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1、电子电工综合实验（II）实验报告 数字计时器设计 学 号: 913101140321姓 名： 大桥洪水专 业：电子科学与技术指导老师： 丁淑艳日 期： 2015年9月12日 摘 要本实验采用中小规模集成电路实现一个简单的数字计时器。数字计时器是由脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，校分电路、清零电路、报时电路等几部分单元电路组成。该数字计时器，可以完成0分00秒-9分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下具有开机清零、手动清零、快速校分、整点报时功能。关键词:脉冲信号发生电路、计时电路、报时电路、校分电路、清零电路英文摘要Inthisexperiment,weusemedium-sizedi
2、ntegratedcircuittoachieveasimpledigitaltimer.Thedigitaltimeriscomposedofseveralunitcircuits,suchasthepulsegeneratingcircuit,timingcircuit,decodingdisplaycircuit,calibratedcircuit,clearcircuitandclockcircuit.Thedigitaltimercantimewithin9minutesand59secondsandwiththecontrolcircuit,ithasthefunctionofbo
3、otreset,manualreset,fastcalibrationpointsandhourlychime. Keyword：Pulse signal generating circuit Timing circuit Timekeeping circuit Clear circuit 目录一、 设计要求说明 2二、 方案论证2三、 各子模块，设计原理及其电路图31. 秒脉冲发生电路32. 计时器电路43. 译码显示电路64. 清零电路65. 校分电路76. 报时电路8四、 实验感想101.实验中遇到的问题及解决问题的方法102.实验的收获与感受103.期望及要求11五、 附录 121.工
4、具及器件清单122.各元件引脚图及功能表13六、 参考文献15一、 设计要求说明1. 设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲，为报时电路提供驱动蜂鸣器发声的脉冲信号；2. 设计计时和显示电路，完成0分00秒至9分59秒的计时和显示功能；3. 设计清零电路，具有开机自动清零的功能，并在任何时候，按动清零开关，就可以实现计时器清零；4. 设计校分电路，在任何时候，按下校分开关，可以进行快速校分；5. 设计报时电路，使数字计时器从9分53秒开始报时，每隔2秒发一声，共发三声低音，一声高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率为1KHz）,9分59秒发高音（频率为2KHz）；6. 系统级
5、联调试，将上述电路进行级联完成计时器的所有功能；7. 可增加数字计时器附加功能，例如数字计时器定时功能、电路启停功能、电路采用动态显示功能。二、 方案论证数字计时器是由脉冲发生电路、计时和显示电路、清零电路、校分电路和报时电路和其它附加电路等几部分组成的。电路由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等元件构成。电路由石英晶体提供频率，然后通过分频器可以得到电路所需的不同频率；电路要实现0分00秒-9分59秒的计时和显示功能，所以由三个计时器分别计时，分位、秒十位、秒个位，然后再通过译码器，由LED数字显示管显示出来。清零电路实现开机清零和任意时刻选择清零，通过逻辑门与计时器连接，从而实现清零。
6、校分电路实现快速校分，只要将分计数器的频率调快等操作即可实现。报时电路是实现9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率为1KHz）,9分59秒发高音（频率为2KHz），通过蜂鸣器和一些逻辑门实现。 三、 各子模块，设计原理及其电路图1. 秒脉冲发生电路l 所用器件：32768Hz晶振、22M电阻、20PF电容、10 PF电容、CD4060、74LS74。l 原理: 秒信号发生器提供计时电路的时钟并为报时电路提供驱动信号。为提供较为精确的秒脉冲信号，采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。分频器CD4060最高可实现214分频，即最低频率端Q14的脉冲信号频率为2Hz，因此增加
7、一个D触发器实现的倍频器来产生1Hz的秒脉冲信号。将D触发器的端与D端扭接在一起实现倍频器，则Q端的输出信号即为1Hz的秒脉冲信号。报时电路所需要的1KHz，2 KHz的脉冲信号由4060的管脚Q4和管脚Q5提供。l 原理图： 2. 计时器电路l 所用器件:4518、74LS161、74LS00、CC4511、CC4069、300电阻、LED数码显示管。l 原理：该电路是本实验基础电路中的关键电路，由分计数器、秒十位计数器、秒个位计数器构成。分计数器和秒位计数器直接用CD4518BCD码计数器实现十进制计数功能；秒十位计数器为六进制计数器，将74LS161做成一个从00000101的模六计数器
8、实现。连接时，秒脉冲电路产生的秒脉冲信号送入秒个位计数器（CD4518A）的EN端，秒个位单元中的输出1Q4通过一非门接入74LS161的时钟端作为时钟信号完成个位与十位的级联（接非门是因为161的CLK是上升沿触发，而1Q4在90的跳变时是下降沿 “1001”“0000”）。做秒十位记数时，用反馈置位法，2Q1和2Q3通过一与非门接入置数端同时数据输入端均接地，实现模六功能。将计数位2Q3作为驱动信号送入分计数器（CD4518B）的EN端，则数字计数器整体的计数功能即可实现。l 原理图：3. 译码显示电路l 所用器件：3个300欧姆电阻，3个LED共阴极显示器。l 原理：显示电路采用三片CD
9、4511显示译码器和三个七段共阴LED显示管，电路从0分00秒计到9分59秒，译码显示电路用三片四线七线译码器CD4511进行译码，然后用共阴极七段LED数码管进行显示。CD4511的输入端应与相应计数器的输出相连，而它的输出端应与数码管的管脚对应相连，而每个数码管对应接地管脚与地线还应连接一个300欧姆的电阻，起保护作用。l 原理图：4. 清零电路l 所用器件：CC4069、10K电阻、22F电容。l 原理：该电路具有开机清零和控制清零功能。其中秒个位和分位的清零端即CC4518的管脚7和15（高电平有效）接在第一个非门之后，秒十位74LS161的清零端即管脚1（低电平有效）接在第二个非门之
10、后。刚开机时，由于电容上的电压不能突变，电容两端为低电平，经过第一个非门输出高电平，接到CC4518的管脚7和15，实现秒个位和分位的清零。在经过第二个非门输出低电平，接到74LS161的管脚1，实现秒十位的清零。按下开关后，电容被短路，第一个非门的输入端为低电平，两个非门的输出端分别为高电平和低电平，原理同上，实现控制清零功能 （异步清零）。l 原理图：5. 校分电路l 所用器件：一个10k的电阻，一个22uF的电容，一片74LS00，一片CD4069，以及直流电源。l 原理：当校分电路打到“正常”状态时，计数器正常计数；当开关打到“校分”状态时，秒个位和秒十位正常计数，分位进行快速校分，即
11、分计数器可以不受秒计数器的进位信号的控制。校分电路的工作原理是：当校分开关在高电平，与非门2被选通，与非门1被封锁，秒进位产生的脉冲送至分计数器的时钟端；当开关打在低电平时，与非门1被选通，与非门2被封锁，校分信号送至分计数器的时钟端。由于校分电路的信号直接送到分计数器的时钟端，开关的颤动产生的脉冲会导致分计数器的触发，从而影响校分功能，所以对校分开关应加一个电容器消颤。l 原理图：6. 报时电路l 所用器件：74LS21芯片、74LS32芯片、蜂鸣器。l 原理：用需要报时的时刻所对应的计数器的输出作为触发信号来驱动蜂鸣器报时，因为需要在9分53秒、9分55秒、9分57秒各报出一个低音，在9分
12、59秒报出一个高音。具体设计过程如下：将各时刻各位对应的二进制码作如下图的比较：时间（DEC）分位（BIN）秒十位(BIN)秒个位（BIN）9:531001010100119:551001010101019:571001010101119:59100101011001a) 将秒个位的3（0011）、5（0101）、7（0111）取或，通过卡诺图的化简可得应该从秒个位取1Q1（1Q2+1Q3）b) 将1中所得结果和分位的9（1001）与再和秒十位的5（0101）与，所得的结果和1KHz的信号与就可得到在9分53秒、9分553秒、9分57秒报出低音的驱动信号。c) 将分位的9（1001）和秒十位的
13、5（0101）与再和秒个位的9（1001）与再和2KHz的信号与就得到在9分59秒报出高音的驱动信号。d) 将2和3中得到的信号取或，就可以得到最终的报时驱动信号。l 原理图： 四、 实验感想1. 实验中遇到的问题及解决问题的方法问题：我在连接第一部分时钟电路时总是不能在数码管上看见现象，第一部分1Hz信号总是不对，反复检查电路没有问题。方法：用万用表的电压档依次检查线路，后来发现是面包板出现问题，所以在实验的是要一步一步来每一步都要检查结果是否正确，免得最后检查非常辛苦。问题：在接完清零电路后发现我的电路是断开清零闭合不清零。以及开机清零无法实现的。方法：自己重新检查了一遍电路图，找出了不确定的地方，再找同学讨论了一下，发现自己的电路图有错误，做了及时的修改。2. 实验的收获与感受这次实验我花了一天的时间，速度与质量我认
