
开关闭合时，B点电位为低电位，下面的U5A输入“0”，则输出“1”被封锁。
而上面的非门U4B输出“1”，与非门U2A被选通，输出校分信号，输入到分位计数器的EN端。
图4：
校分电路
4.清零电路
引入开关方便调控。
开关闭合时，A点为低电位，U7A输出高电位，U7B输出低电位，则3个计数器都能实现清零。
开关断开时，个个电位与闭合时相反，正常计数。
图5：
清零电路
5.报时电路
根据要求，当电路在9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音，9分59秒发高音，易知，当分个位4518输出1001，秒十位74LS161输出0101，秒个位4518输出0011、0101或0111时发低音，输出1001时发高音。
由上述条件画出卡诺图后可得，将3Q4、3Q1、2Q3、2Q1同时为“1”（与运算）作为公共选通信号，1Q21Q1、1Q31Q1、1Q31Q21Q1其中一个为“1”（与或运算）后的信号，通过运算可得1Q21Q1+1Q31Q1+1Q31Q21Q1=1Q1（1Q2+1Q3+1Q31Q2）=1Q1（1Q2+1Q3），即将1Q1（1Q2+1Q3）的信号作为低音的另一选通信号，1Q41Q1相与的信号作为高音的另一选通信号。
图6：
报时电路
整体原理图：
图7：
总电路
该总电路图采用与实际面包板上相同的摆放方式和布线结构。
为方便仿真分析和检查错误，一目了然，将各个分部电路用不同颜色表示了出来：
红色：
高电平电源线
黑色：
地线
深蓝色：
脉冲信号发生电路
绿色：
紫色：
黄色：
浅蓝色：
三、遇到的问题及解决方法
问题1：
在我接好了脉冲发生电路后，发现并没有产生1Hz的震荡现象
解决方法：
将万用表调至10V档，黑表笔接地，红表笔逐步检查，发现振荡器电路和CC4060输出端都有电压的左右摇摆现象（震荡），而D触发器74LS74输出端Q却没有显示，这样就确定了是D触发器出了问题。
检查接法，发现由于预习时在Multisim中的仿真图中74LS74并没有
端和
，预习时没有考虑到，所以接线时漏接了。
接上后，立刻产生了1Hz的震荡现象。
问题2：
在我接好了报时电路后，发现发出了4声低音，而不是前三声低音，最后一声高音。
在我检查完1kHz和2kHz的输入线后，并未发现问题，然后我对我的报时电路接线抱有足够的自信，我并没有一个个检查管脚接法，而是向旁边同学换了个蜂鸣器，发现发声正常了，果然是蜂鸣器的问题，灵活的变通节省了我大量的检查时间。
四、实验体会
本次实验由于有着扎实数字逻辑电路理论基础和充分的预习，加之较强的动手能力和沉着的心态，这次实验进展很顺利，没遇到太多问题，较早的完成了设计要求的电路，实现了其功能。
下面我按照实验前、实验时和实验后的时间顺序叙述一下这次实验的体会和经验。
实验前我将原理图画在了纸上，而并没有将接线画出来，因为接线时只需要知道哪个芯片的哪个管脚接另一个芯片的哪个管脚。
这样一目了然，省去了大量的导线和寻找接法的过程。
大大节省了时间。
CC4518芯片与Multisim中的有点区别，是上下两部分都可以使用的，一片能实现两个计数，所以在实际接线中，我将秒个位和分位计数在一块芯片上实现，节省了空间和芯片。
实验开始时，刚拿到面包板，先接电源线、地线，按照事先画好的线路图在指定位置插上芯片，然后给芯片供电。
面包板上长条的接线载条中间是断开的，一定要将其连接起来，这个问题在我做完后指导很多同学时很常见。
在最开始接线时，我特别注意了将电源线用红色线，地线用黑色线，并将这些线和一些不常挪动的线如输入线、输出线挑选适当长度紧贴面包板平行布线，不仅美化了整体感观，而且使得线路变得清爽，不影响之后的接线。
使用导线的两端用剪线钳剪出1厘米左右的长度，这样插在面包板上才能牢固，之后接线时也不至于被手碰到以至于接触不良。
关于接线的顺序，我先将分部电路逐个连好线，依次安装了脉冲电路，计时电路，显示电路，校分电路，清零电路和报时电路。
接好一部分后便检查是否正常工作，若有问题，再进行接线检查或是芯片检查。
其中，清零电路和报时电路是辅助功能电路，与正常计数显示无关，所以可以最后再接，以免线太多不方便检查。
在整体接好电路后遇到问题不能焦躁，特别是线较多的情况，要按电路划分逐步逐步检查错误。
实验后，我并没有担子一撂，将实验抛之脑后，而是利用这次宝贵的实验机会，认真分析总结实验前后遇到的问题，体会，梳理巩固了掌握的知识，加深了印象。
这次实验，我学到了很多，加深了对计时报时电路的理解，更加熟悉了面包板的使用和细节上的使用事项，接线的过程和检查错误的过程锻炼了我的耐心，更培养了我认真仔细的态度，这次实验，我受益匪浅。
最后，对实验中老师的悉心指导和同学们的热心帮助表示衷心的感谢！
五、附录
1.元件清单
元器件
规格
数量
晶体振荡器
32768
1
分频器
4060
译码器
CD4511
3
计数器
CD4518
74LS161
D触发器
74LS74
二四与非门
74LS00
2
四二与门
74LS21
二四或门
74LS32
六非门
CC4069
共阴数码管
\
蜂鸣器
电阻
22MΩ
10KΩ
300Ω
电容
100uf
10pf
20pf
电源发生器
WYS0-30V/2A*2
三用表
镊子
剪刀
剥线钳
导线
若干
2.芯片引脚图和功能表
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
输出
Ｄ
０
１
置“１”
送“０”
送“１”
不允许
不确定
74LS161逻辑功能表
D
C
B
A
送数
d
c
b
a
0-1
记数
二进制加法记数
不变
参考文献：
[1]
CD4511功能表如下：
输入
输出
LE
g
f
e
字符
测灯
0
X
8
灭零
消隐
锁存
显示LE=0→1时数据
译
码
4
5
6
7
9
3.参考文献
[1]蒋立平.《数字逻辑电路与系统设计》.电子工业出版社2013
[2]王建新，姜萍编著.《电子线路实践教程》.科学出版社2003年
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