數(shù)字定時器資料

1、北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文） 1北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文）第 1 章 1.1 設(shè)計目的1、學(xué)習(xí)掌握電子技術(shù)基礎(chǔ)知識和具體電路設(shè)計能力；2、熟練掌握 EDA 仿真的使用方法；3、增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力和遇到各種問題后尋找問題原因、解決問題的能力。1.2 設(shè)計要求1、計時顯示范圍要求自 00 時 00 分 00 秒到 23 時 59 分 59 秒；2、具有校時功能，可對小時、分、秒分別進(jìn)行校準(zhǔn)；3、要求預(yù)選時刻到達(dá)時被控對象連續(xù)響次，即響 1 秒停 1 秒。10 秒，蜂鳴器在 10 秒內(nèi)斷續(xù)鳴叫 5第 2 章 2.1 工作原理數(shù)字定時器由振蕩電路、分頻電路、計時電路、數(shù)碼管顯示電路、校時

2、電路和鬧鐘電路組成。由振蕩電路產(chǎn)生 2Hz 的方波信號，經(jīng)分頻器產(chǎn)生 1Hz 和 0.5Hz 的信號，其中計時電路用 1Hz 0.5Hz 2Hz 與 1Hz 信號。計時電路使用的是 6 片 CD4518 和 5 片 CD4028 ，分秒計數(shù)器為 60 進(jìn)制，時計數(shù)器為 24 進(jìn)制，CD4028 輸出進(jìn)位脈沖給下一位的 CP 端。當(dāng)計數(shù)器滿 24 小時時，輸出清零信號給各計數(shù)器完成清零，重新計數(shù)。校時電路由些門電路組成，鬧鐘電路由門電路和蜂鳴器組成。CD4015 與一2.2 分部設(shè)計與仿真2.2.1 振蕩電路振蕩電路可用 555 定時器與 RC 組成的電路實現(xiàn)，如圖 2-1 所示。2北京理工大學(xué)

3、本科生課程設(shè)計（論文）圖 2-1 555 定時器 RC振蕩電路OUT管腳輸出的即為 2Hz的方波信號。2.2.2 分頻電路因為需要用到 1Hz與 0.5Hz的方波信號，所以把 74LS160 設(shè)計成分頻器，把振蕩電路 2Hz的信號接到 CLK管腳，則其 QA端輸出的為 1Hz方波信號， QB端輸出的為 0.5Hz方波信號，電路如圖 2-2所示。圖 2-2 分頻電路3北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文）2.2.3 計時電路計時電路由 6片 CD4518 和 5片 CD4028 CD4518 負(fù)責(zé)計數(shù)，CD4028負(fù)責(zé)進(jìn)位。秒的個位的輸出作為第一片 CD4028 的輸入，因為秒的個位是 10進(jìn)制，所

4、以第一片 CD4028 的 00 端接秒的十位所對應(yīng) CD4518 的 CP 作為第二片 CD4028 的輸入，因為秒的十位是 6 進(jìn)制，所以第二片 CD4028 的06 端接分的個位所對應(yīng) CD4518 的 CP 端，以此類推。最后秒的個位所對應(yīng)CD4518 的 CP 接 1Hz 方波信號。分、秒的個位對應(yīng)的計數(shù)器清零端接低電平，十位對應(yīng)的計數(shù)器清零端接由低電平和前一位進(jìn)位信號的或門， 時的清零端接十位 B 端口和個位 C 端口的秒的 60 進(jìn)位后清零以及時的 24 2-3 所示。圖 2-3 計時電路2.2.4 數(shù)碼管顯示電路將 CD4518 的輸出接譯碼器 74LS48 的輸入，數(shù)碼管使用

5、的是共陰極 7 段數(shù)碼管，將 74LS48 的輸出與數(shù)碼管一一對應(yīng)連接即可。如圖2-4 所示。4北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文）圖 2-4 數(shù)碼管顯示電路2.2.5 校時電路校時電路主要使用的芯片為移位寄存器CD4015 ，以達(dá)到“計時校時CD4015 的輸出 Q0Q1Q2Q3校分校秒計時”的循環(huán)。通過門電路使在“000010000100001000010000”間循環(huán)，其中， 0000代表暫停， 1000 代表計時， 0100 代表校時， 0010 代表校分， 0001 代表校秒。如圖 2-5 所示。圖 2-5 狀態(tài)循環(huán)電路校秒部分，將 Q3 和 2Hz 信號與， Q0 和 1Hz 信號與

6、，兩者或，接秒個位對應(yīng) CD4518 的 CP 端即可完成秒的校時功能，如圖 2-6 所示。5北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文）校分部分，將 Q2 和 2Hz 信號與， Q0 和秒的十位進(jìn)位信號與，兩者或，接分個位對應(yīng) CD4518 的 CP 端即可完成分的校時功能，如圖 2-7 所示。校分部分，將 Q1 和 2Hz 信號與， Q0 和分的十位進(jìn)位信號與，兩者或，接時個位對應(yīng) CD4518 的 CP 端即可完成時的校時功能，如圖 2-8 所示。圖 2-6 秒校時電路圖 2-7 分校時電路圖 2-8 時校時電路2.2.6 鬧鐘電路預(yù)定時間假設(shè)為 7 點(diǎn) 05 分，到達(dá)此時間后，蜂鳴器在 10 秒

7、內(nèi)響停 5 次，因此需要一個 0.5Hz 的方波信號和譯碼信號與后給蜂鳴器。將時的個位的ABC端口接與門，即 0111=7 點(diǎn)時輸出高電平，將分的個位的 AC 端口接與門，其輸出和 B 的非再接與門，即 0101=5 分時輸出高電平，將秒的十位的 AB 端口或門，6北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文）其輸出和 C 端口接或非門， 即 0X 秒時輸出高電平而 10 秒后輸出低電平， 最后將之前所有的輸出接與門，并和 0.5Hz 信號與門后接蜂鳴器，這樣就實現(xiàn)了 7點(diǎn) 05 分時蜂鳴器響 10 秒，并且是響 1 秒停 1 秒。鬧鐘電路如圖 2-9 所示。圖 2-9 鬧鐘電路2.3 總體電路圖圖 2-

8、10 總體電路由右上角的 555 定時器 RC 振蕩電路給出 2Hz 1Hz7北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文）和 0.5Hz 信號。右下角為 CD4015 搭建的狀態(tài)循環(huán)電路，即按動開關(guān)可以使數(shù)字定時器在“計時校時校分校秒暫停計時” 這幾個狀態(tài)中循環(huán)， 并且因為有與門鎖存進(jìn)位部分，校時時不會產(chǎn)生進(jìn)位，只有計時時才有進(jìn)位。左上 6 片 CD4518 、5 片 CD4028 和 6 片數(shù)碼管構(gòu)成計時電路和顯示電路，時、分、秒的個位 CP 端由校時部分提供，十位 CP 端由個位進(jìn)位信號提供，從而構(gòu)成滿足要求的計時電路。計時電路右側(cè)的邏輯門電路部分為鬧鐘電路， 通過對時的個位、分的個位、秒的十位各個

9、輸出端口進(jìn)行邏輯門控制，完成秒的要求。7 點(diǎn) 05 分蜂鳴器響停 5 次共 10第 3 章 3.1 遇到的問題在仿真階段，我們組用的都是 74LS160 為主體搭建的電路，而進(jìn)行硬件實驗的第一天， 實驗室沒有足夠的 74LS160 芯片，所以我們組的仿真方案無法實現(xiàn)，于是我們臨時改用了 CD4518 和 CD4028 ，一邊設(shè)計一邊連線，有不明白的地方請教了其他組的同學(xué)，最終完成了這部分電路的改動。硬件實驗過程中，老師說 555 定時器提供的信號不穩(wěn)定，要求用晶振產(chǎn)生方波信號，于是在查閱資料后，我們完成了對振蕩電路部分的改動，使用32768Hz 晶振來產(chǎn)生實驗所需信號。另外在仿真時，我們用了

10、6 個開關(guān)來對時、分、秒的十位和個位分別進(jìn)行校時控制，但是硬件實驗時被老師否決了，因為開關(guān)過多不切實際。之后我們組在請教其他組同學(xué)后用了 CD4015 來達(dá)到校時目的。最后我們組有一個問題一直沒有解決， 就是校時的時候時部分的 24 清零，我們組出現(xiàn)了 23 后直接跳到 10 發(fā)現(xiàn)沒有連接錯誤，更換了芯片，發(fā)現(xiàn)問題依然存在，更換了芯片在面包板的位置也沒有解決問題。在請教郝老師后，確認(rèn)我們的原理是對的，經(jīng)過1 天多對這個小問題的檢查，我們也沒有找到問題的原因，是此次課程設(shè)計的一個遺憾。3.2 實驗結(jié)果8北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文）根據(jù)仿真電路和之后硬件實驗過程中遇到的問題，我們分塊搭建了電

11、路，最后將計時、校時、晶振、鬧鐘電路連成整體，除了上面提到的那個未解決的小問題，其他功能都能很好的實現(xiàn)。實際連線如圖3-1 所示。圖 3-1 硬件實驗連線圖3.3 實驗器材使用情況74LS16074LS32 20PF 電容導(dǎo)線若干9北京理工大學(xué)本科生課程設(shè)計（論文）第 4 章 這次電子技術(shù)課程設(shè)計主要運(yùn)用的都是數(shù)電、模電的知識，我們組選的題是關(guān)于數(shù)電的，因此，我們在設(shè)計之前，對數(shù)電的知識進(jìn)行了一定的復(fù)習(xí)，如各個芯片的管腳功能，進(jìn)位、清零方法等等。數(shù)字定時器的電路設(shè)計比較復(fù)雜，和之前的數(shù)電實驗相比難度大了很多，在設(shè)計仿真的時候，要考慮的東西多了，導(dǎo)線也很密，需要我十分細(xì)心并且有耐心。仿真很成功，

12、但是硬件實驗的時候卻出現(xiàn)了實驗器材不同、實際情況不同需要修改電路等情況， 這考察了我們的臨時應(yīng)變能力， 同時也讓我們認(rèn)識到，設(shè)計一個產(chǎn)品不僅僅要達(dá)到要求，更要切合實際，做到精益求精。我們組在課程設(shè)計過程中也遇到了不少的問題， 面對問題，我們沒有放棄，而是從各個方面仔細(xì)尋找，解決了絕大多數(shù)問題。然而，到最后驗收，我們?nèi)杂幸粋€小問題沒有解決，就是校時時的24 清零，我們的電路在校時時，到了23 后不是清零，而是跳到了 10，為了解決這個問題，我們兩個人差不多檢查了 1 天多的電路。先是從原理方面，經(jīng)過多次確認(rèn)邏輯門等線路是沒有問題的，再從導(dǎo)線連接方面， 我們倆輪流排查了幾次， 發(fā)現(xiàn)沒有接錯、接觸不良的問題，然后換了芯片和芯片在面包板的位置，依舊不能解決。經(jīng)老師提示，我們用表筆進(jìn)行了測量， 發(fā)現(xiàn)芯片清零端會強(qiáng)制產(chǎn)生低電平， 而那個端口之前是不接導(dǎo)線的。這個問題困擾了我們很久最后也沒解決，是這次課程設(shè)計的一