电子电工综合试验——电子计时器.doc

电工电子综合试验（2） 电子计时器 姓名 学号： 班级： 电子计时器一：实验内容及要求内容：1：安装调试四位BCD码译码显示电路2：设计、安装、调试秒脉冲发生器电路3：设计、安装、调试六十进制计数器电路（分位秒位）4：设计、安装、调试整点报时电路（59分53秒、59分55秒、59分57秒报时低声，59分59秒报时高声）5：设计、安装、调试校分、清零电路。要求：校分电路要防抖动，清零电路任意状态可以清零。6：连接15各项设计电路实现一小时整点报时的电子计时器电路。要求：设计正确，布局合理，排线整齐，功能齐全。二：电路设计框图数字计时器是由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路和控制电路等几部分组成的，其中控制电路可以分为校分电路、清零电路和报时电路。其具体的原理框图如下：译码显示电路 脉冲发生电路 计时电路报时电路校分电路清零电路以下是各部分原理：1：脉冲发生电路 脉冲发生电路是为计时器提供计数脉冲的，因为设计的是计时器，所以需要产生1Hz的脉冲信号。这里采用NE555集成电路和分频器CD4040构成。555定时器不仅体积小，而且用它来构成多谐振荡器，波形稳定，上升沿和下降沿小，振幅大，占空比可调，因此越来越广泛地被用作振荡器。而后通过CD4040产生几种频率供后面使用。下面是脉冲发生电路的原理图：其中1HZ频率用于计时器电路，2HZ频率用于校分、清零电路，500HZ和1KHZ用于整点报时电路。2：计时电路计时电路钟的计数器，可以采用二-十进制加法计数器CD4518实现。60秒为1分，将分和秒的个位、十位分别在七段数码显示器上显示出来，从0分0秒到59分59秒，然后重新计数。以下是计时电路的原理图：校分电路总信号接D触发器 Q 这部分电路中上半部分对应的是分的十位和个位，下半部分对应的是秒的个位和十位。清零信号最后由清零电路统一提供。秒的个位的CP端和分的个位的EN端都由校分电路提供信号。根据计数特点，在1000时，个位向十位发一个高位信号，但十位不变化，在个位由1001变为0000时，又向十位发了低位信号，十位由0000变为0001，依次计数下去。而由于十位到6时要进行清零，即在0110时进行清零，所以用Q1与Q2与非后再与清零信号与非送到Cr端。个位清零的话直接输入清零信号即可。（注：这里所说的既适用于分，也适用于秒）3：译码显示电路 信号来自计数器，再通过译码器CD4511，最后利用330电阻来驱动共阴极显示器。以下是它的部分电路图：在这里我只画了一半的电路，另一半和它一样，两者都是从计数器的输出端向CD4511的输入端输入信号，通过译码器4511后再输入到数码管中。这部分原理较为简单，不作过多的分析。（330的电阻是以防电流过大使数码管烧毁）4：报时电路电路每小时进行一次报时，从59分53秒开始报时，每隔一秒发一声，共三声低音、一声高音。即59分53秒、59分55秒、59分57秒为低音，59分59秒为高音。实际上，需要在某一时刻报时，就将该时刻输出为“1”的信号作为触发信号，选通报时脉冲信号，进行报时即可。对于这一要求，我们可以列一张表来形象的看出这一性质：时刻分十位分个位秒十位秒个位音高频率m8m7m6m5m4m3m2m1s8s7s6s5s4s3s2s159分53秒0101100101010011低约500Hz59分55秒0101100101010101低约500Hz59分57秒0101100101010111低约500Hz59分59秒0101100101011001高约1000Hz对于分的十位个位和秒的十位，在鸣响的时候给出的信号应该是一样的。所以公示中有共同项m7m5m4m1s7s5,剩下的就是考虑秒个位的区别在s1为1时，s3，s2中有一个为1即发出500HZ的低声鸣响，在s4为1时发出1000HZ的高声鸣响。因此，总结得出公式为： F ，其中F为最后要传到扬声器中的信号,f3为500HZ信号，f4为1KZ的信号。具体电路图如下。5：校分电路校分电路要实现的功能：电路中存在一个开关，当开关打到“正常”档时，计数器正常计数；当开关打到“校分”档时，分计数器进行快速校分（即分计数器可以不受秒计数器的进位信号控制，而选通一个频率较快的校分信号进行校分），而秒计数器保持。在任何时候，拨动校分开关，可以进行快速校分。即令计时器分为快速计数，而秒位保持。由于D触发器的输出端只在时钟的上升沿变化，而其他时刻保持上一次的电平，故可以用其构成防颤抖电路，在校分电路中有其应用。在电路中添加一个D触发器效果会比较好。 在这里我们采用74LS74 D触发器，它包括了两个触发器，校分电路中用到一个，而清零电路中也可用到一个，可以很好的防抖动。以下是它的原理图：其中输出端直接与分计时器的个位时钟端相连接。正常计时状态下，开关连接高电平，此时Q端输出高电平，总输出端的信号与秒的十位进位信号相同。当开关连接低电平时，Q端输出低电平，总输出端输出信号为2Hz的时钟信号。此电路防颤抖的原理在于：当开关在两种状态之间转换时，由于机械振动，在很短的时间中（常为几毫秒）会在高低电平之间来回波动，相应的产生几个上升沿。如果直接将开关的输出端直接连接至分个位的时钟的话，这些上升沿将导致它瞬间跳变几个数值。然而在加上D触发器之后，由于在没有时钟上升沿的时候，输出信号保持，而其时钟频率相对与颤抖频率是很小的，也就是说在开关颤抖过程中触发器的输出是不变的，从而避免了分计数器数值的跳变。6：清零电路清零电路为了考虑到防抖动，因此在这里也采用触发器来实现。因为前面74LS74还有一端没有用着，正好可以利用剩余的部分接到开关上来实现同步清零。电路图如下：正常状态下，开关打在高电平，电路正常工作。当需要清零时，打到低电平位置，Q端输出低电平，根据前面计时电路的电路图，可以分析出秒和分的十位得以清零。输出高电平，直接输出到4518的Cr端。根据CD4518的功能表当Cr端为高电平时，进行清零。所以秒和分的个位得以清零。四：实验所用元器件1：CD4511译码器CD4511是一种8421BCD码向8段数码管各引脚码的转换器。当在其四个输入端输入8421BCD码时，其7个输出端可直接输出供7段数码管使用的信号。引脚图：功能表：输入输出LEDCBAgfedcba字符测灯011111118灭零1000000000000消隐锁存111显示LE=01时数据译码1100000011111101100001000011011100010101101121100011100111131100100110011041100101110110151100110111110061100111000011171101000111111181101001110011192：CD4518计数器 CD4518时一种常用的8421BCD码加法计数器。每一片CD4518集成电路中集成了两个相互独立的计数器。引脚图：功能表：输入输出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零10000计数01BCD码加法计数保持00保持计数00BCD码加法计数保持01保持3：CD4040分频器 CD4040是一种常用的12分频集成电路。当在输入端输入某一频率的方波信号时，其12个输出端的输出信号分别为该输入信号频率的2-12-12，在电路中利用其与NE555组合构成脉冲发生电路。引脚图：4：555定时器 NE555是在电子科技行业广为应用的一种集成电路，用途十分广泛。在本电路中，构成时钟发生器，是整个电路的核心。 其中引脚1为接地端，引脚2和引脚6为输入端，引脚3为输出端，引脚4为复位清零端，引脚5为调整端（通常空置或通过一个电容接地），引脚7位放电端，引脚8为电源。引脚图功能表：(引脚4 )Vi1(引脚6)Vi2(引脚2)VO(引脚3)001 VccVcc01 VccVcc11Vcc不变5：74LS74 D触发器引脚图功能表：输入输出CPD清零0101置“1”1010送“0”11001送“1”11110保持011保持不允许00不确定6：其它门电路芯片74LS00引脚图74LS20引脚图74LS21引脚图7：其他元件 双字数码管显示器2个、阻值为330的电阻28只、阻值为1k和3k的电阻各1只，以及容值为0.047F的电容1只。五：实验总结通过上学期数字逻辑电路的学习，给这次实验打下了良好的基础。我主要在实验操作上做