南理工電子電工綜合設(shè)計Ⅱ(優(yōu)秀)

1、電子電工綜合實驗（II）實驗報告 數(shù)字計時器設(shè)計 學(xué) 號: 913101140321姓 名： 大橋洪水專 業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)老師： 丁淑艷日 期： 2015年9月12日 摘 要本實驗采用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)一個簡單的數(shù)字計時器。數(shù)字計時器是由脈沖發(fā)生電路，計時電路，譯碼顯示電路，校分電路、清零電路、報時電路等幾部分單元電路組成。該數(shù)字計時器，可以完成0分00秒-9分59秒的計時功能，并在控制電路的作用下具有開機清零、手動清零、快速校分、整點報時功能。關(guān)鍵詞:脈沖信號發(fā)生電路、計時電路、報時電路、校分電路、清零電路英文摘要In this experiment, 

2、we use medium-sized integrated circuit to achieve a simple digital timer. The digital timer is composed of several unit circuits, such as the pulse generating circuit, ti

3、ming circuit, decoding display circuit, calibrated circuit, clear circuit and clock circuit. The digital timer can time within 9 minutes and 59 seconds and with the contr

4、ol circuit, it has the function of boot reset, manual reset, fast calibration points and hourly chime. Keyword：Pulse signal generating circuit Timing circuit Timekeeping circuit Clear circuit 目錄一、 設(shè)計要求說明 ··

5、3;·····························2二、 方案論證···················&#

6、183;·················2三、 各子模塊，設(shè)計原理及其電路圖·················31. 秒脈沖發(fā)生電路··········

7、83;··················32. 計時器電路······························

8、···43. 譯碼顯示電路·······························64. 清零電路·············

9、······················65. 校分電路··························

10、3;········76. 報時電路···································8四、 實驗感想····

11、·································101.實驗中遇到的問題及解決問題的方法···········102.實驗的收獲與感受

12、3;··························103.期望及要求······················&

13、#183;··········11五、 附錄······································

14、·· 121.工具及器件清單·····························122.各元件引腳圖及功能表··············

15、3;········13六、 參考文獻(xiàn)·····································15一、 設(shè)計要求說明1. 設(shè)計一個脈

16、沖發(fā)生電路，為計時器提供秒脈沖，為報時電路提供驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲的脈沖信號；2. 設(shè)計計時和顯示電路，完成0分00秒至9分59秒的計時和顯示功能；3. 設(shè)計清零電路，具有開機自動清零的功能，并在任何時候，按動清零開關(guān)，就可以實現(xiàn)計時器清零；4. 設(shè)計校分電路，在任何時候，按下校分開關(guān)，可以進行快速校分；5. 設(shè)計報時電路，使數(shù)字計時器從9分53秒開始報時，每隔2秒發(fā)一聲，共發(fā)三聲低音，一聲高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率為1KHz）,9分59秒發(fā)高音（頻率為2KHz）；6. 系統(tǒng)級聯(lián)調(diào)試，將上述電路進行級聯(lián)完成計時器的所有功能；7. 可增加數(shù)字計時器附加功能，例如數(shù)字計時器定

17、時功能、電路啟停功能、電路采用動態(tài)顯示功能。二、 方案論證數(shù)字計時器是由脈沖發(fā)生電路、計時和顯示電路、清零電路、校分電路和報時電路和其它附加電路等幾部分組成的。電路由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器等元件構(gòu)成。電路由石英晶體提供頻率，然后通過分頻器可以得到電路所需的不同頻率；電路要實現(xiàn)0分00秒-9分59秒的計時和顯示功能，所以由三個計時器分別計時，分位、秒十位、秒個位，然后再通過譯碼器，由LED數(shù)字顯示管顯示出來。清零電路實現(xiàn)開機清零和任意時刻選擇清零，通過邏輯門與計時器連接，從而實現(xiàn)清零。校分電路實現(xiàn)快速校分，只要將分計數(shù)器的頻率調(diào)快等操作即可實現(xiàn)。報時電路是實現(xiàn)9分53秒、9分55

18、秒、9分57秒發(fā)低音（頻率為1KHz）,9分59秒發(fā)高音（頻率為2KHz），通過蜂鳴器和一些邏輯門實現(xiàn)。 三、 各子模塊，設(shè)計原理及其電路圖1. 秒脈沖發(fā)生電路l 所用器件：32768Hz晶振、22M電阻、20PF電容、10 PF電容、CD4060、74LS74。l 原理: 秒信號發(fā)生器提供計時電路的時鐘并為報時電路提供驅(qū)動信號。為提供較為精確的秒脈沖信號，采用32768Hz的石英晶體多諧振蕩器作為脈沖信號源。分頻器CD4060最高可實現(xiàn)214分頻，即最低頻率端Q14的脈沖信號頻率為2Hz，因此增加一個D觸發(fā)器實現(xiàn)的倍頻器來產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號。將D觸發(fā)器的端與D端扭接在一起實現(xiàn)倍頻器，則Q

19、端的輸出信號即為1Hz的秒脈沖信號。報時電路所需要的1KHz，2 KHz的脈沖信號由4060的管腳Q4和管腳Q5提供。l 原理圖： 2. 計時器電路l 所用器件:4518、74LS161、74LS00、CC4511、CC4069、300電阻、LED數(shù)碼顯示管。l 原理：該電路是本實驗基礎(chǔ)電路中的關(guān)鍵電路，由分計數(shù)器、秒十位計數(shù)器、秒個位計數(shù)器構(gòu)成。分計數(shù)器和秒位計數(shù)器直接用CD4518BCD碼計數(shù)器實現(xiàn)十進制計數(shù)功能；秒十位計數(shù)器為六進制計數(shù)器，將74LS161做成一個從00000101的模六計數(shù)器實現(xiàn)。連接時，秒脈沖電路產(chǎn)生的秒脈沖信號送入秒個位計數(shù)器（CD4518A）的EN端，秒個位單元中

20、的輸出1Q4通過一非門接入74LS161的時鐘端作為時鐘信號完成個位與十位的級聯(lián)（接非門是因為161的CLK是上升沿觸發(fā)，而1Q4在90的跳變時是下降沿 “1001”“0000”）。做秒十位記數(shù)時，用反饋置位法，2Q1和2Q3通過一與非門接入置數(shù)端同時數(shù)據(jù)輸入端均接地，實現(xiàn)模六功能。將計數(shù)位2Q3作為驅(qū)動信號送入分計數(shù)器（CD4518B）的EN端，則數(shù)字計數(shù)器整體的計數(shù)功能即可實現(xiàn)。l 原理圖：3. 譯碼顯示電路l 所用器件：3個300歐姆電阻，3個LED共陰極顯示器。l 原理：顯示電路采用三片CD4511顯示譯碼器和三個七段共陰LED顯示管，電路從0分00秒計到9分59秒，譯碼顯示電路用三片

21、四線七線譯碼器CD4511進行譯碼，然后用共陰極七段LED數(shù)碼管進行顯示。CD4511的輸入端應(yīng)與相應(yīng)計數(shù)器的輸出相連，而它的輸出端應(yīng)與數(shù)碼管的管腳對應(yīng)相連，而每個數(shù)碼管對應(yīng)接地管腳與地線還應(yīng)連接一個300歐姆的電阻，起保護作用。l 原理圖：4. 清零電路l 所用器件：CC4069、10K電阻、22F電容。l 原理：該電路具有開機清零和控制清零功能。其中秒個位和分位的清零端即CC4518的管腳7和15（高電平有效）接在第一個非門之后，秒十位74LS161的清零端即管腳1（低電平有效）接在第二個非門之后。剛開機時，由于電容上的電壓不能突變，電容兩端為低電平，經(jīng)過第一個非門輸出高電平，接到CC45

22、18的管腳7和15，實現(xiàn)秒個位和分位的清零。在經(jīng)過第二個非門輸出低電平，接到74LS161的管腳1，實現(xiàn)秒十位的清零。按下開關(guān)后，電容被短路，第一個非門的輸入端為低電平，兩個非門的輸出端分別為高電平和低電平，原理同上，實現(xiàn)控制清零功能 （異步清零）。l 原理圖：5. 校分電路l 所用器件：一個10k的電阻，一個22uF的電容，一片74LS00，一片CD4069，以及直流電源。l 原理：當(dāng)校分電路打到“正常”狀態(tài)時，計數(shù)器正常計數(shù)；當(dāng)開關(guān)打到“校分”狀態(tài)時，秒個位和秒十位正常計數(shù)，分位進行快速校分，即分計數(shù)器可以不受秒計數(shù)器的進位信號的控制。校分電路的工作原理是：當(dāng)校分開關(guān)在高電平，與非門2被選

23、通，與非門1被封鎖，秒進位產(chǎn)生的脈沖送至分計數(shù)器的時鐘端；當(dāng)開關(guān)打在低電平時，與非門1被選通，與非門2被封鎖，校分信號送至分計數(shù)器的時鐘端。由于校分電路的信號直接送到分計數(shù)器的時鐘端，開關(guān)的顫動產(chǎn)生的脈沖會導(dǎo)致分計數(shù)器的觸發(fā)，從而影響校分功能，所以對校分開關(guān)應(yīng)加一個電容器消顫。l 原理圖：6. 報時電路l 所用器件：74LS21芯片、74LS32芯片、蜂鳴器。l 原理：用需要報時的時刻所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出作為觸發(fā)信號來驅(qū)動蜂鳴器報時，因為需要在9分53秒、9分55秒、9分57秒各報出一個低音，在9分59秒報出一個高音。具體設(shè)計過程如下：將各時刻各位對應(yīng)的二進制碼作如下圖的比較：時間（DEC）分

24、位（BIN）秒十位(BIN)秒個位（BIN）9:531001010100119:551001010101019:571001010101119:59100101011001a) 將秒個位的3（0011）、5（0101）、7（0111）取或，通過卡諾圖的化簡可得應(yīng)該從秒個位取1Q1（1Q2+1Q3）b) 將1中所得結(jié)果和分位的9（1001）與再和秒十位的5（0101）與，所得的結(jié)果和1KHz的信號與就可得到在9分53秒、9分553秒、9分57秒報出低音的驅(qū)動信號。c) 將分位的9（1001）和秒十位的5（0101）與再和秒個位的9（1001）與再和2KHz的信號與就得到在9分59秒報出高音的驅(qū)動

25、信號。d) 將2和3中得到的信號取或，就可以得到最終的報時驅(qū)動信號。l 原理圖： 四、 實驗感想1. 實驗中遇到的問題及解決問題的方法問題：我在連接第一部分時鐘電路時總是不能在數(shù)碼管上看見現(xiàn)象，第一部分1Hz信號總是不對，反復(fù)檢查電路沒有問題。方法：用萬用表的電壓檔依次檢查線路，后來發(fā)現(xiàn)是面包板出現(xiàn)問題，所以在實驗的是要一步一步來每一步都要檢查結(jié)果是否正確，免得最后檢查非常辛苦。問題：在接完清零電路后發(fā)現(xiàn)我的電路是斷開清零閉合不清零。以及開機清零無法實現(xiàn)的。方法：自己重新檢查了一遍電路圖，找出了不確定的地方，再找同學(xué)討論了一下，發(fā)現(xiàn)自己的電路圖有錯誤，做了及時的修改。2. 實驗的收獲與感受這次

26、實驗我花了一天的時間，速度與質(zhì)量我認(rèn)為算中上吧。但是在實驗中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足。第一天由老師跟我們講課，關(guān)于實驗要求以及原理，下午我們就回去設(shè)計電路了，這個實驗與我們之前做的數(shù)字電路的實驗有些類似，但比以前做的，電路更復(fù)雜，考慮的東西更多。由于電路復(fù)雜，在連接的時候經(jīng)常出現(xiàn)問題，所以在連接電路的時候，按老師的方法，分塊連接，脈沖發(fā)生電路、計時和顯示電路、清零電路、校分電路和報時電路，一步一步來，出錯的時候也方便檢查多了。一小塊完成之后，就做下一小塊，這樣能夠減小工作量。連線的時候，盡量橫平豎直，不要把線弄得蜂窩，鳥巢之類的，方便自己后期修正與檢查。整個連接電路中，我由于沒有考慮到元器件的好壞，

27、在實驗中遇到了不小的麻煩。比如一個74153芯片有問題，怎么找也找不到錯誤在哪里，浪費了不少時間。不過經(jīng)過這次實驗之后，如果遇到了這樣的問題，就應(yīng)該用萬用表來檢查。實際上，檢查的過程也體現(xiàn)了自己對電路的理解，不熟悉電路的是找不出錯誤在哪的。我在這之中也學(xué)會了簡單的電路分析方法，能夠幫助自己找出電路出現(xiàn)的錯誤。星期三中午連了線之后，發(fā)現(xiàn)有很多同學(xué)的速度都比我快。當(dāng)時就意識到自己的不足，回顧自己的預(yù)習(xí)流程還是不夠努力認(rèn)真。不過最后還是成功了，自己的付出總有回報，讓我很開心，也很滿足。這次實驗讓我覺得非常有挑戰(zhàn)，因為自己設(shè)計，連接，調(diào)試。每一塊電路的成功，自己都會有巨大的成就感，同時也感受到了實驗類課程的樂趣與魅力所在。 最后，感謝老師在實驗中對我的指導(dǎo)幫助。3. 期望及要求通過這樣一次實驗也讓我們學(xué)以致用，把理論的學(xué)習(xí)用到實踐中去，同時也在鍛煉我們發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。實驗的過程就可以看出一個人做事的態(tài)度