多功能数字计时器+++电子[1].doc

南京理工大学紫金学院 2008年冬季电工电子综合实验报告 多功能数字计时器的设计 姓 名： 鲍辰 学 号： 060601102 院 系： 紫金学院 计算机系 指导教师： 王玉珏 实验时间： 2008.12.222008.12.26 目 录一.设计电路功能要求-1二.电路设计原理框图-1三.电路逻辑原理图及工作原理-2四.各单元电路原理及逻辑分析与设计-2五.电路安装与调试说明-7六.对电路的改进意见-7七.收获体会及建议-7八.设计参考资料 -7一、 设计电路功能要求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的脉冲信号2 设计计时电路*完成0分00秒9分59秒的计时功能3 设计报时电路*使数字计时器从9分53秒开始报时，每隔一秒发一声，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（频率1KH），9分59秒发高音（频率2KH）4 设计校分电路 *在任何时候，拨动校分开关，可进行快速校分5 设计清零电路 *开机自动清零 *在任何时候，按动清零开关，可以进行计时器清零二、 电路设计原理框图译 译码显示译码显示译码显示分计数秒十位计数数秒个位计数校分电路秒信号源分频器清零电路报时电路 图2.0三、 逻辑原理图 图3.0四、 各单元电路原理及逻辑分析与设计4.1秒脉冲发生电路4.1.1功能描述：为整个系统提供脉冲信号。4.1.2工作原理：由于晶体振荡器的突出优点是有极高的频率稳定度，多用于要求高精度时基的数字系统中，所以脉冲电路由32768Hz晶体片构成的振荡器产生信号，经过14位二进制串行计数分频器CD4060分频，由管脚3产生2Hz信号分别给校分电路，计时电路和起停电路（给计时电路的信号是经过双上升沿D型触发器74LS74进行二分频后产生的1Hz信号）4.1.3所用器件：32768Hz晶体管、22M电阻、20PF电容、10PF电容、CD4060、74LS744.1.4电路原理图：图4.14.2计时电路4.2.1功能描述：实现计时、译码、显示及秒个位到秒十位的进位功能。4.2.2工作原理：该电路分为秒个位、秒十位和分位。秒个位和分位用双BCD同步加计数器CD4518计数；秒十位用四位二进制同步计数器74LS161计数。秒个位、秒十位和分位都用BCD七段译码器4511译码，用LED数码显示管显示。CD4518的管脚10接收1Hz秒脉冲信号,CD4518开始计数，输出BCD码信号到CD4511，译码后接到LED数码显示管显示09。当CC4518计数计到9(1001)时转为0(0000)，CD4518的管脚14由“1”转为“0”，形成下降边沿，经六反相器CC4069后变为上升边沿输入74LS161的管脚2，74LS161开始计数，实现了秒个位到秒十位进位的功能。当74LS161计数计到5(0101)时，74LS161的管脚12、14同时为“1”，经过与非门74LS00后输出“0”，接到74LS161的管脚9,则74LS161置数，将其管脚3、4、5、6接地，则管脚11、12、13、14输出“0”，74LS161从0开始重新计数。将74LS161四输出端11、12、13、14接到译码器CD4511译码后通过LED数码显示管显示05。秒十位到分位的进位由校分电路实现（见校分电路）。分位的译码、显示的实现同秒位。4.2.3所用器件：CD4518、74LS161、74LS00、CD4511、CD4069、300电阻、LED数码显示管4.2.4电路原理图：图4.24.3设计报时电路4.3.1功能描述：实现报时功能。在9分53秒、9分55秒、9分57秒发三声低音，在9分59秒发一声高音。4.3.2工作原理：当秒十位为“5”，分位为“9”时，74LS161的12、14端和CD4518的3、6端都为“1”，所以此时最左边的74LS21输出“1”。74LS32的两个输入端分别接1Q2和1Q3，当秒个位为28时，1Q2和1Q3至少有一端为“1”，故此时74LS32输出“1”。图中上面一个74LS21的四个输入端分别接秒个位计数器CD4518的11、14端（即1Q4和1Q1）、2Hz信号和左边74LS21的输出端，当秒个位为“9”时1Q1和1Q4为“1”,即仅当整个系统计数至9分59秒时，高频信号2KHz接入蜂鸣器，使其发一声高音。图中下面一个74LS21的四个输入端分别接1KHz信号，左边一个74LS21的输出端，74LS32的输出端和秒个位计数器CD4518的1Q1端，即仅当整个系统计数至9分53秒、9分55秒、9分57秒时，低频信号1KHz接入蜂鸣器，使其发出三声低音。4.3.3所用器件：74LS21、74LS32、蜂鸣器4.3.4电路原理图：图4.34.4设计清零电路4.4.1功能描述：该电路具有开机清零和控制清零功能。4.4.2工作原理：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4069输出高电平，接到CD4518的管脚7和15，实现秒个位和分位的清零。经过第二个4069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4069的输入端为低电平，两个4069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（用的是异步清零）。4.4.3所用器件：CD4069、10K电阻、22F电容、开关4.4.4电路原理图：图4.44.5设计校分电路4.5.1功能描述：实现快速校分及秒个位到分位的进位功能。4.5.2工作原理：开关打开时，与非门2的输入为“1”和74LS161的QC端，输出为QC的非。与非门1的输入为“0”和2Hz，输出为“1”，则与非门3的输出为QC，当秒十位由“5”变为“0”时，QC由“1”变为“0”，即给CC4518提供了一个下降沿触发信号，使其工作，从而实现了秒十位到分位的进位功能。开关闭合时，电容短路，与非门2的输入为“0”和74LS161的QC端，输出为“1”。与非门1的输入为“1”和2Hz。则与非门3的输出为2Hz,2Hz信号被送到分位，从而实现快速校分功能。4.5.3所用器件：74LS00、CD4069、10K电阻、22F电容、开关4.5.4电路原理图：图4.5五、 电路安装与调试功能由于准备充分，电路图设计较为合理，所以在实验过程中比较顺利。计时器、脉冲发生电路、清零电路都是一次连成功的。但是当我连好校分电路和报时电路时，问题出现了。校分电路：按照自己设计的电路图第一次连好后，没有正常的现象，以为是做实验过程中有疏忽插错线，便又连了一次，仍然不对。最后只能再回到自己的设计图上，仔细检查，分析原理，发现是自己把原理搞错了。由于当74LS161的输出由1001变为0000时4518加一，因此我用的是4518的下降沿触发有效。经检查发现74LS161的QA和QC经过与非门送到4518的输入端，所以在161由1001变为0000时，4518的输入端是由低电平变为高电平，所以应该用上升沿有效。发现问题，立即改正，校分电路很快就可以正常工作了。报时电路：报时电路的问题完全是自己的粗心导致 的。当分位为9的时候才有可能报时，而我却由于粗心，将1001错连成了1010。我所设计的电路，分位最大为9，是不会到达10的，所以我的电路在问题没检查出来之前就没响过。开始以为是喇叭出问题了，但换了器件依然毫无起色。无奈之下只有耐心检查，这才发现是这一孔之错让我浪费了好长时间。当分位改成9后，电路立即一切正常了。六、 对电路的改进意见可以在电路中再加几个与非门等器件，将计时器与报时电路更加紧密的联系起来，使这个数字计时器可以在正分报时。七、 收获体会及建议通过本次实验，是我们巩固了上学期所学习的模拟电子技术和数字电路这两门课程。使我觉得我们学的不仅仅是理论上的知识，不是纸上谈兵，而是可以学以致用的，这提高了我们对课程的兴趣。我们根据实验要求设计电路，理解电路，自己通过查找资料，了解各种元器件的功能。让我们学会主动去利用资源，不在是被动的学习。这次实验让我感触最大的是不管做什么都要有耐心，不能着急。无论难易程度如何，我们都应该小心谨慎。因为我就是犯此错误，使我的进度慢了下来。前几天，我不仅不慢只作好了计时电路、脉冲发生电路和清零电路。慢工出细活，我的电路做得还不错。可还剩下一两天时间，我就有点着急，就开始提高速度，但这却并不是一件好事。以为我们的电路不会出现什么状况，便有点漫不经心，同时心理又着急，就开始有些手忙脚乱。因为我就是太着急才会插错线的，浪费了我将近两个小时。在实验中，让我们自己发现问题，解决问题。这培养了我们在短时间内综合自己所学的知识，处理问题的能立。我的校分电路在实验中发现是错误的，通过自己的思考独立解决了这一问题，提高了我们的自信心。八、 设计参考资料数字电路 蒋立平 编著 兵器工业出版社附录附录A 器材清单 名称型号数量二入与非门74LS002个D触发器74LS741个四入与门74LS212个二入或门74LS321个四位二进制计数器74LS1611个BCD码计数器CD45181个分频器CD40601个译码器（驱动共阴）CD45113个非门CD40691个电容10pF1个20pF1个33uf/16V1个电阻1K 1/8W21个10K 1/8W4个22M 1/8W1个470 1/8W1个晶振32768Hz 1个开关带锁1个不带锁1个蜂鸣器1个数码管共阴极（5V）红色3个三极管80501个剥线钳1个面包板1个尖嘴钳1个斜口钳1个镊子1个万用表1个导线若干附录B芯片管脚排列图： 分频器 D 触发器 BCD码计数器 四位二进制计数器 二入与非门 非门 译码器 二入或门 BCD码计数器附录C 各器件功能表CD4511功能表输 入输 出LTBILEDCBAgfedcba字符测灯0XXXXXX11111118灭灯10X00000000000消隐锁存111XXXX显示LE=01时数据译码110000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015