电工电子实验报告.docx

1、电工电子实验报告电工电子实验报告 作者： 日期： 电工电子综合实验（）实验报告多功能数字计时器 摘要设计搭建一个多功能数字计数器，从0分0秒开始计时,计到9分59秒后自动清零。具有计时、清零、校分、整点报时的基本功能和闹钟、秒表的附加功能。显示电路使用的是动态显示方式，即只使用一片译码器外加较高频率的时钟控制电路来实现数码管的“同时”显示功能Abstract Design a multi-purpose digital register which can display the time . It starts from 0 minute 0 seconds, counts after 9

2、minute 59 seconds automatic clear zero. The clock has the basic functions of clearing, minute-correcting, beeping in the sharp hour and the stopwatch. We use dynamic display circuit to display, namely realizing displaying in the same time using one encoder and a high frequency.1设计目的2设计要求 3实验原理 4单元电路

3、设计及其电路图 1、信号发生电路2、计时电路3、显示电路 4、清零电路 5、校分电路6、报时电路五附加电路六实验感想 七实验中遇到的问题八附录 1、工具及器件清单 2、各元件的引脚图及功能表 3、总电路逻辑图 4、参考文献一、实验目的1.掌握常见集成电路实验单元电路的设计过程。2.了解各单元再次组合新单元的方法。二设计要求（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发声的脉冲信号；（2） 设计计时和显示电路，完成0分00秒至59分59秒的计时和显示功能；（3） 设计清零电路，具有开机自动清零的功能，并在任何时候，按动清零开关，就可以实现计时器清零；（4） 设计校分

4、电路，在任何时候，按下校分开关，可以进行快速校分；（5） 设计报时电路，使数字计时器从59分53秒开始报时，每隔2秒发一声，共发三声低音，一声高音；即59分53秒、59分55秒、59分57秒发低音（频率为1KHz）,59分59秒发高音（频率为2KHz）； （6）可增加数字计时器附加功能，例如数字计时器定时功能、电路启停功能、电路采用动态显示功能。3实验原理 数字计时器是由脉冲发生电路、计时和显示电路、清零电路、校分电路和报时电路和其它附加电路等几部分组成的。电路由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等元件构成。电路由石英晶体提供频率，然后通过分频器可以得到电路所需的不同频率；电路要实现0分0

5、0秒-59分59秒的计时和显示功能，所以由三个计时器分别计时，分位、秒十位、秒个位，然后再通过译码器，由LED数字显示管显示出来。清零电路实现开机清零和任意时刻选择清零，通过逻辑门与计时器连接，从而实现清零。校分电路实现快速校分，只要将分计数器的频率调快等操作即可实现。报时电路是实现59分53秒、59分55秒、59分57秒发低音（频率为1KHz）,59分59秒发高音（频率为2KHz），通过蜂鸣器和一些逻辑门实现。四单元电路设计及其电路图1. 秒信号发生器所用器件：32768Hz晶体管、22M电阻、20PF电容、10 PF电容、CD4060、74LS74、5V直流电源。原理:秒信号发生器提供计时

6、电路的时钟并为报时电路提供驱动信号。秒信号发生器是由一个石英晶体，一片CD4060，一个D触发器，电阻，电容，以及直流电源组成。采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源，能提供较为精确的秒脉冲信号。分频器CD4060最可实现最大为214的分频，所以可输出的最低频率为2Hz；D触发器可以实现脉冲信号的二分频，所以在CD4060的Q14端接一个D触发器，即可以输出频率为1Hz的脉冲信号。D触发器实现二分频的方法：将D触发器的端与D端连接在一起。CD4060也可提供后面电路所需要的频率为1KHz和2KHz的脉冲信号。原理图：2.计时电路所用主要器件：74LS161芯片、CD4518芯片、

7、7400芯片等。秒个位：连接电路时，秒脉冲电路产生的秒脉冲信号送入秒个位计数器（CD4518A）的CP端，秒个位单元中的输出（1Q4、1Q1）通过与非门接入74LS161的时钟端作为时钟信号完成个位与十位的进位。秒十位：秒十位记数器应实现模六功能，2Q1和2Q3通过一个与非门接入置数端，74LS161的四个数据输入端应接地，这样当计数器到达0101时，又重新置数为0000。分位：以CD4518BCD码计数器来实现十进制计数功能，把74LS161的引脚12（Q3）接到分计时电路CD4518的引脚2，作为进位信号。级联组装时，则要把分计时电路CD4518的引脚2接到快速校分的输出端。（原理图）3.

8、显示电路1 用器件：3个300欧姆电阻，3个LED共阴极显示器。原理图：显示电路采用三片CD4511显示译码器和三个七段共阴LED显示管，电路从0分00秒计到9分59秒，译码显示电路用三片四线七线译码器CD4511进行译码，然后用共阴极七段LED数码管进行显示。CD4511的输入端应与相应计数器的输出相连，而它的输出端应与数码管的管脚对应相连，而每个数码管对应接地管脚与地线还应连接一个300欧姆的电阻，以起保护作用。4.清零电路所用器件：一个10千欧电阻，一个22uF的电容，一片CD4069以及5V的直流电源。原理：清零电路要实现两项功能：开机清零和任意时刻选择清零。开机清零是通过电容两端电压

9、的非调变特性实现的。电路刚接通电源时，节点处的电位为1。该电位经过一个反相器接入秒十位计数器的Cr端，经过两个反相器接入分计数器和秒个位计数器的Cr端，则这三个计数器的清零端均接入有效电平，实现清零。此后，只要电源始终保持接通，电路持续计数，开机清零电路就失效了。闭合清零开关时，节点1处电位为0V，此时送入各计数器清零端的信号均为无效信号，无法实现清零。而断开清零开关时，因为电容要充电，所以节点1处电位为1，送入各计数器清零端的信号均有效，电路实现清零。原理图：5.校分电路所用器件：一个10千欧的电阻，一个22uF的电容，一片74LS00，一片CD4069，以及直流电源。原理：校分电路是由开关

10、和逻辑门电路实现的。当校分电路开关开时，计数器正常计数；当开关闭合时，秒个位和秒十位正常计数，分位进行快速校分，即分计数器可以不受秒计数器的进位信号的控制。当开关合上时，2Hz的信号通过与非门，秒十位计数器的次高位进位脉冲被截止，与非门输出高电平，这时2Hz的信号可以再通过一次与非门，把2Hz的脉冲送入分计数器时钟脉冲端，实现快速校分。原理图：6.报时电路所用器件：一个蜂鸣器，一个三极管，两片74LS21，一片74LS32，直流电源，以及一个470欧姆的电阻和一个10K欧姆的电阻。原理：报时电路由逻辑门电路组成的。按照设计要求，数字计时器应在9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率1KH

11、z），9分59秒发高音（频率2KHz）。设计思路：当分为计数器为输出1001，秒十位计数器输出为0101时，这时电路才有可以报时的可能。然后当秒个位计数器分别为0011，0101，0111的时候，可以与1KHz的脉冲信号与非，使电路报时；当秒个位计数器为1001时，可以与2KHz的脉冲信号与非。为化简电路，画卡诺图：Q3Q2Q1Q00001111000001001011011xxxx1000xx9分50秒时，分计数器的3Q1、3Q4计数端与秒十位计数器的2Q1、2Q3计数端均呈现高电平，与门U1被选通；因为U1的输出端是作为另外两个与门U2和U3的输入端，因此只有在9分50秒以后U2和U3才有

12、被选通的可能。在此基础上，只要秒个位是3、5、7时，也即当1Q0=1，且1Q1或1Q2为高电平时，U2被选通，频率为1kHz的信号可以通过与门U2，进入蜂鸣器产生鸣响。同样，当秒个位为9时，也即当1Q0、1Q3为高电平时，U3被选通，频率为2kHz的信号可以通过与门U3，进入蜂鸣器产生鸣响。或门U4实现了允许不同频率的信号在不同时刻被送入蜂鸣器的功能。2 原理图：五 附加电路 利用4个四选一的数据选择器和模三计数器，每个时刻只选择一个数据到译码器。再通过模三计数器的AB端控制显示器的接地端，每个时刻只亮一盏灯达到动态显示的效果。电路图：6实验感想这次实验做的并不是十分理想，做到第三天早上才做完

13、。一开始的时候对整体电路还不是很了解（虽然预习了但还是不很了解），没有一个整体的概念对于每一个部分的衔接不清楚。到真正开始做实验的时候才发现我的问题有一些严重，因为我的振荡调了一个下午才调试成功，不知道是排版问题还是管脚接错了，总是不振，后来由竖版变成横版就成功了。第二天早上之后的连接都很顺利，秒个、秒十、分个、清零，都是一次成功。当校分电路连接成功后，却没有执行其功能，我检查了各条线路，均没有问题，但还是没有按照预期结果运行。我想重新连接校分电路，拔导线的时候出错了，后来找不出错误只能重新连过。由于各种各样的小失误导致了整个电路重连了三次，这浪费了我大量时间，也磨走了我的耐心，好几次找不出错

14、误的时候想到要放弃，却还是不甘心。一遍又一遍地对线路，确保无误，然后又请教其他同学，终于在最后一天的上午成功了。这次试验不理想的一个很重要的原因就是预习不够充分，对于很多地方不理解，连接时稀里糊涂，出错频繁。这次实验给了我很好的教训，对于任何事情做之前都要做好准备，才能不会在执行的过程中有太多的阻碍。七实验中遇到的问题： 1.秒十连接好显示器显示九分九十九秒之后就暗了，经过几十秒之后又从零开始计时。原因是74161是模十六的计数器，我没有进行六进一的操作连接，这个问题困扰着我很久，直到老师指出问题所在。 2.在校分时，连接于161Q3的线要去掉一根，这个细节我一直没注意到，导致校分一直不成功，

15、后来经过同学提醒才知道。八附录1.工具及器件清单 名称型号数量直流稳压电源1剥线钳1面包板1剪刀1导线若干镊子1万用表1LED显示器共阴3译码器CD45113BCD码计数器CD45181四位二进制计数器74LS1612分频器CD40601D触发器74LS741二入与非门74LS002四入与门74LS212非门CD40691二入或门74LS321晶振32768Hz1三极管（NPN）80501蜂鸣器1电容10p120p122u2电阻3003470110k322M12、各元件的引脚图及功能表 （1）元件引脚图 CC4511逻辑功能表输入输出DCBAgfedcba字符测灯灭零消隐锁存显示LE时数据译码CC4518逻辑功能表输入输出CrCPEN清零10000计数01BCD码加法记数保持00保持计数00BCD码加法记数保持01保持74LS74逻辑功能表输入 输出CP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CP DCBA清零000000送数10dcbadcba0-1记数1111二进制加法记数保持1101不变保持1110不变3、总电路逻辑图4、参考文献