電子電工綜合實驗-多功能數(shù)字計時器設計.doc

電子電工綜合實驗 第17頁 共17頁 數(shù)字計時器設計 實驗報告 學號：0904330122姓名：龍永剛 目 錄一實驗內(nèi)容簡介 3二實驗要求 3三實驗原理 4四單元電路設計及其電路圖 41.秒信號發(fā)生器 42.計時電路 53.清零電路74.校分電路 75.報時電路8五附加功能：起停原理及電路圖10六實驗感想 11七附錄 111.工具及器件清單 112各元件的引腳圖及功能表 133總電路邏輯圖 15（包含附加電路的總電路圖附加在報告最后）八參考文獻 15一 實驗內(nèi)容：本實驗采用中小規(guī)模集成電路設計一個由脈沖發(fā)生電路，計時電路，譯碼顯示電路，和控制電路(包括清零電路，校分電路，和報時電路)等四部分組成的數(shù)字計時器。二 設計要求：1.設計一個脈沖發(fā)生電路，為計時器提供秒脈沖、為報時電路提供驅(qū)動蜂鳴器的脈沖信號。2. 設計一個計時電路，完成0分00秒9分59秒的計時功能。3. 設計報時電路，使數(shù)字計時器從9分53秒開始報時，每隔一秒發(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）4. 設計校分電路，在任何時候，撥動校分開關，可進行快速校分。5設計清零電路，具有開機自動清零功能，并且在任何時候，按動清零開關，可以進行計時器清零。6系統(tǒng)級聯(lián)調(diào)試，將以上電路進行級聯(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)字計時器定時功能、電路起停功能、電路采用動態(tài)顯示等。三 實驗原理框圖：分顯示器分譯碼器分計數(shù)器校分電路二分頻分頻器振蕩器秒個位計數(shù)器秒個位譯碼器秒個位顯示器秒十位計數(shù)器清零電路秒十位譯碼器秒十位顯示器報時電路2Hz進位1KHz ,2KHz四 單元電路設計及其電路圖1. 秒信號發(fā)生器秒信號發(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。所用器件：32768Hz晶體管、22M電阻、20PF電容、10 PF電容、4060、74LS74。原理圖：2. 計時電路該電路是本實驗基礎電路中的關鍵電路，由分計數(shù)器、秒十位計數(shù)器、秒個位計數(shù)器構成。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)。顯示電路采用三片CD4511顯示譯碼器和三個七段共陰顯示字，電路從0分00秒計到9分59秒，譯碼顯示電路用三片四線七線譯碼器CD4511進行譯碼，而采用共陰極七段LED數(shù)碼管進行循環(huán)顯示。CD4511的輸入接到相應計數(shù)器的輸出，而它的輸出端與數(shù)碼管的相應端相連，數(shù)碼管通過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。原理圖：3. 清零電路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CC4518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）。所用器件：CC4069、10K電阻、22F電容。原理圖：4. 校分電路 當校分電路打到“正?！睜顟B(tài)時，計數(shù)器正常計數(shù)；當開關打到“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：當校分開關在“1”電平，與非門2被選通，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；當開關打在“0”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，開關的顫動產(chǎn)生的脈沖會導致分計數(shù)器的觸發(fā)，從而影響校分功能，所以對校分開關應加一個RS鎖存器構成消顫開關。原理圖：5報時電路用需要報時的時刻所對應的計數(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。具體設計過程如下：將各時刻各位對應的二進制碼作如下圖的比較：時間（DEC）分位（BIN）秒十位(BIN)秒個位（BIN）9:531001010100119:551001010101019:571001010101119:591001010110011將秒個位的3（0011）、5（0101）、7（0111）取或，通過卡諾圖的化簡可得應該從秒個位取1Q1（1Q2+1Q3）2將1中所得結果和分位的9（1001）與再和秒十位的5（0101）與，所得的結果和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。3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)動信號。4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。所用器件：74LS21、74LS32、蜂鳴器、三極管。原理圖：五 附加功能：起停原理及電路圖自動起停就是在某一個設定時刻自動停止，在設定好的一定時間后，記時又自動重新開始，在此過程中無須人工干預。此次自動起停功能具體設計為：在7分57秒自動停止5秒后又重新開始計數(shù)。根據(jù)74161的功能表，當沒到設定的停止時間時，LOAD一直是“0”信號輸入，使得在置數(shù)輸入端預置的0111置數(shù)至端，由端與1Hz求與后輸入秒個位的CP端，正常計數(shù)。直至7分57秒，“1”信號輸入LOAD，74161在1Hz的脈沖信號下，0111，1000，1001，1010，1011計數(shù)，端輸出“0”信號，1Hz的信號無法進入秒個位的信號端，正好五秒的等待，端重新輸出為“1”。完成自動起停功能。原理圖：六 實驗感想 這次試驗加深了我對課本知識的理解，這次實驗還培養(yǎng)了我嚴謹?shù)目茖W研究素養(yǎng)和堅韌的品質(zhì)。每當電路出錯，這都是對我調(diào)試能力的一次考驗。這時候，如果消極泄氣，是無法完成最后的成品的。只有用自己的耐心和毅力，加以正確嚴謹?shù)姆治龇椒?，才能一步步向成功邁進。對于這種綜合實驗，它不同于課內(nèi)實驗，沒有現(xiàn)成的東西照搬，綜合實驗從一個器件的引腳圖到整個電路的邏輯圖都要自己去準備，必要的預習是很重要的。在連線的時候，最重要的是認真仔細，防止短路和漏接。最重要的先檢測一下器件是否是好的，這次試驗中由于之前沒有檢測器件的好壞，導致線路連好后就是不能出現(xiàn)蜂鳴，最后還是檢測出來有一個74LS21是壞的，這就告訴自己，實驗前檢測器件的好壞很重要。 雖然此次實驗的原理比較簡單的，但動手的關鍵在于過程，在實際解決了設計中出現(xiàn)的問題，增強了尋找問題，解決問題的能力。該次實驗使我深深的感受到書本上的理論知識和實際是有很大差別的,所以必須經(jīng)過實踐才能真正鍛煉解決問題的能力.對于我們理工科的學生，動手能力是很重要的，特別是實驗操作能力，尤為重要，所以這次實驗是對我們能力的一次小的檢驗。七 附錄1工具及器件清單工具：剪刀、鑷子、剝線鉗、萬用表元器件清單：名稱型號數(shù)量顯示字共陰3譯碼器CC45113BCD碼計數(shù)器CC45181四位二進制計數(shù)器74LS1611分頻器CC40601D觸發(fā)器74LS741非門CC40691二入與非門74LS001四入與門74LS212二入或門74LS321晶振32768Hz1蜂鳴器1電容10p120p122u2電阻330310k222M12各元件的引腳圖及功能表引腳圖： 功能表：CC4511邏輯功能表輸入輸出DCBAgfedcBa字符測燈滅零消隱鎖存顯示LE時數(shù)據(jù)譯碼CC4518邏輯功能表輸入輸出CrCPEN清零10000計數(shù)01BCD碼加法記數(shù)保持00保持計數(shù)00BCD碼加法記數(shù)保持01保持74LS74邏輯功能表輸入輸出