多功能数字计时器设计张梦甜.docx

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多功能数字计时器设计张梦甜

电工电子

综合实验报告

题目：

多功能数字计时器设计

姓名：

张梦甜

学号：

1010200217

班级：

10102002

院系：

自动化

专业：

自动化

指导：

电子技术中心

完成时间：

2012年9月5日

目录

1.电路功能设计要求介绍3

2.电路原理简介3

3.单元电路设计4

3.1脉冲发生电路4

3.2计时电路4

3.3译码显示电路5

3.4清零电路6

3.5校分电路6

3.6仿电台报时电路6

4.总电路图8

5.电路调试和改进意见8

6.实验中遇到的问题、出现原因及解决方法9

7.实验体会9

8.附录9

8.1元件清单9

8.2芯片引脚图和功能表10

参考文献12

1.电路功能设计要求介绍

设计制作一个0分00秒～9分59秒的多功能计时器,设计要求如下：

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，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。

7）可以增加数字计时器附加功能：

定时、动态显示等。

2.电路原理简介

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。

其原理框图如图2。

图2数字计时器原理框图

3.单元电路设计

3.1脉冲发生电路

脉冲发生电路为计时电路提供数据脉冲，本实验运用石英晶体构成振荡器电路，产生稳定的高频脉冲信号，晶振管固有振荡频率为32768HZ=215HZ。

作为数字钟的时间基准，再经过分频器输出标准秒脉冲（1HZ）。

即经过一片CC4060分频从Q14管脚输出频率为2HZ的脉冲，再将74LS74的管脚连接成D触发器，输入2HZ脉冲，输出1HZ脉冲。

分频器有两方面主要功能：

一是产生标准秒脉冲（1HZ），二是提供功能扩展电路所需驱动脉冲信号（1KHZ、2KHZ）。

使用万用表的10V直流电压档进行检验，黑表笔接地，红表笔接74LS74的5管脚，指针在0到5V间做周期为一秒的震荡说明电路连接正确。

电路图如图3.1。

图3.1脉冲发生电路

3.2计时电路

采用CD4518实现秒个位和分个位，因为4518为模十计数器。

秒十位使用74LS161，虽然74LS161为模十六BCD计数器，但是我们可以通过电路的连接实现模六的设计。

当秒个位循环由1001跳为0000，可以用Q3的输出取反作为秒十位的脉冲输入使秒十位计数。

当秒十位循环由0101跳为0000时Q0、Q2由1变为0，将这两位相与取反后输入清零端即可构成模六计数器。

因为由4518的功能表得出如图管脚接法的4518为下降边沿触发，所以可以将Q2信号作为分个位的输入脉冲信号，如图3.2。

图3.2计时电路

3.3译码显示电路

码译码显示电路使用CC4511、74161及共阴LED七段字型数码管实现。

因为4518是MOS管，所以管脚不能悬空。

根据功能表将3、5脚接高电平，4脚接地。

三片4518分别接对应计数器的Q0、Q1、Q2、Q3。

管脚对应连接，每个管脚前加300Ω的电阻，然后将译码器和显示字对应的a、b、c、d、e、f、g管脚连接起来。

三个接地端连接起来后同时接地，如图3.3。

如图3.3译码显示电路

3.4清零电路

开关断开时4518和74LS161清零端都不起作用，闭合时即可触发清零端，由功能表得4518为低电平清零74LS161为高电平清零，如图3.4。

图3.4清零电路

3.5校分电路

开关断开时输出的脉冲信号是原74LS161的输出信号，闭合时输出时脉冲信号频率是1HZ，较分电路可以加快分位的计数，如图3.5。

图3.5校分电路

3.6仿电台报时电路

电路具有如下要求，蜂鸣器要能够在9分53秒、9分55秒、9分57秒发出低音，而在9分59秒发出高音。

用二进制数分别表示如表3.6。

表3.6蜂鸣器发声情况表

时刻

分个位

秒十位

秒个位

音高

频率

m4m3m2m1

s8s7s6s5

s4s3s2s1

9分53秒

1001

0101

0011

低

约500Hz

9分55秒

1001

0101

0101

低

约500Hz

9分57秒

1001

0101

0111

低

约500Hz

9分59秒

1001

0101

1001

高

约1000Hz

蜂鸣器发1KHZ频率的鸣叫，将1KHZ的信号与3Q3、3Q0、2Q0、2Q0、1Q1和1Q2的或、1Q0六个信号相与即可；蜂鸣器发2KHZ频率的鸣叫，将2KHZ的信号与3Q3、3Q0、2Q0、2Q0、1Q3、1Q0六个信号相与即可。

用于报时的2KHZ频率的信号是从4060的Q4管脚引出来的，用于报时的1KHZ频率的信号是从4060的Q5管脚引出来的，如图3.6。

图3.6

4.总电路图

图4总电路图

5.电路调试和改进意见

（1）实验时使用的面包板左边四列上下25孔被隔开需要使用导线连接起来，其他的行左右25孔是被隔开的也需要用导线连接起来。

（2）连接电路时采用分级调试的方法，先调试振荡源的发出的震荡信号的正确性。

然后先后调试秒个位、秒十位、分个位的显示。

最后将较分电路、清零电路、仿电台报时电路分别接入后调试电路的完整性。

（3）在译码显示部分，由于4511为COMS电路电流较大，所以要串接电阻降压以防烧毁器件。

6.实验中遇到的问题、出现原因及解决方法

（1）LED七段显示器没有显示，直流电压输出衰减。

出现原因：

直流电压源本身有问题。

解决办法：

换了一台直流电压源。

（2）校分电路不起作用。

出现原因：

电容负极没有真正接地。

解决办法：

用导线将左右各25个插线孔连接起来。

（3）显示电路秒位从19跳到30，从39跳到50。

出现原因：

进位端出错。

解决办法：

将秒个位

连的非门改为

和

的与非门连接到74161的CP端。

7.实验体会

（1）实验前充分预习，画出电路图，理清原理图连线，可以在连线两端都标注连接各器件的管脚号，实际连线时才能做到既快又准确。

（2）导线长度要合适，尽量紧贴面包板不要跨接，方便修改及查错。

颜色选择要有规律，如接高电平用红线，接地用黑线，连接线用一种颜色的线方便检查。

（3）电路连线一定要细心谨慎，放慢速度，及时调试，切忌急于求成。

（4）本次实验提高了我的动手实践能力、独立思考能力、查阅资料解决问题的能力以及遇到错误仔细检查排除故障的能力。

8.附录

8.1元件清单

名称

型号

数量

显示数码管

共阴

3

译码器

CC4511

3

BCD码计数器

CC4518

1

四位二进制计数器

74LS161

1

分频器

CC4060

1

D触发器

74LS74

1

非门

CC4069

1

二入与非门

74LS00

2

四入与门

74LS21

2

二入或门

74LS32

1

晶振

32768Hz

1

蜂鸣器

1

电容

10p

1

20p

1

22u

1

电阻

300

21

10k

2

22M

1

8.2芯片引脚图和功能表

图8.2.1CC4518引脚图图8.2.274LS74引脚图图8.2.3CC4069引脚图

图8.2.4CC4511引脚图图8.2.574LS00引脚图图8.2.6CC4060引脚图

图8.2.774LS21引脚图图8.2.874LS161引脚图图8.2.974LS32引脚图

图8.2.10LED七段显示器引脚图

表8.2.1CC4518逻辑功能

输入

输出

Cr

CP

EN

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

表8.2.274LS74逻辑功能表

输入

输出

CP

Ｄ

清零

×

0

1

×

0

1

置“1”

×

1

0

×

1

0

送“0”

↑

1

1

0

0

1

送“1”

↑

1

1

1

1

0

保持

0

1

1

×

保持

不允许

×

0

0

×

不确定

表8.2.374LS161逻辑功能

A

Y=

0

1

1

0

表8.2.4CC4511逻辑功能

输入

输出

LE

D

C

B

A

g

f

e

d

c

b

a

字符

测灯

0

X

X

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

8

灭零

1

0

X

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

锁存

1

1

1

X

X

X

X

显示LE=0→1时数据

译

码

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

2

1

1

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

3

1

1

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

4

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

5

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

6

1

1

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

7

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

8

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

9

表8.2.574LS00逻辑功能

A

B

Y=

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

表8.2.774LS21逻辑功能

A

B

Y=AB

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

8.2.874LS161逻辑功能

输入

输出

CP

D

C

B

A

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

表7.2.974LS32逻辑功能

A

B

Y=A+B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

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

[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