电工电子实验报告

1、电工电子综合实验（U）实验报告多功能数字计时器摘要设计搭建一个多功能数字计数器，从 0 分 0 秒开始计时 ,计到 9分 59 秒后自动清零。具有计时、清零、校分、整点报时 的基本功能和闹钟、秒表的附加功能。显示电路使用的是动态 显示方式，即只使用一片译码器外加较高频率的时钟控制电路 来实现数码管的“同时”显示功能AbstractDesign a multi-purpose digital register which can display the time . It starts from 0 minute 0 seconds, counts after 9 minute 59 secon

2、ds automatic clear zero. The clock has the basic functions of clearing, minute-correcting, beeping in the sharp hour and the stopwatch. Weuse dynamic display circuit to display, namely realizing displaying in the same time using one encoder and a high frequency.目录设计目的设计要求实验原理四单元电路设计及其电路图1、信号发生电路2、计时

3、电路3、显示电路4 、清零电路5 、校分电路6、报时电路 五附加电路 六实验感想 七实验中遇到的问题 八附录1、工具及器件清单2 、各元件的引脚图及功能表3 、总电路逻辑图4 、参考文献、实验目的1. 掌握常见集成电路实验单元电路的设计过程。2. 了解各单元再次组合新单元的方法。设计要求（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 提供驱动蜂鸣器发声的脉冲信号；（2）设计计时和显示电路，完成 0分00秒至 59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

4、， 可以进行快速 校分；（5）设计报时电路，使数字计时器从 59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 59 分 53 秒、 59 分 55 秒、 59 分 57 秒发低音（频率为 1KHz）,59 分 59 秒发高音（频率为 2KHz） ；（6）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。三实验原理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

5、频率；电路要实现 0 分 00 秒-59 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。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59分53秒、59分55秒、59分57秒发低音（频率为1KH0 ,59分59秒发高音（频率为 2KH0,通过蜂鸣器和一些逻辑门实现。振荡器 分频器 JI四.单元电路设计及其电路图清零电路报时电路1. 秒信号发生器 所用器件：32768Hz晶体管、22MQ电阻、20PF

6、电容、10 PF 电容、CD4O60 74LS74 5V直流电源。 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Q端与D端连接在一起。CD4060也可提供后面 电路所

7、需要的频率为1KHz和2KHz的脉冲信号 原理图：卜T卜20pF*>1CLKIDft卫_ 1EM74LS7JICD4O6O2. 计时电路2QI （原理图）3. 显示电路 用器件：3个300欧姆电阻，3个LED共阴极显示器。 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dp

8、GKD145二 一 一 一-_ - _1 5 3 _? 1 ? &I4. 清零电路 所用器件：一个10千欧电阻，一个22uF的电容，一片CD4069 以及5V的直流电源。 原理：清零电路要实现两项功能：开机清零和任意时刻选择清零。开机清零是通过电容两端电压的非调变特性实现的。电路刚接通电源时，节点处的电位为1。该电位经过一个反相器接入秒十位计数 器的Cr端，经过两个反相器接入分计数器和秒个位计数器的Cr端，则这三个计数器的清零端均接入有效电平，实现清零。此后，只要电 源始终保持接通，电路持续计数，开机清零电路就失效了。闭合清零开关时，节点1处电位为0V,此时送入各计数器清零 端的信号均

9、为无效信号，无法实现清零。而断开清零开关时，因为电 容要充电，所以节点1处电位为1,送入各计数器清零端的信号均有 效，电路实现清零。 原理图：vccR110k(lSV接加161清零端NOT5. 校分电路 所用器件：一个10千欧的电阻，一个22uF的电容，一片74LS00, 一片CD4069以及直流电源。 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

10、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。 原理图:=E>6. 报时电路 所用器件：一个蜂鸣器，一个三极管，两片74LS21, 片74LS32,直流电源，以及一个470欧姆的电阻和一个10K欧姆的电阻。 原理：报时电路由逻辑门电路组成的。按照设计要求，数字计时器应在9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率1KH0, 9 分59秒发高音（频率2KH0。设计思路：当分为计数器为输出1001,秒十位计数器输出为0101 时，这时电路才有可以报时的可能。然后当秒个位计数器分别为0011, 0101, 0111的时候，可以与1KHz的脉冲信号与非，使电路报时

11、；当 秒个位计数器为1001时，可以与2KHz的脉冲信号与非。为化简电路，画卡诺图:Q3Q2Q1Q0X0001111000001001011011xxxx1000xx9分50秒时，分计数器的3Q13Q4计数端与秒十位计数器的2Q1 2Q3计数端均呈现高电平，与门U1被选通；因为U1的输出端是作为 另外两个与门U2和U3的输入端，因此只有在9分50秒以后U2和 U3才有被选通的可能。在此基础上，只要秒个位是 3、5、7时，也 即当1Q0=1,且1Q1或1Q2为高电平时，U2被选通，频率为1kHz的信号可以通过与门U2,进入蜂鸣器产生鸣响。同样，当秒个位为9时，也即当1Q0 1Q3为咼电平时，U3

12、被选通，频率为2kHz的信号 可以通过与门U3,进入蜂鸣器产生鸣响。或门U4实现了允许不同频 率的信号在不同时刻被送入蜂鸣器的功能。原理图：U5U21Q1R10R21Q1-4DN4AND4U3AR21D.OkO6:-4NALI4A=1BUZZER01200 Hz五.附加电路利用4个四选一的数据选择器和模三计数器，每个时刻只选择一 个数据到译码器。再通过模三计数器的 AB端控制显示器的接地端, 每个时刻只亮一盏灯达到动态显示的效果。电路图:<3Au-4-權:-平住® * M*i"SOi«HffTGQi*« va 5 申KE 2C3 ici 2C2 k

13、o eci IY aEO 讪Cl刘FFirl 石口？ fiQ3 疟LPVCCFLO4gFQBCU：D叫LEF凸1i驰FtL m1MBS4畑呻* HfU.-T-IiU.4 9V如六.实验感想这次实验做的并不是十分理想， 做到第三天早上才做完。一 开始的时候对整体电路还不是很了解 （虽然预习了但还是不很了 解），没有一个整体的概念对于每一个部分的衔接不清楚。到真 正开始做实验的时候才发现我的问题有一些严重，因为我的振荡调了一个下午才调试成功，不知道是排版问题还是管脚接错了， 总是不振，后来由竖版变成横版就成功了。第二天早上之后的连接都很顺利，秒个、秒十、分个、清零,都是一次成功。当校分电路连接成功

14、后，却没有执行其功能，我 检查了各条线路，均没有问题，但还是没有按照预期结果运行。 我想重新连接校分电路，拔导线的时候出错了，后来找不出错误 只能重新连过。由于各种各样的小失误导致了整个电路重连了三次，这浪费 了我大量时间， 也磨走了我的耐心， 好几次找不出错误的时候想 到要放弃，却还是不甘心。一遍又一遍地对线路，确保无误，然 后又请教其他同学，终于在最后一天的上午成功了。这次试验不理想的一个很重要的原因就是预习不够充分， 对 于很多地方不理解，连接时稀里糊涂，出错频繁。这次实验给了 我很好的教训， 对于任何事情做之前都要做好准备， 才能不会在 执行的过程中有太多的阻碍。七实验中遇到的问题：1

15、. 秒十连接好显示器显示九分九十九秒之后就暗了，经过几 十秒之后又从零开始计时。原因是 74161 是模十六的计数 器，我没有进行六进一的操作连接，这个问题困扰着我很 久，直到老师指出问题所在。2. 在校分时，连接于 161Q3 的线要去掉一根，这个细节我一 直没注意到，导致校分一直不成功，后来经过同学提醒才 知道。八.附录1.工具及器件清单名称型号数量直流稳压电源1剥线钳1面包板1剪刀1导线若干镊子1万用表1IED显示器共阴3译码器CD45113BCD码计数器CD45181四位二进制计数器74LS1612分频器CD40601D触发器74LS741二入与非门74LS002四入与门74LS212

16、非门CD40691二入或门74LS321晶振32768Hz1三极管(NPN80501蜂鸣器1电容10p120p122u2电阻3003470110k322M12、各元件的引脚图及功能表(1)元件引脚图a引d u.h|1 |2 13 |1 IS e d GUP 匚 hCC4511逻辑功能表输入输出LTBTLEDCBAgfedcba字符测灯0XXXXXX11111118火零10X00000000000消隐锁存111XXXX显示LE=0t 1时数据译码110000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119CC4518逻辑功能表输入输出CrCPenQdQcQbQa清零1XX0000计数01BCD码加法记数保持0X0保持计数00JBCD码加法记数保持01X保持74LS74逻辑功能表输入输出CPRDSDDQnQn 1清零X01X01置“”X10X10送“0”11001送“”11110保持011X保持不允许X00X不确定74LS161逻辑功能表输入输出CPCrLDSS1DCBAQd