電工實(shí)驗(yàn)二數(shù)字鐘 南理工

1、電工電子綜合實(shí)驗(yàn)（2）多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化時(shí)間：2017年9月目 錄一設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 ····························3二實(shí)驗(yàn)要求 ···········&

2、#183;····················3三實(shí)驗(yàn)原理 ····························

3、····4四電路設(shè)計(jì)原理及其電路圖 ··················51.分頻電路 ························&#

4、183;·······52.計(jì)時(shí)電路 ·································63.清零電路·······

5、;···························84.校分電路 ·····················

6、83;··········95.報(bào)時(shí)電路································10五遇到問(wèn)題及解決辦法····&#

7、183;················11六實(shí)驗(yàn)體會(huì)······························12七附錄 ·&

8、#183;·······························121.工具及器件清單 ················&

9、#183;········122各元件的引腳圖及功能表 ·················143總電路邏輯圖 ····················

10、·······184.參考文獻(xiàn) ·····························19一 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)由脈沖發(fā)生電路，計(jì)時(shí)電路，譯碼顯示電路，和控制電路(包括清零電路，校分電路，和報(bào)時(shí)電路)等四部分

11、組成的數(shù)字計(jì)時(shí)器。二 實(shí)驗(yàn)要求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)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；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)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）；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；三實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字計(jì)時(shí)器由脈沖發(fā)生電路、計(jì)時(shí)

12、電路、譯碼顯示電路、校分電路、清零電路和報(bào)時(shí)電路這幾部分組成。其原理框圖如下：數(shù)字計(jì)時(shí)器以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了其準(zhǔn)確并且穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)使用了石英晶體振蕩器構(gòu)成脈沖發(fā)生電路。為了使電路更加簡(jiǎn)單，使用CC4518的對(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)。利用計(jì)數(shù)器的異步清零端，通過(guò)簡(jiǎn)單的電路使電路具有開(kāi)機(jī)清零功能和隨時(shí)清零功能。利用校分電路，校正分時(shí)刻的數(shù)字，并先于蜂鳴電路來(lái)節(jié)省時(shí)間。同時(shí)增加電臺(tái)報(bào)時(shí)功能。四電路設(shè)計(jì)原理及電路圖1.分頻電路秒信號(hào)發(fā)生器提供計(jì)時(shí)電路的時(shí)鐘并為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為提供較為精確的秒脈沖信號(hào)，采

13、用32768Hz的石英晶體多諧振蕩器作為脈沖信號(hào)源。分頻器CD4060最高可實(shí)現(xiàn)214分頻，即最低頻率端Q14的脈沖信號(hào)頻率為2Hz，因此增加一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的倍頻器來(lái)產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號(hào)。將D觸發(fā)器的端與D端扭接在一起實(shí)現(xiàn)倍頻器，則Q端的輸出信號(hào)即為1Hz的秒脈沖信號(hào)。報(bào)時(shí)電路所需要的1KHz，2 KHz的脈沖信號(hào)由4060的管腳Q4和管腳Q5提供。所用器件：32768Hz晶體管、22M電阻、20PF電容、10 PF電容、4060、74LS74。2.計(jì)時(shí)電路該電路是本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)電路中的關(guān)鍵電路，由分計(jì)數(shù)器秒十位計(jì)數(shù)器、秒個(gè)位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。分計(jì)數(shù)器和秒十位計(jì)數(shù)器直接用CD4518BCD碼計(jì)數(shù)器實(shí)

14、現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能；秒十位計(jì)數(shù)器為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將74LS161做成一個(gè)從00000101的模六計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。連接時(shí)，秒脈沖電路產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)送入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器（CD4518A）的EN端，秒個(gè)位單元中的輸出1Q4通過(guò)一非門(mén)接入74LS161的時(shí)鐘端作為時(shí)鐘信號(hào)完成個(gè)位與十位的級(jí)聯(lián)（接非門(mén)是因?yàn)?61的CLK是上升沿觸發(fā)，而1Q4在90的跳變時(shí)是下降沿 “1001”“0000”）。做秒十位記數(shù)時(shí)，用反饋置位法，2Q1和2Q3通過(guò)一與非門(mén)接入置數(shù)端同時(shí)數(shù)據(jù)輸入端均接地，實(shí)現(xiàn)模六功能。將計(jì)數(shù)位2Q3作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入分計(jì)數(shù)器（CD4518B）的EN端，則數(shù)字計(jì)數(shù)器整體的計(jì)數(shù)功能即可實(shí)現(xiàn)。顯示電路采用三片C

15、D4511顯示譯碼器和三個(gè)七段共陰顯示字，電路從0分00秒計(jì)到9分59秒，譯碼顯示電路用三片四線七線譯碼器CD4511進(jìn)行譯碼，而采用共陰極七段LED數(shù)碼管進(jìn)行循環(huán)顯示。CD4511的輸入接到相應(yīng)計(jì)數(shù)器的輸出，而它的輸出端與數(shù)碼管的相應(yīng)端相連，數(shù)碼管通過(guò)300的電阻接地。所用器件:4518、74LS161、74LS00、CC4511、CC4069、300電阻、LED數(shù)碼顯示管。3.清零電路該電路具有開(kāi)機(jī)清零和控制清零功能。其中秒個(gè)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(gè)非門(mén)之后，秒十位74LS161的清零端即管腳1（低電平有效）接在第二個(gè)非門(mén)之后。剛開(kāi)機(jī)時(shí)，由于電容

16、上的電壓不能突變，電容兩端為低電平，經(jīng)過(guò)第一個(gè)非門(mén)輸出高電平，接到CC4518的管腳7和15，實(shí)現(xiàn)秒個(gè)位和分位的清零。在經(jīng)過(guò)第二個(gè)非門(mén)輸出低電平，接到74LS161的管腳1，實(shí)現(xiàn)秒十位的清零。按下開(kāi)關(guān)后，電容被短路，第一個(gè)非門(mén)的輸入端為低電平，兩個(gè)非門(mén)的輸出端分別為高電平和低電平，原理同上，實(shí)現(xiàn)控制清零功能 （異步清零）。所用器件：CC4069、10K電阻、22F電容。4.校分電路當(dāng)校分電路打到“正?！睜顟B(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開(kāi)關(guān)打到“校分”狀態(tài)時(shí)，秒個(gè)位和秒十位正常計(jì)數(shù)，分位進(jìn)行快速校分，即分計(jì)數(shù)器可以不受秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)的控制。校分電路的工作原理是：當(dāng)校分開(kāi)關(guān)在“1”電平，與非門(mén)2被選

17、通，與非門(mén)1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)，與非門(mén)1被選通，與非門(mén)2被封鎖，校分信號(hào)送至分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端。由于校分電路的信號(hào)直接送到分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端，開(kāi)關(guān)的顫動(dòng)產(chǎn)生的脈沖會(huì)導(dǎo)致分計(jì)數(shù)器的觸發(fā)，從而影響校分功能，所以對(duì)校分開(kāi)關(guān)應(yīng)加一個(gè)RS鎖存器構(gòu)成消顫開(kāi)關(guān)。5.報(bào)時(shí)電路用需要報(bào)時(shí)的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出作為觸發(fā)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)時(shí)，因?yàn)樾枰?分53秒、9分55秒、9分57秒各報(bào)出一個(gè)低音，在9分59秒報(bào)出一個(gè)高音。具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下：將各時(shí)刻各位對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼作如下圖的比較：時(shí)間（DEC）分位（BIN）秒十位(BIN)秒個(gè)位（BIN）9:531001010

18、100119:551001010101019:571001010101119:591001010110011將秒個(gè)位的3（0011）、5（0101）、7（0111）取或，通過(guò)卡諾圖的化簡(jiǎn)可得應(yīng)該從秒個(gè)位取1Q1（1Q2+1Q3）2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(hào)與就可得到在9分53秒、9分553秒、9分57秒報(bào)出低音的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。3將分位的9（1001）和秒十位的5（0101）與再和秒個(gè)位的9（1001）與再和2KHz的信號(hào)與就得到在9分59秒報(bào)出高音的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。4將2和3中得到的信號(hào)取或，就可以得到最終的報(bào)時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所用器件：74

19、LS21、74LS32、蜂鳴器、三極管。五遇到問(wèn)題及解決辦法 1.分頻電路接好后檢測(cè)不到震蕩 我先檢查了秒脈沖發(fā)生電路的接線，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題后又檢查了芯片，也沒(méi)有問(wèn)題，最后發(fā)現(xiàn)是電源電壓沒(méi)有調(diào)到5V，調(diào)回5V后，用萬(wàn)用表檢測(cè)能檢測(cè)到1Hz和2Hz的震蕩。 2.顯示器不能正常顯示 開(kāi)始只有中間的顯示器能顯示數(shù)字，檢查接線發(fā)現(xiàn)有兩根導(dǎo)線接錯(cuò)位了，更改接線后，三個(gè)顯示器仍不能正確顯示，經(jīng)老師指點(diǎn)發(fā)現(xiàn)存在短路，顯示器七個(gè)管腳連接的電阻相接觸導(dǎo)致了短路，將其余電阻拔去，只在接地端接上電阻，顯示器能顯示，但是不變化。再次檢查后發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有將計(jì)時(shí)電路和秒脈沖發(fā)生電路相連，連好后顯示器能從0分0秒正確計(jì)時(shí)到9分59秒。 3.蜂鳴器一接上就不停地叫 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是蜂鳴器本應(yīng)接地的管腳接到了5V電源上。 七附錄 1工具及器件清單工具：剪刀、鑷子、剝線鉗 元器件清單：名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量顯示字共陰3譯碼器CC45113BCD碼計(jì)數(shù)器CC45181四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1612分頻器CC40601D觸發(fā)器74LS741非門(mén)CC40691二入與非門(mén)74LS002四入與門(mén)74LS215二入或門(mén)74LS321晶振32768Hz1三極管（NPN