多功能数字计时器设计张梦甜.docx

1、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 32. 电路原理简介 33. 单元电路设计 43.1 脉冲发生电路 43.2 计时电路 43.3 译码显示电路 53.4 清零电路 63.5 校分电路 63.6 仿电台报时电路 64. 总电路图 85. 电路调试和改进意见 86. 实验中遇到的问题、出现原因及解决方法 97. 实验体会 98. 附录 98.1 元件清单 98.2 芯片引脚图和功能表 10参考文献

2、121. 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1kH

3、z），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

4、，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

5、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300的电阻，然后将译码器和显示字对应的a、b、c、d、e、f、g

6、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

7、刻分个位秒十位秒个位音高频率m4m3m2m1s8s7s6s5s4s3s2s19分53秒100101010011低约500Hz9分55秒100101010101低约500Hz9分57秒100101010111低约500Hz9分59秒100101011001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406

8、0的Q5管脚引出来的，如图3.6。图3.64. 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

9、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

10、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CC45113BCD码计数器CC45181四位二进制计数器74LS1611分频器CC40601D触发器74LS741非门CC40691二入与非门74LS002四入与门74LS212二入或门74LS321晶振32768Hz1蜂鸣器1电容10p120p122u1电阻3002110k222M18.2 芯片引脚图和功能表 图8.2.1 CC4518引脚图 图8.2.2 74LS74引脚图 图8.2.3 CC4069

11、引脚图 图8.2.4 CC4511引脚图 图8.2.5 74LS00引脚图 图8.2.6 CC4060引脚图 图8.2.7 74LS21引脚图 图8.2.8 74LS161引脚图 图8.2.9 74LS32引脚图图8.2.10 LED七段显示器引脚图表8.2.1 CC4518逻辑功能输入输出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保持表8.2.2 74LS74逻辑功能表输入输出CP清零0101置“1”1010送“0”11001送“1”11110保持011保持不允许00不确定表8.2.3 74LS161逻辑功能AY=0110表8.2.4 CC

12、4511逻辑功能输 入输 出LEDCBAgfedcba字符测灯0 XXXXXX11111118灭零10X00000000000消隐锁存111XXXX显示LE=01时数据译码110000001111110110000100011101110001010100112110001110011113110010011011104110010111011015110011011111006110011100011117110100011111118110100111011119表8.2.5 74LS00逻辑功能ABY=001011101110表8.2.7 74LS21逻辑功能ABY=AB0000101001118.2.8 74LS161逻辑功能输入输出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不变表7.2.9 74LS32逻辑功能ABY=A+B000011101111参考文献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