數(shù)字計數(shù)器設計---數(shù)字邏輯課程設計

1、第一章 系統(tǒng)概述1.1 實驗的目的與要求1.1.1實驗目的1. 了解數(shù)字計時器的組成及工作原理；2. 熟悉中規(guī)模集成電路的應用； 3. 掌握數(shù)字計時器的設計和實驗； 4. 了解簡單數(shù)字系統(tǒng)實驗，調試及故障排除的方法。1.1.2 實驗要求 1. 根據設計任務要求，綜合運用數(shù)字電子技術課程中所學到的理論知識與實踐技能獨立完成設計課題。 2. 根據課題參考書籍，通過獨立思考，深入研究課程設計中遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。 3. 進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則。 4. 學會電子電路的連線安裝和調試技能。1.2 實驗設計任務1.2.1 設計任務內容 要求設計一個數(shù)字

2、計時器，可以完成0分00秒-9分59秒的計時功能且及時準確，并在控制電路的作用下具有開機清零、快速校分、整點報時的功能。第二章 數(shù)字計時器的設計過程2.1 總體電路的草圖與元件的選擇2.1.1 總體方案的設計草圖顯示顯示顯示整點報時譯碼譯碼譯碼秒個計數(shù)秒十計數(shù)分計數(shù)秒脈沖發(fā)生電路校分電路 圖 2.12.1.2 單元電路的選擇數(shù)字計時器主要由譯碼顯示器、分計數(shù)器、秒計數(shù)器、秒脈沖發(fā)生電路、校分電路以及整點報時電路組成?！懊胗嫈?shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計數(shù)器”采用十進制計數(shù)器，電路顯示最大到9分59秒，通過LED七段顯示器顯示出來

3、。1. 秒的個位與分的個位用十進制加法計數(shù)器7490來實現(xiàn)。（如圖 2.2）CKA接外脈沖信號，CKB接輸出端QA，實現(xiàn)十進制加法計數(shù)；7490有異步清零功能（R01,R02控制）和置數(shù)功能（R91,R92控制）2. 秒的十位用六進制/十二進制計數(shù)器7492來實現(xiàn)。（如圖 2.3）CLKA接外脈沖，CLKB接進位信號，實現(xiàn)六進制加法計數(shù)；R01、R02同為1時，實現(xiàn)異步清零。 圖 2.2 圖2.33. 秒脈沖發(fā)生電路元件：用555定時器構成的多諧振蕩器產生秒脈沖，f=1HZ。（如圖 2.4） 圖2.4頻率f=1.43/（R1+2R2）C，通過調節(jié)電阻、電容的值就可以得到不同頻率的脈沖信號。4.

4、 校分電路元件：二輸入與非門、電阻以及開關5. 整點報時電路元件：二輸入與門與揚聲器2.2 單元電路的連接方法2.2.1 計數(shù)器 1.秒個位的實現(xiàn)電路（如圖 2.5） CKA外接秒脈沖信號，QD向秒十位輸出進位信號 圖 2.52.秒十位的實現(xiàn)電路（如圖 2.6）CKA外接秒脈沖信號，CKB接秒個位的輸出QD 圖 2.63.整個計數(shù)電路的實現(xiàn)（如圖2.7）圖 2.7“分計數(shù)器”的CKB接自身的輸出QA，CKA接秒十位的輸出QD產生的進位信號，整個電路就可實現(xiàn)0分00秒9分59秒的計時。2.2.2 秒脈沖發(fā)生器利用555定時器構成的多諧振蕩器（如圖 2.8）產生秒脈沖,即f=1HZ。2.2.3 校

5、分電路 當剛接通電源或計時出現(xiàn)誤差時，都需要對時間進行校正。（如圖 2.9）2.2.4 整點報時電路 每計時十分鐘，報時一次（如圖 2.10）可接揚聲器發(fā)聲報時，我用燈的熄滅顯示。 圖 2.10 圖 2.8 圖 2.9第三章 關鍵電路的實現(xiàn)與調試3.1 電路的布線連接3.1.1 各個模塊電路圖 1.計數(shù)器（如圖 3.1）圖 3.11）從左到右，分別是分個位、秒十位、秒個位，輸出分別接到LED七段顯示器，顯示當前的計數(shù)狀態(tài)。秒十位的CLKA和秒個位的CKA都接外部的脈沖信號，秒個位的CKB接自身的輸出QA構成十進制計數(shù)器；秒十位的CLKB接低位的進位信號，即秒個位的輸出QD，從而實現(xiàn)六十進制的輸

6、出；分個位的CKA接低位的進位信號（秒十位的輸出QD），CKB接自身的輸出QA，實現(xiàn)十進制計數(shù)；各清零端（R01，R02）和置數(shù)端（R91，R92）都不接，正常情況下讓計數(shù)器一直處于計數(shù)狀態(tài)。當外接上秒脈沖信號后整個電路從0分00秒開始計時，最大到9分59秒。2）再在異步清零端（R01，R02）添加上開關，實現(xiàn)開機清零功能。（如圖3.2）2.信號發(fā)生電路（如圖3.3）555定時器構成的多諧振蕩器產生秒脈沖，其中的外接電阻R1，R2和電容C是定時元件，周期T=0.7（R1+2R2）C，調節(jié)電阻或電容的值就可在輸出端得到不同寬度的矩形波脈沖信號。取R1=10 K Ohn,R2=72 M Ohm,C

7、=0.01uF，得到1S的脈沖輸出到秒個位的CKA。圖 3.2 圖 3.33.校分電路（如圖 3.4）K是分校正開關，不校正時，K是閉合的。當校正時，將K開關打開，然后撥動E開關，來回波動一次，分位就增加1，根據需要去撥動開關的次數(shù)，校正完畢后把開關K閉合上。 圖 3.44.報時電路（如圖 3.5） 圖 3.5 利用指示燈的熄滅表示計數(shù)到整點，每隔十分鐘燈亮一次。也可以利用揚聲器來實現(xiàn)整點報時。3.1.2 總體電路圖 將各模塊電路合理連接起來構成總體電路（如圖 3.6）圖 3.63.2 電路的調試3.2.1 各模塊電路的調試 1.計數(shù)器連接好計數(shù)電路后，各輸出接到LED七段顯示器，在秒個位的C

8、KA和十位的CLKA接入一個秒脈沖（如圖3.7），測試計數(shù)是否準確，特別是進位輸出是否有誤，能否正確顯示六十進制計數(shù)。若出現(xiàn)問題認真排查并解決。 圖 3.72.脈沖發(fā)生器將上一步測試用的脈沖去掉，接入多諧振蕩器的的輸出端，接通電源，觀察顯示的計數(shù)狀態(tài)是否和上一步測試的一樣正確；若不相同，檢查脈沖發(fā)生器是否連接正確，電阻、電容的值是否選擇合適，直到計數(shù)顯示準確。3.校分將校分基本電路的輸出接入到“分計時器”的CP端CKA，接通電源，打開K開關，來回撥動E開關，觀察顯示器是否每來回撥動一次E就增加1，以實現(xiàn)分校正。若撥動無效或是不正確，檢查電路的設計是否合理，連線是否正確。4.報時設計的是分報時，

9、即每十分鐘報一次時。將基本邏輯電路的四個輸入端分別連到“分計時器”的相應輸出端。接通電源與脈沖，觀察指示燈是否是十分鐘后亮，及報時一次。若不是，則認真檢查電路設計與連線，直至問題解決。3.2.2 總體電路的調試 將調解好的各模塊連接起來，構成數(shù)字計時器的整體電路圖。接通電源，計時器開始計時，分別測試計時器是否達到設計要求，具有0分00秒9分59秒的計時功能且及時準確以及開機清零、快速校分、整點報時的功能。1. 按下鍵Space,看能否清零；2. 按下開關E，打開開關K，來回撥動E，看能否校分；3. 當計時器計時到9分59秒后指示燈時候閃亮，已達到10分鐘報一次時。若有功能不能正確實現(xiàn)，檢查各模

10、塊合并的連線，排查出錯誤并解決。結束語從實驗的初步設計到調試驗證，我遇到過不少問題，有時候很無助、氣餒、煩躁，但是在老師、同學的幫助下，以及查閱資料，最后終于成功了。因為以前對EWB一點都不了解，對里面的元件也不清楚，剛開始時完全沒有頭緒，為實現(xiàn)一個六十進制就花了兩天的時間。最初是用兩片8421編碼十進制加法計數(shù)器74160通過一個六進制與一個十進制相乘構成，但是計數(shù)一直不準確，在秒個位是9的時候就向高位進位了，所以總是會出現(xiàn)19秒后再是10秒的情況，相差一秒。經過查閱發(fā)現(xiàn)了7490（4位十進制波動計數(shù)器）和7492（12分頻計數(shù)器），連接好后終于準確實現(xiàn)了六十進制的計數(shù)。再有就是對于報時功能我未能用揚聲器來實現(xiàn)，可以說這是我這次實驗的缺陷吧，主要是自己還是不會用EWB，使得揚聲器可以發(fā)出聲響，最終我只能用燈的亮與暗來表示報時這個功能了。通過這次試驗，我學會了好多以前不知道的、知道卻只是一知半解的知識，更多的體會是理論和實踐之間的差距是我無法想象的，以前的幼稚想法再做了這次的試驗之后都被無情的擊潰了，我終于明白為什么老師說那些