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1、1南京理工大学电工电子综合实验（II）实验报告姓名： 学号： 学院： 专业： 指导老师： 2目录一、实验内容3二、设计原理 3分部原理图 41.脉冲信号发生电路42.计时与显示电路 43.校分电路 54.清零电路 65.报时电路 7整体原理图 8三、遇到的问题及解决方法 9四、实验体会 9五、附录 101.元件清单 102.芯片引脚图和功能表113.参考文献 123一、实验内容1、设计一个脉冲发生电路，为计时器提供脉冲、为报时电路提供驱动蜂鸣器的1HZ脉冲信号。2、设计计时电路，完成 0分00秒9分59秒的计时功能。3、设计清零电路，具有开机自动清零功能，并且在任何时候，闭合清零开关，可以进行
2、计时器清零。4、设计校分电路，在任何时候，闭合校分开关，可进行快速校分。5、设计报时电路，使数字计时器从9分53秒开始报时，每隔两秒发一声，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1KHZ），9分59秒发高音（频率2KHZ）。二、设计原理数字计时器由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路、校分电路、清零电路和报时电路这几部分组成。其原理框图如下：显 示 器秒 十 位 译秒 十 位 计 数秒 十 位 计 数显 示 器秒 个 位 译秒 个 位 计 数校 分 二 分 频显 示 器分 个 位 译秒 十 位 计 数分 个 位 计 数清 零报 时振 荡 器进 位图1：数字计时
3、器原理框图数字计时器以一个标准频率（1Hz）进行计数，实验使用了石英晶体振荡器构成脉冲发生电路以保证其准确与稳定。为使电路更加简单，使用 CD4518 对计时器的秒个位和分十位进行计数，用 74LS161 构成模六（六进制）计数器实现对秒的十位进行计数。利用计数器的异步清零端，通过简单的电路使电路具有4开机清零功能和随时清零功能。利用校分电路，校正分时刻的数字，并可以利用校分先于蜂鸣电路来节省时间。分部原理图：1.脉冲信号发生电路振荡器是数字时钟的重要组成部分。石英晶体振荡器提供的脉冲频率为32768Hz（=2 15Hz） ，而分频器 CC4060 的最大分频系数是 214，因此两者组合最小可
4、提供 2Hz 的脉冲信号，为得到秒脉冲信号，还需经过一个二分频器件（由 D触发器 74LS74 实现） 。同时分频器还能为蜂鸣器提供 1KHz 和 2KHz 的脉冲信号。图2：脉冲信号发生电路图2、计时与显示电路计时电路钟的计数器为该实验的核心部分。（1） 计数：CC4518 为模十的计时器，可以对“秒个位”和“分位”进行计数，由于“秒十位”为 1 至 5 的数字，故用 74LS161 构成模六（六进制）计数器实现计数。将其 QA 和 QC 通过与非门与同步置数端连接，当“秒十位”变成 0101 时，在下一个脉冲时变成 0000，从而完成模六计数。（2） 进位：秒个位进给秒十位：通过 74LS
5、161 的计数功能即当 、 、 、 为高CrLD0S1电平时，CP 端输入上升信号实现计数。这里将秒个位的 1QD 接一个非门然后输入到 2CP 端，当秒个位由 1001 变为 0000 时，1QD 将输送一个下降信号，再5通过非门便产生了上升信号，实现了秒个位给秒十位的进位。秒十位给分位：通过 CC4518 的一个计数功能即当 Cr 和 CP 端接低电平，EN 端输入下降信号实现计数。这里将 74LS161 的 2QC 端与校分电路的两个与非门相连，当秒十位由 0101 变为 0000 时，2QC 产生了一个下降信号，经过两个与非门仍然是下降信号，输入到 3EN 端即可进行 CC4518 的
6、计数，实现了秒十位给分位的进位。（3） 译码器可以采用 CC4511 通过 300 电阻(采用电阻一般 350 到 1000 欧姆) 来驱动共阴极显示器，将分和秒的个位、十位分别在七段数码显示器上显示出来。图 3：计时与显示电路3.校分电路先引入一个开关方便调控。开关断开时，B 点电位为高电位，上面的非门 U4B 输出“0” ， 与非门U2A 被封锁。而下面的 U5A 选通，秒十位产生的进位脉冲送到分位计数器的EN 端。开关闭合时，B 点电位为低电位，下面的 U5A 输入“0” ，则输出“1”被封锁。而上面的非门 U4B 输出“1” ，与非门 U2A 被选通，输出校分信号，输6入到分位计数器的
7、 EN 端。图 4：校分电路4.清零电路引入开关方便调控。开关闭合时，A 点为低电位，U7A 输出高电位，U7B 输出低电位，则 3 个计数器都能实现清零。开关断开时，个个电位与闭合时相反，正常计数。 图 5：清零电路75.报时电路根据要求，当电路在 9 分 53 秒、9 分 55 秒、9 分 57 秒发低音，9 分 59 秒发高音，易知，当分个位 4518 输出 1001，秒十位 74LS161 输出 0101，秒个位4518 输出 0011、0101 或 0111 时发低音，输出 1001 时发高音。由上述条件画出卡诺图后可得，将 3Q4、3Q 1、2Q 3、2Q 1同时为“1” （与运算
8、）作为公共选通信号，1Q 21Q1、1Q 31Q1、1Q 31Q21Q1其中一个为“1” （与或运算）后的信号，通过运算可得 1Q21Q1+1Q31Q1+1Q31Q21Q1=1Q1（1Q 2+1Q3+1Q31Q2）=1Q1（1Q 2+1Q3） ，即将 1Q1（1Q 2+1Q3）的信号作为低音的另一选通信号，1Q 41Q1相与的信号作为高音的另一选通信号。图 6：报时电路8整体原理图：图 7：总电路该总电路图采用与实际面包板上相同的摆放方式和布线结构。为方便仿真分析和检查错误，一目了然，将各个分部电路用不同颜色表示了出来：红色：高电平电源线黑色：地线深蓝色：脉冲信号发生电路绿色：计时与显示电路紫
9、色：校分电路黄色：清零电路浅蓝色：报时电路9三、遇到的问题及解决方法问题 1：在我接好了脉冲发生电路后，发现并没有产生 1Hz 的震荡现象解决方法：将万用表调至 10V 档，黑表笔接地，红表笔逐步检查，发现振荡器电路和 CC4060 输出端都有电压的左右摇摆现象（震荡） ，而 D 触发器 74LS74输出端 Q 却没有显示，这样就确定了是 D 触发器出了问题。检查接法，发现由于预习时在 Multisim 中的仿真图中 74LS74 并没有 端和 ，预习时没有考虑SR到，所以接线时漏接了。接上后，立刻产生了 1Hz 的震荡现象。问题 2：在我接好了报时电路后，发现发出了 4 声低音，而不是前三声
10、低音，最后一声高音。解决方法：在我检查完 1kHz 和 2kHz 的输入线后，并未发现问题，然后我对我的报时电路接线抱有足够的自信，我并没有一个个检查管脚接法，而是向旁边同学换了个蜂鸣器，发现发声正常了，果然是蜂鸣器的问题，灵活的变通节省了我大量的检查时间。四、实验体会本次实验由于有着扎实数字逻辑电路理论基础和充分的预习，加之较强的动手能力和沉着的心态，这次实验进展很顺利，没遇到太多问题，较早的完成了设计要求的电路，实现了其功能。下面我按照实验前、实验时和实验后的时间顺序叙述一下这次实验的体会和经验。实验前我将原理图画在了纸上，而并没有将接线画出来，因为接线时只需要知道哪个芯片的哪个管脚接另一
11、个芯片的哪个管脚。这样一目了然，省去了大量的导线和寻找接法的过程。大大节省了时间。CC4518 芯片与 Multisim 中的有点区别，是上下两部分都可以使用的，一片能实现两个计数，所以在实际接线中，我将秒个位和分位计数在一块芯片上实现，节省了空间和芯片。实验开始时，刚拿到面包板，先接电源线、地线，按照事先画好的线路图在指定位置插上芯片，然后给芯片供电。面包板上长条的接线载条中间是断开的，一定要将其连接起来，这个问题在我做完后指导很多同学时很常见。在最开始接线时，我特别注意了将电源线用红色线，地线用黑色线，并将这些线和一些不常挪动的线如输入线、输出线挑选适当长度紧贴面包板平行布线，不仅美化了整
12、体感观，而且使得线路变得清爽，不影响之后的接线。使用导线的两端用剪线钳剪出 1 厘米左右的长度，这样插在面包板上才能牢固，之后接线时也不至于被手碰到以至于接触不良。关于接线的顺序，我先将分部电路逐个连好线，依次安装了脉冲电路，计时电路，显示电路，校分电路，清零电路和报时电路。接好一部分后便检查是否正常工作，若有问题，再进行接线检查或是芯片检查。其中，清零电路和报时电路是辅助功能电路，与正常计数显示无关，所以可以最后再接，以免线太10多不方便检查。在整体接好电路后遇到问题不能焦躁，特别是线较多的情况，要按电路划分逐步逐步检查错误。实验后，我并没有担子一撂，将实验抛之脑后，而是利用这次宝贵的实验机
13、会，认真分析总结实验前后遇到的问题，体会，梳理巩固了掌握的知识，加深了印象。这次实验，我学到了很多，加深了对计时报时电路的理解，更加熟悉了面包板的使用和细节上的使用事项，接线的过程和检查错误的过程锻炼了我的耐心，更培养了我认真仔细的态度，这次实验，我受益匪浅。最后，对实验中老师的悉心指导和同学们的热心帮助表示衷心的感谢！五、附录1.元件清单元器件 规格 数量晶体振荡器 32768 1分频器 4060 1译码器 CD4511 3CD4518 1计数器 74LS161 1D 触发器 74LS74 1二四与非门 74LS00 2四二与门 74LS21 2二四或门 74 LS32 1六非门 CC406
14、9 1共阴数码管 3蜂鸣器 122M 110K 2电阻300 2100uf 110pf 1电容20pf 2电源发生器 WYS 0-30V/2A*2 1三用表 1镊子 1剪刀 111剥线钳 1导线 若干2.芯片引脚图和功能表CC4518 逻辑功能表输入 输出Cr CP EN DQCBQA清零 1 0 0 0 0计数 0 1 BCD 码加法记数保持 0 0 保持计数 0 0 BCD 码加法记数保持 0 1 保持1274LS74 逻辑功能表输入 输出CP DRDS NQ1N清零 置“” 送“” 送“” 保持 保持不允许 不确定74LS161 逻辑功能表参考文献：1 CD4511 功能表如下：输 入
15、输 出LTBILE D C B A g f e d c b a 字符测灯 0 X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8灭零 1 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐锁存 1 1 1 X X X X 显示 LE=01 时数据1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 11 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 21 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 31 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 41 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 51 1 0 0 1
