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文档简介

1、目 录1 引言12 实验目的13 实验设计要求14 实验原理及框图15 单元电路设计及其电路21. 秒信号发生器22. 计时电路33. 清零电路44. 译码显示电路55. 校分电路76 实验中遇到的问题87 总体电路实物图98 实验心得99 参考文献101 引言近年来,随着数字技术在仪表和通信系统中的广泛的应用,数字钟已经应用到生活的方方面面,而数字钟的功能也随着人们要求的提高在不断的增加,在数字技术的快速发展下,其功能也越来越强大。数字钟能够比传统的时钟更加精确的进行计时,并且能够实现多钟显示。在调节方面,能够内嵌许多诸如报时、万年历、彩铃等计时以外的功能。本设计在介绍数字钟工作原理的基础上

2、,运用数字集成技术,来设计实现一个多功能数字钟。2 实验目的1.通过实验掌握十进制加法计数、译码、显示电路的工作过程。2.通过实验深入掌握电路的分频原理和数字信息的测量方法。3.熟悉集成电路构成的计数、译码、显示器件的外部功能以及使用方法。3 实验设计要求1. 秒信号发生电路:为计时器提供秒信号。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. 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. 译码显示功能:显示计时电路产生的数字信息。5. 系统级联调试:将上述电路进行级联完成计时器的所有功能。6. 设计校分电路:在任何时候,

3、按下校分开关,可以进行快速校分;4 实验原理及框图 数字钟的示意图如图1所示,计时电路完成计时功能,并且将计时结果传送至显示电路,进而实现显示功能。原理框图如图2所示,主要由计时电路,秒信号发生电路,清零电路和译码显示电路组成,清零电路控制计时电路的清零端,实现时钟的清零,最终将计时的输出送至译码显示电路,实现时钟的显示。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

4、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。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。图 1 三位计时器示意图图2 数字钟的原理框图5 单元电路设计及其电路1. 秒信号发生器1. 所用器件:215Hz晶体管1个、22M电阻1个、20PF电容1个、10 PF电容1个、CD4060(分频器)1片、74LS74(D触发器)1片、直流电源。2. 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。秒信号发生器是由一个石英晶体,一片CD4060,一个D

5、触发器,电阻,电容,以及直流电源组成。采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源,能提供较为精确的秒脉冲信号。分频器CD4060最可实现最大为214的分频,所以可输出的最低频率为2Hz;D触发器可以实现脉冲信号的二分频,所以在CD4060的Q14端接一个D触发器,即可以输出频率为1Hz的脉冲信号。D触发器实现二分频的方法:将D触发器的端与D端连接在一起。CD4060也可提供后面电路所需要的频率为1KHz和2KHz的脉冲信号。3. 原理图:图3 秒信号发生电路2. 计时电路 该电路是本实验中的关键部分,由分计数器、秒十位计数器、秒个位计数器构成,电路均使用CD4518BCD码计数器来实

6、现。具体如下; 1. 所用主要器件:74LS161芯片、CD4518芯片、7400芯片等。 2. 原理:计时电路是本实验基础电路,也是本实验能够完成的基础,它由分计数器、秒十位计数器、秒个位计数器构成。分计数器和秒个位计数器是以CD4518BCD码计数器来实现十进制计数功能;而秒十位计数器只需得到1-6的值,所以只需要将74LS161利用反馈做成00000101的模六计数器,本实验采用端同步置数达到清零功能。秒个位:连接电路时,秒脉冲电路产生的秒脉冲信号送入秒个位计数器(CD4518A)的CP端,秒个位单元中的输出(1Q4、1Q1)通过与非门接入74LS161的时钟端作为时钟信号完成个位与十位

7、的进位。秒十位:秒十位记数器应实现模六功能,我采用了反馈置位法,2Q1和2Q3通过一个与非门接入置数端,74LS161的四个数据输入端应接地,这样当计数器到达0101时,又重新置数为0000。分位:以CD4518BCD码计数器来实现十进制计数功能,把74LS161的引脚12(Q3)接到分计时电路CD4518的引脚2(上升有效),作为进位信号。级联组装时,则要把分计时电路CD4518的引脚2(上升有效)接到快速校分的输出端。 3.原理图:图4 计时电路3. 清零电路 1. 所用器件:CD4069(非门)1片、74LS32(或门)一片,1千欧电阻2个,10uF电容一个,开关一个以及5V的直流电源。

8、 2. 原理:该电路具有开机清零和手动清零功能。电路原理如图5所示,将图4计时电路的秒个位和分位的清零端即CD4518的管脚(高电压有效)原来的接5V电源-极导线拨开,将非门输出至2Cr端,而秒十位CD4518的清零端原来接74LS21的输出,需要将此输出和图5中非门输出送入一个或门,再将或门输出送至秒十位CD4518的清零端,才能同时实现秒十位计数器的清零功能和模6计数功能。电路管脚连接如图6所示,对于清零电路,电路正常工作时开关打开,刚开机时,由于电容上的电压不能突变,电容两端初始为低电压,经过一个非门输出高电压,送到CD4518的2Cr端,整个计时电路清零,进而实现电路开机时清零,当电容

9、充满电以后,非门的输入端为高电压,非门输出低电压,2Cr端无效,CD4518实现正常计数,电路正常工作。闭合清零开关时,电容、电阻组成一个回路,电容放电,当电容储存电量放完后,电容两端电压为低电压,即非门的输入端为低电压,非门输出高电压,送到CD4518的2Cr端,整个计时电路清零,进而实现电路手动清零。3. 原理图:图5 清零电路原理图图6 清零电路管脚连接图4. 译码显示电路 1. 所用器件:CD4511(译码器)3个、300欧姆电阻3个、LED数码显示器 3个。 2. 原理图:显示电路采用三片CD4511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

10、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,以起保护作用。引脚代码管脚功能功能说明LT灯端测试该管脚低电压(0)有效,送入0,CD4511输出a-g全为1,数码管亮。BI消隐端该管脚低电压(0)有效,送入0,CD4511输出a-g全为0,数码管灭。LE锁存端该管脚高电压(1)有效,送入1,CD4511输入锁存原来数据,输出不变。表1 CD4511使能管脚功能5. 校分电路 1. 所用器件:一个10千欧的电阻,一个1千欧

11、的电阻,一个10uF的电容,一片74LS00,一片CD4069,以及直流电源。2. 原理:校分电路是由开关和逻辑门电路实现的。当校分电路开关开时,计数器正常计数;当开关闭合时,秒个位和秒十位正常计数,分位进行快速校分,即分计数器可以不受秒计数器的进位信号的控制。当开关合上时,2Hz的信号通过与非门,秒十位计数器的次高位进位脉冲被截止,与非门输出高电平,这时2Hz的信号可以再通过一次与非门,把2Hz的脉冲送入分计数器时钟脉冲端,实现快速校分。3. 原理图:6 实验中遇到的问题:1.电路接好后,发现秒个位从0计数到4。解决方法:经过检查,发现是CD4518芯片出现问题,更换新的芯片后显示正常。2.

12、 电路接好后,发现十分位到1之后就不进位。解决方法:经发现,是进位器除的连线出了偏差,经过调整好了。7 总体电路实物图8 实验心得本次实验一共安排了1周的时间,第一天上午老师跟我们讲解了实验要求以及原理,下午就根据手里的指导资料开始动手设计电路了,设计的时候遇到很多困难,然后和同学一起商量并顺利搭接了电路。第一次做这样的电路实验,刚开始觉得很复杂,考虑的东西很多,并且每条线路的连接就非常的困难,为了达到美观、整洁的目的,我严格的控制了导线的长度,比较细致的完成了整个电路板上的线路。由于电路复杂,在连接的时候经常出现问题,所以在连接电路的时候,按老师的方法,分块连接,脉冲发生电路、计时和显示电路

13、、清零电路、校分电路和报时电路,这样一小块连,出错的时候也方便检查多了。一小块连好之后,就与检查完的另一小块电路相连,这样能够减小工作量。连线的时候,尽量横平竖直,不要把线弄得乱糟糟的,方便检查。而且,所有芯片应该先把接高电平和接地端连好。实验中,我用不同颜色的导线连接,以便于检查错误,星期三上午连就非常顺利的完成了基本部分的任务。实验中感到还是有点累的,剪导线是最痛苦的事情,又要把握好导线的长度又要保证去绝缘部分长短方便接入电路板的孔中,一直到下午我也顺利的完成了附加部分的任务,虽然累,但是非常开心,自己动手实现了实验的目的,也懂得了实验的原理。通过实验我领略到了电类实验的乐趣,这类实验不同于本科时期的物理和力学实验,这些基础的实验让我们非电类专业的学生也了解到了电子类工作者的辛苦和贡献,最后,由衷的感谢所有此类行业的科研以及工作者,也非常感谢老师和助教师姐在实验

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