多功能数字计时器

1、实用文档电工电子综合试验()多功能数字计时器设计姓名：学号：专业：通信工程学院：电子工程与光电技术学院指导老师：完成时间：目录一、设计内容简介 3二、设计要求 3三、设计原理1、整体电路设计原理 32、各部分电路白设计及原理 4(1)脉冲电路 4(2)计时电路 5(3)译码显示电路 6(4)清零电路 7(5)校分电路 8(6)报时电路 93、附加电路：起停电路设计及原理 (7分57秒自动停止5秒)94、电路仿真波形 10四、实验中遇到的问题及解决方法 12五、实验心得 13六、附录 141、器件清单 142、各元件的引脚图及功能表 143、总电路图 184、参考文献 19一、设计内容简介本实验

2、采用中小规模集成电路设计一个数字计时器。要求可以完成0分00秒9分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下具有开机清零，快速校分，整 点报时的功能。数字计时器是由脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，和控 制电路等几部分组成。其中控制电路由清零电路，校分电路和报时电路组成。二、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 的脉冲信号。2、设计一个计时电路，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秒发低音（频率1kHz）, 9分59秒发高音（频

3、率2kHz）。4、设计校分电路，在任何时候，拨动校分开关，可以2HZ进行校分。5、设计清零电路，具有开机自动清零功能，并且在任何时候，按动清零开关，可以进行计时器清零。6、系统级联调试，将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。7、可增加数字计时器附加功能，例如数字计时器定时功能、电路起停功能、电 路米用动态显小等。三、设计原理1、整体电路设计原理数字计时器是由脉冲发生电路、 计时电路、译码显示电路和控制电路等几部 分组成的，其中控制电路由校分电路、清零电路和报时电路组成。其中由秒脉冲 电路为计时器提供1hz的计时脉冲，而计时电路则完成相应的计时功能， 并由显 示电路显示出来，控制电路则均与计时

4、电路有关。具体的原理框图如下：一2、各部分电路的设计及原理(1)脉冲电路器件：32768Hz晶体管、20MQ 电阻、20PF电容、10PF电容、CC4060 74LS74 功能：为计时电路提供计数脉冲。原理：实验中采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。经分频 器CD4060的多级分频，从 Q4可获得2Hz输出信号(Q4和Q5提供2kHZ, 1kHZ 留报时电路备用)。再将2Hz的脉冲信号经二分频电路得到1Hz的秒脉冲信号。 二分频电路由D触发器实现。将D触发器的D端与Q端接在一起实现，Q端的输 出信号即为1Hz的秒脉冲信号。VCCJ8(pTC>(2)计时电路器件:CD45

5、18 74LS161、74LS00功能：完成0分00秒9分59秒的计时功能原理：计时电路由分计数器、秒十位计数器、秒个位计数器构成。秒个位计 数器用CD4518As接实现十进制计数功能；秒十位计数器是由74LS161做成一个 从00000101的模六计数器实现；分位也是用 CD4518AS接实现十进制计数功 能。将脉冲信号发生器生成的1HZ脉冲信号送入秒个位计数器(CD4518A的CP 端，秒个位的Qt Q4通过一个与非门接入74LS161的时钟端作为时钟信号完成 秒个位与十位的级联，与非门实现1001到1000的下降沿跳变。秒十位记数的模 六用反馈置数法实现。将计数位2Q« 2Q3

6、与非后作为驱动信号送入分计数器(CD4518A的EN端，完成分计数。，口 a uj 口 0 D 口口 O。口GNDILI(3)译码显示电路器件：CC4511、300Q电阻、LED共阴数码管。功能：实现计时时的数字显示原理：显示电路由三片 CD4511显示译码器和三个七段共阴数码管组成。四 线七线译码器CD4511的LT, BI分别接高电平，LE端接低电平，此时器件处于 译码状态。再将译码器的输出分别与数码管的相应端对接，并在数码管接地端用 联进300欧姆的电阻用以限流，这样令共阴极七段LE四码管进行循环显示。而 译码器CD4511的输入则由秒个位，秒十位，分位的输出接入。GND1511(4)清

7、零电路器件：CC4069 10KQ电阻、22仙F电容。功能：具有开机自动清零功能，并且在任何时候，按动清零开关，可以进行 计时器清零。原理：开机时，电容上的电压不能突变，电容两端为低电平，经过第一个非 门输出高电平，接到CC4518的管脚7和15,实现秒个位和分位的清零。在经过 第二个非门输出低电平，接到74LS161的管脚1,实现秒十位的清零。开机后，开关打开为正常工作状态，按下开关后，电容被短路，第一 个非门的输入端为低电平,两个非门的输出端分别为高电平和低电平, 实现控制 清零功能。4 VCC静渺小碗GND(5)校分电路器件：22pf电容，10kQ电阻，74LS00功能：在任何时候，拨动

8、校分开关，可以 2HZ进行校分。原理：开关打开时，正常计数：电容两端为高电平，输入秒信号的与非门被 选通，输入校分信号的与非门被封锁，秒进位产生的脉冲送至分计数器的时钟端。开关闭合时，开始校分：电容两端为低电平，输入校分信号的与非门 被选通，输入秒信号与非门被封锁，校分信号(2HZ由CC4060的Q14得到)送 至分计数器的时钟端。VCCA(6)报时电路器件：74LS21、74LS32、蜂鸣器、三极管。功能：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秒发低音(频率1kHz), 9分 59秒发高音(频率2kHz)。原理：因为分位

9、，和秒十位均为 9 (1001),和5 (0101)所以用一个与门控 制条件。秒个位分为低音和高音，其中低音部分为3(0011) ,5 (0101) ,7 (0111), 利用卡诺图化简得1Q+1Q在与1HZ信号相并；而高音部分只有9 (1001)与2KHZ 信号相并。最后将低音和高音部分的结果用或门输出，即可实现报时功能。3、附加电路：起停电路设计及原理 (7分57秒自动停止5秒)器件：74LS161,74LS21功能：电路在在7分57秒自动停止5秒后又重新开始计数。原理：用74161的置数功能。通过与门控制74161的置数点。当没到设定的 停止时间时，置数信号端一直是低电平，74161 一

10、直进行置数，使得在置数输入 端预置的0111置数至QD QC QB Qa端，而由Qc端与1Hz求与后输入秒个位的CP 端，正常计数。当到达7分57秒，置数端输入高电平，74161正常计数，0111, 1000, 1001, 1010, 1011,这5秒内QC端输出“0”信号，1HZ信号与QC求与被 锁住，计时器停止5秒。直至1100, QC端重新输出为1,开始正常计数。完成 自动起停功能。文案大全4、电路仿真波形(1)秒个位波形J4J画AuM：One-Shw Cursors(2)秒十位波形Digital Ostloscope . d i(3)分位波形Digital Ostfcscope四、实验

11、中遇到的问题及解决方法1、搭完秒脉冲电路后用示波器检测发现波形不正常解决方法：先检查电路联线发现没有问题。于是怀疑是不是CC406Q1成片出现问题。更换集成片还是出现同样问题。再检查石英晶体管时才发现由于几个 电容距离太近管脚想接触造成短路，分开后，电路正常工作。2、搭完计时电路时，秒分位的数码显示管总是在 0,1之间跳变。解决方法：一开始以为是数码管的问题，仔细数码管的接入电路，发现没有问题。 于是怀疑是数码管坏掉，换了一个后还是出现同样的问题。于是推断问题不 是出在数码管上。开始检测输入数码管的 74LS161的电路，发现74LS161cr 非端口空置。接电源后，电路正常运行3、搭清零电路

12、时发现清零电路无效解决方法：从清零电路开始检测，这一次检查的比较快。发现问题还是出现在三 个mr端口上。因为原来的秒个位，分位的电路 cr端口接地，自己在搭建清 零电路时忘了改，出现错误。4、报时电路在9分58秒蜂鸣器也发出声音解决方法：这问题其实是交给老师检测时才发现的。 因为那天已经下课了没来得 及改。回去想了下，其实问题是很简单的。因为其他的鸣声是没有问题的。所以打得电路连接是不会出现问题的。出现问题的只有可能是控制秒个位条 件的输入电路（1Q+1Q）。第二天检查后发现连错了一根线， 改过来后电路正 常。5、搭建附加电路时，由于面包板插不下，故拆掉部分电路，当拆完报时电路和 清零电路后突

13、然发现计时电路不能正常工作解决方法：一开始以为拆错线，很紧张，因为此时面包板上的连线太多了。根本 不知道拆错哪根线。以为要返工，重连所有电路。但是自己不太甘心，检查 错误症状，发现与先前的计时电路错误有相似之处， 想是不是也是cr端口的 错误。突然想起搭建清零电路时改过cr端的连接。而刚才拆电路是并未还原 cr端口的电路。直接改掉电路搭建成功。6、附加电路一开始自己设计的是 3 '53,但并没有按照设想的那样。电路在 3' 57时也出现暂停。解决方法：先检查电路没问题。后来检查自己设计思路时出现问题。 因为开始时 是用1Q控制在7 (0111)时也出现暂停，于是修改电路，改成

14、7' 57时停5 秒。电路成功。五、实验心得这次实验我收获很多。相比于刚结束的 eda实验，最大的不同是需要动手 实际搭建电路，这对自己的动手能力有极大的提高。 实验的时间还是比较长的， 我们组用了四天时间。虽然有四天时间，但是我还是感觉时间蛮紧的。首先是 电路的设计与仿真，因为有老师的提示，并且自己也查阅了大量的资料，而自 己的数电也学得还可以，所以设计时遇到的问题还不是很大。但是仿真时还是 遇到了不少麻烦。首先是在仿真软件multisim 中找不到所需的集成片如CC4060查询资料后后来换了几个软件后找到在 proteus中进行仿真。这浪费 很多时间。实际操作时，发现这次搭建的电路

15、很复杂，因为电路比较大元器件 很多，这就要合理地布局，幸亏老师提供了样板。但最难的还是连线，因为线 路很多，非常容看错，连错，这时检查非常不方便。自己一开始搭建时为了追 求速度，出现几处错误，检查了很长时间才找出来，这让我明白了欲速则不达。 另外检查时，需要很耐心，要沉住气，还要十分的细心，因为错误可能只是一 根线路插错位置，也许这对男生来说要求比较高。还有实验中老师说可以问他 两个问题，但是自己最终还是坚持住了，从始至终都是自己独立完成的，这还 是很有成就感的。虽然过程是艰辛的，但自己还是从中收获了很多，无论是对课本知识的理解 与活学活用，还是自己的动手能力都得到很大提高。另外从中养成的细心

16、，耐心的品质更是使自己受益匪浅。六、附录1、器件清单元器件清单：名称型号数量显示字共阴3译码器CC45113BCM计数器CC45181四位二进制计数器74LS1611分频器CC40601D触发器74LS741非门CC40691二入与非门74LS001四入与门74LS212二入或门74LS321晶振32768Hz1蜂鸣器1电容10p120p122u2电阻330310k222M12、各元件的引脚图及功能表引脚图：VBD QioQs Qq Cr 5 %飞CC406011 I2l3l4 1519 Ills QizQi*Q14 Q& Q5 Q4 靶sVccOccQa Qb Qc Qu S】LD|

17、16|15|14|彳3 2 |11|10|9)74LS161Vcc2RD2D 2CP2SD 2Q 2Q |14|1?2 |11|IO|9 |8)74LS7412 hh Islely1BD ID 1CPISD IQ IQ" GBDVcc 4E 4A 4Q 3B 3A 3Q|14|13|12 |11|1叫9 (jVBD2Cr2QE2Qc 2Q B2QA2EN2CPCC451811 12 13 I4 15 16 I7 181CP lEtllQAlQBlQclQDlCr Vss7ed 6A 6Q 5A 5Q4A 4Q|14 13"gjj74LS00CC4069li 12 13 11

18、 15 16 17 IeCr CP a B C D So GND1112hl4l5lgl71A IB IQ 2A 2B 2Q GNDIl 12 13 I4(5(6 I71A IQ 2A 2Q 3A 3Q VssVee f £ a b c d e 16|15|14|13口2 |l”109)CC451111 12 _l3_14 I 5 16 I7 I 3B C LTBI LE D A VssS f a b“什9 I 8门归小e| d k.h|1 |2 13 14 5e d GND c hVcc 2D 2C NC 2B 2A 2Q|14|13 |12I 8Vcc 4B 4A 4Q 3B 3A 3Q|i413|12 |l“10|58)74LS2111 12 13 I4 Is Is I?1A IB NC LC ID LQ G如74LS321 I? I 3 I4 I 5 16 I T1A IB IQ 2A 2B 总 GND功能表:CC4511逻辑功能表输入输出LTBILEDCBAgfed