南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn),數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)

1、目 錄一， 實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?實(shí)驗(yàn)儀器三， 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介四， 設(shè)計(jì)原理五， 分部電路圖及原理六， 電路安裝與調(diào)試七， 實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方法八， 心得體會(huì)九， 附錄一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握常見(jiàn)集成電路的工作原理和使用方法，學(xué)會(huì)單元電路的設(shè)計(jì)方法。2、鍛煉學(xué)生的分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力以及設(shè)計(jì)電路和動(dòng)手組裝電路的能力。二實(shí)驗(yàn)儀器電源發(fā)生器，三用表，示波器，鑷子，剪刀三 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介1、設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖發(fā)生電路，為計(jì)時(shí)器提供脈沖、為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的脈沖信號(hào)；2、設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)電路，完成 0分00秒9分59秒計(jì)時(shí)功能；3、設(shè)計(jì)報(bào)時(shí)電路，使數(shù)字計(jì)時(shí)器從9分53 秒開(kāi)始報(bào)時(shí)，每隔兩秒發(fā)一聲，共發(fā)三聲低音，一聲高

2、音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率1KHZ），9分59秒發(fā)高音（頻率2KHZ）；4、設(shè)計(jì)校分電路，在任何時(shí)候，撥動(dòng)校分開(kāi)關(guān)，可進(jìn)行快速校分；5、設(shè)計(jì)清零電路，具有開(kāi)機(jī)自動(dòng)清零功能，并且在任何時(shí)候，按動(dòng)清零開(kāi)關(guān)，可以進(jìn)行計(jì)時(shí)器清零；6、系統(tǒng)級(jí)聯(lián)調(diào)試，將以上電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)完成計(jì)時(shí)器的所有功能；四 設(shè)計(jì)原理數(shù)字計(jì)時(shí)器是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間與所需要的起點(diǎn)可能會(huì)不相同，所以需要在電路上加一個(gè)校分電路，以便將分時(shí)刻跳到想要的時(shí)刻（這也是為什么校分電路先于蜂鳴電路的原因，這樣做節(jié)省了很多時(shí)間）。為了使標(biāo)準(zhǔn)的1Hz時(shí)間信號(hào)準(zhǔn)確并且穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)中我們使用了

3、石英晶體振蕩器構(gòu)成脈沖發(fā)生電路。為了使電路更加簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)中我們使用了一片CD4518的集成塊對(duì)計(jì)時(shí)器的秒的個(gè)位和分的十位進(jìn)行計(jì)數(shù)，用74LS161構(gòu)成模六（六進(jìn)制）計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)秒的十位進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器計(jì)滿10時(shí)向高位產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，觸發(fā)高位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。由于所使用的計(jì)數(shù)器都有異步清零端，故可通過(guò)簡(jiǎn)單的電路就可以使電路具有開(kāi)機(jī)清零功能和隨時(shí)清零功能。五 分部電路圖及原理（1） 脈沖電路脈沖電路為計(jì)時(shí)電路提供頻率為1Hz的秒脈沖計(jì)數(shù)信號(hào)，可以用石英晶體振蕩器32768和分頻器cc4060構(gòu)成。石英晶體振蕩器提供的脈沖頻率為32768Hz（=215Hz）而分頻器cc4060的最大分頻系數(shù)是21

4、4，因此兩者組合最小可提供2 Hz的脈沖信號(hào)，為了得到秒脈沖信號(hào)，還需再經(jīng)過(guò)一個(gè)二分頻器件分頻，分頻可以由74LS74實(shí)現(xiàn)。（2） 計(jì)時(shí)電路此部分為該實(shí)驗(yàn)的核心部分?？梢杂檬M(jìn)制加法計(jì)數(shù)器cc4518和四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74161來(lái)實(shí)現(xiàn)。cc4518集成了兩個(gè)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，可分別作為秒個(gè)位計(jì)數(shù)和分計(jì)數(shù)，74161改造成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器作為秒十位計(jì)數(shù)。圖中秒進(jìn)分進(jìn)位脈沖處于74161的12號(hào)管腳處及EN端。（3） 校分電路校分電路通過(guò)與非門實(shí)現(xiàn)。原理：正常計(jì)數(shù)時(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)打在“1”電平，下面的與非門被選通，上面的與非門被封鎖，秒進(jìn)位產(chǎn)生的脈沖送至分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端；當(dāng)開(kāi)關(guān)打在“0”電平時(shí)，上面的與非

5、門被選通，下面的與非門被封鎖，校分信號(hào)送至分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端。校分信號(hào)可由4060分頻信號(hào)得到，一般選為2Hz。（4） 清零電路74161的清零端接低電平，CD4518的清零端接高電平（接秒十位的清零要經(jīng)過(guò)一個(gè)電容）（5）蜂鳴電路（報(bào)時(shí)電路）需要在某一時(shí)刻報(bào)時(shí)，就將該時(shí)刻輸出為“1”的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，選通報(bào)時(shí)脈沖信號(hào)，進(jìn)行報(bào)時(shí)。此部分由四與門、二或門、晶體管和蜂鳴器構(gòu)成。使電路在9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（1KHz），9分59秒發(fā)高音（2KHz）即當(dāng)3QD3QC3QB3QA為1001，2QD2QC2QB2QA為0101，1QD1QC1QB1QA為0011或0101或0111時(shí)發(fā)低

6、音，1QD1QC1QB1QA為1001時(shí)發(fā)高音。因此可以將3QD、3QA、2QC、2QA相與后的信號(hào)作為公共選通信號(hào)，1QB1QA、1QC1QA，1QC1QB1QA與或后的信號(hào)也即1QA和（1QB+1QC）相與的信號(hào)作為低音的另一選通信號(hào)，1QD、1QA相與的信號(hào)作為高音的另一選通信號(hào)。六 電路安裝與調(diào)試說(shuō)明電路安裝前應(yīng)該先把面包板的各個(gè)橫通孔用導(dǎo)線連好，并且統(tǒng)一用紅線代表電源線，用黑線代表地線，連接完成后應(yīng)該接上電源用萬(wàn)用表測(cè)試各插孔以確保整塊板子上無(wú)漏掉的插孔以免影響后面的安裝工作。電路安裝過(guò)程中需要注意對(duì)照各元器件的功能表和引腳圖，將應(yīng)該與電源相連接的或者與地線相連接的腳均用紅線或者黑線

7、插好，使各個(gè)元器件處于正常工作狀態(tài)，以免影響后面的插線工作，影響實(shí)驗(yàn)的效率。除此之外，安裝時(shí)還要耐住性子，不要因?yàn)閷?dǎo)線過(guò)多而變得不耐煩，不認(rèn)真，這就犯了該實(shí)驗(yàn)的一大忌，只有認(rèn)認(rèn)真真地做好每一步才能順利地完成電路安裝工作，為了使電路美觀且各個(gè)功能容易識(shí)別，應(yīng)該一個(gè)功能用一種顏色的導(dǎo)線連接。具體安裝過(guò)程如下：（1）按照電路原理圖安裝脈沖發(fā)生電路：將脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的CP脈沖接入CD4518的EN端。此時(shí)可通過(guò)萬(wàn)用表觀察秒信號(hào)是否正常輸出。將萬(wàn)用表打在電壓10V檔，若正常輸出則可以看到萬(wàn)用表指針左右擺動(dòng)，頻率為1次/秒。（2）按照計(jì)時(shí)電路原理圖接好計(jì)時(shí)電路：測(cè)試計(jì)數(shù)器是否開(kāi)始計(jì)數(shù)，使秒的個(gè)位由09顯

8、示，每當(dāng)由9變?yōu)?時(shí)，秒十位進(jìn)一。當(dāng)秒十位為5秒個(gè)位由9變到0時(shí)，秒十位清零，分個(gè)位變?yōu)?。（3）按譯碼顯示電路原理，接好顯示電路，接通電源觀察數(shù)碼管是否正常顯示，同時(shí)也可觀察計(jì)數(shù)器是否正常計(jì)數(shù)。（4）連接清零電路：利用到CD4069反相器，注意開(kāi)關(guān)使用。當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)清零；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，實(shí)現(xiàn)不掉電清零。如果開(kāi)關(guān)與面包板接觸不良，即開(kāi)關(guān)閉合后，不掉電清零功能不能百分之一百實(shí)現(xiàn)，則可用一根導(dǎo)線代替開(kāi)關(guān)使用。（5）連接校分電路：當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電路正常計(jì)時(shí)；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路實(shí)現(xiàn)快速校分。如果開(kāi)關(guān)與面包板接觸不良，即開(kāi)關(guān)閉合后，不能立刻實(shí)現(xiàn)校分功能，則可用一根導(dǎo)線代替開(kāi)關(guān)使用。（6）連接報(bào)時(shí)

9、電路：若電路正常工作蜂鳴器會(huì)從9分53秒開(kāi)始每隔一秒報(bào)一聲低音（1KHz），9分59秒時(shí)報(bào)一聲高音（2KHz）。如果電路連接正確，蜂鳴器沒(méi)有聲音，則將信號(hào)直接接入蜂鳴器中；如果有聲音，則錯(cuò)誤發(fā)生在發(fā)聲電路中電阻與三極管的連接；如果沒(méi)有聲音，則檢測(cè)報(bào)時(shí)電路部分芯片74LS21的連接；若蜂鳴器聲音不斷，則檢測(cè)蜂鳴器的管腳是否接反。七 實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決辦法（1） 首先遇到的問(wèn)題是，秒脈沖產(chǎn)生不正常，經(jīng)老師指導(dǎo)，檢測(cè)了4060和74LS74各引腳電位，發(fā)現(xiàn)有一根電源線沒(méi)有接好。（2） 其次，計(jì)時(shí)電路不能正常工作。這次問(wèn)題比較嚴(yán)重，很多地方出現(xiàn)了問(wèn)題，我自己先檢查了一下電路，發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)接電源和接地

10、的引腳接錯(cuò)了，但改正后發(fā)現(xiàn)還是不對(duì)。經(jīng)老師指導(dǎo)后，發(fā)現(xiàn)是我的譯碼器4511和計(jì)數(shù)器74161壞了，更換過(guò)后，可以正常工作了。（3） 后來(lái)的校分電路、清零電路以及蜂鳴電路，在吸取了前面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后都是一氣呵成，沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)。八 心得體會(huì)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)我學(xué)到了很多，得到了很大的啟示，不僅僅是電路學(xué)習(xí)方面的，從大學(xué)學(xué)習(xí)到今后的科研，再到做人做事方面，我都獲益匪淺。做實(shí)驗(yàn)要預(yù)先預(yù)習(xí)，要對(duì)各元器件有充分的了解，要充分理解所做實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)。接電路一定要細(xì)心、合理，盡量按信號(hào)流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)，平行布線。不論做什么一定要知道前因后果、來(lái)龍去脈，這樣學(xué)東西才能學(xué)明白、學(xué)透徹。不論做什么一定要仔細(xì)、認(rèn)真，這樣可以避免很多不必要的麻煩。但一旦發(fā)生錯(cuò)誤，不要慌張，從頭到尾一步一步查找錯(cuò)誤，總會(huì)解決問(wèn)題的。九 附錄1、 參考文獻(xiàn)電子線路實(shí)踐教程 王建新、姜萍編著 科學(xué)出版社數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 蔣立平主編 電子工業(yè)出版社2、元件清單共陰數(shù)碼管： 3只 、 分頻器cc4060 ：1只、 譯碼器CC4511： 3只、 晶體振蕩器32768：1只、計(jì)數(shù)器CC4518 ： 1只 、74161 ：1只、晶