電子電工綜合實(shí)驗(yàn)-多功能數(shù)字計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì).doc

電子電工綜合實(shí)驗(yàn) 第17頁 共17頁 數(shù)字計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué)號：0904330122姓名：龍永剛 目 錄一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡介 3二實(shí)驗(yàn)要求 3三實(shí)驗(yàn)原理 4四單元電路設(shè)計(jì)及其電路圖 41.秒信號發(fā)生器 42.計(jì)時(shí)電路 53.清零電路74.校分電路 75.報(bào)時(shí)電路8五附加功能：起停原理及電路圖10六實(shí)驗(yàn)感想 11七附錄 111.工具及器件清單 112各元件的引腳圖及功能表 133總電路邏輯圖 15（包含附加電路的總電路圖附加在報(bào)告最后）八參考文獻(xiàn) 15一 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：本實(shí)驗(yàn)采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)由脈沖發(fā)生電路，計(jì)時(shí)電路，譯碼顯示電路，和控制電路(包括清零電路，校分電路，和報(bào)時(shí)電路)等四部分組成的數(shù)字計(jì)時(shí)器。二 設(shè)計(jì)要求：1.設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖發(fā)生電路，為計(jì)時(shí)器提供秒脈沖、為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的脈沖信號。2. 設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)電路，完成0分00秒9分59秒的計(jì)時(shí)功能。3. 設(shè)計(jì)報(bào)時(shí)電路，使數(shù)字計(jì)時(shí)器從9分53秒開始報(bào)時(shí)，每隔一秒發(fā)一聲，共發(fā)三聲低音，一聲高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率1kHz），9分59秒發(fā)高音（頻率2kHz）4. 設(shè)計(jì)校分電路，在任何時(shí)候，撥動(dòng)校分開關(guān)，可進(jìn)行快速校分。5設(shè)計(jì)清零電路，具有開機(jī)自動(dòng)清零功能，并且在任何時(shí)候，按動(dòng)清零開關(guān)，可以進(jìn)行計(jì)時(shí)器清零。6系統(tǒng)級聯(lián)調(diào)試，將以上電路進(jìn)行級聯(lián)完成計(jì)時(shí)器的所有功能。7可增加數(shù)字計(jì)時(shí)器附加功能，例如數(shù)字計(jì)時(shí)器定時(shí)功能、電路起停功能、電路采用動(dòng)態(tài)顯示等。三 實(shí)驗(yàn)原理框圖：分顯示器分譯碼器分計(jì)數(shù)器校分電路二分頻分頻器振蕩器秒個(gè)位計(jì)數(shù)器秒個(gè)位譯碼器秒個(gè)位顯示器秒十位計(jì)數(shù)器清零電路秒十位譯碼器秒十位顯示器報(bào)時(shí)電路2Hz進(jìn)位1KHz ,2KHz四 單元電路設(shè)計(jì)及其電路圖1. 秒信號發(fā)生器秒信號發(fā)生器提供計(jì)時(shí)電路的時(shí)鐘并為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)信號。為提供較為精確的秒脈沖信號，采用32768Hz的石英晶體多諧振蕩器作為脈沖信號源。分頻器CD4060最高可實(shí)現(xiàn)214分頻，即最低頻率端Q14的脈沖信號頻率為2Hz，因此增加一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的倍頻器來產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號。將D觸發(fā)器的端與D端扭接在一起實(shí)現(xiàn)倍頻器，則Q端的輸出信號即為1Hz的秒脈沖信號。報(bào)時(shí)電路所需要的1KHz，2 KHz的脈沖信號由4060的管腳Q4和管腳Q5提供。所用器件：32768Hz晶體管、22M電阻、20PF電容、10 PF電容、4060、74LS74。原理圖：2. 計(jì)時(shí)電路該電路是本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)電路中的關(guān)鍵電路，由分計(jì)數(shù)器、秒十位計(jì)數(shù)器、秒個(gè)位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。分計(jì)數(shù)器和秒位計(jì)數(shù)器直接用CD4518BCD碼計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能；秒十位計(jì)數(shù)器為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將74LS161做成一個(gè)從00000101的模六計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。連接時(shí)，秒脈沖電路產(chǎn)生的秒脈沖信號送入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器（CD4518A）的EN端，秒個(gè)位單元中的輸出1Q4通過一非門接入74LS161的時(shí)鐘端作為時(shí)鐘信號完成個(gè)位與十位的級聯(lián)（接非門是因?yàn)?61的CLK是上升沿觸發(fā)，而1Q4在90的跳變時(shí)是下降沿 “1001”“0000”）。做秒十位記數(shù)時(shí)，用反饋置位法，2Q1和2Q3通過一與非門接入置數(shù)端同時(shí)數(shù)據(jù)輸入端均接地，實(shí)現(xiàn)模六功能。將計(jì)數(shù)位2Q3作為驅(qū)動(dòng)信號送入分計(jì)數(shù)器（CD4518B）的EN端，則數(shù)字計(jì)數(shù)器整體的計(jì)數(shù)功能即可實(shí)現(xiàn)。顯示電路采用三片CD4511顯示譯碼器和三個(gè)七段共陰顯示字，電路從0分00秒計(jì)到9分59秒，譯碼顯示電路用三片四線七線譯碼器CD4511進(jìn)行譯碼，而采用共陰極七段LED數(shù)碼管進(jìn)行循環(huán)顯示。CD4511的輸入接到相應(yīng)計(jì)數(shù)器的輸出，而它的輸出端與數(shù)碼管的相應(yīng)端相連，數(shù)碼管通過300的電阻接地。所用器件:4518、74LS161、74LS00、CC4511、CC4069、300電阻、LED數(shù)碼顯示管。原理圖：3. 清零電路該電路具有開機(jī)清零和控制清零功能。其中秒個(gè)位和分位的清零端即CC4518的管腳7和15（高電平有效）接在第一個(gè)非門之后，秒十位74LS161的清零端即管腳1（低電平有效）接在第二個(gè)非門之后。剛開機(jī)時(shí)，由于電容上的電壓不能突變，電容兩端為低電平，經(jīng)過第一個(gè)非門輸出高電平，接到CC4518的管腳7和15，實(shí)現(xiàn)秒個(gè)位和分位的清零。在經(jīng)過第二個(gè)非門輸出低電平，接到74LS161的管腳1，實(shí)現(xiàn)秒十位的清零。按下開關(guān)后，電容被短路，第一個(gè)非門的輸入端為低電平，兩個(gè)非門的輸出端分別為高電平和低電平，原理同上，實(shí)現(xiàn)控制清零功能 （異步清零）。所用器件：CC4069、10K電阻、22F電容。原理圖：4. 校分電路 當(dāng)校分電路打到“正常”狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開關(guān)打到“校分”狀態(tài)時(shí)，秒個(gè)位和秒十位正常計(jì)數(shù)，分位進(jìn)行快速校分，即分計(jì)數(shù)器可以不受秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號的控制。校分電路的工作原理是：當(dāng)校分開關(guān)在“1”電平，與非門2被選通，與非門1被封鎖，秒進(jìn)位產(chǎn)生的脈沖送至分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端；當(dāng)開關(guān)打在“0”電平時(shí)，與非門1被選通，與非門2被封鎖，校分信號送至分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端。由于校分電路的信號直接送到分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端，開關(guān)的顫動(dòng)產(chǎn)生的脈沖會導(dǎo)致分計(jì)數(shù)器的觸發(fā)，從而影響校分功能，所以對校分開關(guān)應(yīng)加一個(gè)RS鎖存器構(gòu)成消顫開關(guān)。原理圖：5報(bào)時(shí)電路用需要報(bào)時(shí)的時(shí)刻所對應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出作為觸發(fā)信號來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)時(shí)，因?yàn)樾枰?分53秒、9分55秒、9分57秒各報(bào)出一個(gè)低音，在9分59秒報(bào)出一個(gè)高音。具體設(shè)計(jì)過程如下：將各時(shí)刻各位對應(yīng)的二進(jìn)制碼作如下圖的比較：時(shí)間（DEC）分位（BIN）秒十位(BIN)秒個(gè)位（BIN）9:531001010100119:551001010101019:571001010101119:591001010110011將秒個(gè)位的3（0011）、5（0101）、7（0111）取或，通過卡諾圖的化簡可得應(yīng)該從秒個(gè)位取1Q1（1Q2+1Q3）2將1中所得結(jié)果和分位的9（1001）與再和秒十位的5（0101）與，所得的結(jié)果和1KHz的信號與就可得到在9分53秒、9分553秒、9分57秒報(bào)出低音的驅(qū)動(dòng)信號。3將分位的9（1001）和秒十位的5（0101）與再和秒個(gè)位的9（1001）與再和2KHz的信號與就得到在9分59秒報(bào)出高音的驅(qū)動(dòng)信號。4將2和3中得到的信號取或，就可以得到最終的報(bào)時(shí)驅(qū)動(dòng)信號。所用器件：74LS21、74LS32、蜂鳴器、三極管。原理圖：五 附加功能：起停原理及電路圖自動(dòng)起停就是在某一個(gè)設(shè)定時(shí)刻自動(dòng)停止，在設(shè)定好的一定時(shí)間后，記時(shí)又自動(dòng)重新開始，在此過程中無須人工干預(yù)。此次自動(dòng)起停功能具體設(shè)計(jì)為：在7分57秒自動(dòng)停止5秒后又重新開始計(jì)數(shù)。根據(jù)74161的功能表，當(dāng)沒到設(shè)定的停止時(shí)間時(shí)，LOAD一直是“0”信號輸入，使得在置數(shù)輸入端預(yù)置的0111置數(shù)至端，由端與1Hz求與后輸入秒個(gè)位的CP端，正常計(jì)數(shù)。直至7分57秒，“1”信號輸入LOAD，74161在1Hz的脈沖信號下，0111，1000，1001，1010，1011計(jì)數(shù)，端輸出“0”信號，1Hz的信號無法進(jìn)入秒個(gè)位的信號端，正好五秒的等待，端重新輸出為“1”。完成自動(dòng)起停功能。原理圖：六 實(shí)驗(yàn)感想 這次試驗(yàn)加深了我對課本知識的理解，這次實(shí)驗(yàn)還培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究素養(yǎng)和堅(jiān)韌的品質(zhì)。每當(dāng)電路出錯(cuò)，這都是對我調(diào)試能力的一次考驗(yàn)。這時(shí)候，如果消極泄氣，是無法完成最后的成品的。只有用自己的耐心和毅力，加以正確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龇椒?，才能一步步向成功邁進(jìn)。對于這種綜合實(shí)驗(yàn)，它不同于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，沒有現(xiàn)成的東西照搬，綜合實(shí)驗(yàn)從一個(gè)器件的引腳圖到整個(gè)電路的邏輯圖都要自己去準(zhǔn)備，必要的預(yù)習(xí)是很重要的。在連線的時(shí)候，最重要的是認(rèn)真仔細(xì)，防止短路和漏接。最重要的先檢測一下器件是否是好的，這次試驗(yàn)中由于之前沒有檢測器件的好壞，導(dǎo)致線路連好后就是不能出現(xiàn)蜂鳴，最后還是檢測出來有一個(gè)74LS21是壞的，這就告訴自己，實(shí)驗(yàn)前檢測器件的好壞很重要。 雖然此次實(shí)驗(yàn)的原理比較簡單的，但動(dòng)手的關(guān)鍵在于過程，在實(shí)際解決了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，增強(qiáng)了尋找問題，解決問題的能力。該次實(shí)驗(yàn)使我深深的感受到書本上的理論知識和實(shí)際是有很大差別的,所以必須經(jīng)過實(shí)踐才能真正鍛煉解決問題的能力.對于我們理工科的學(xué)生，動(dòng)手能力是很重要的，特別是實(shí)驗(yàn)操作能力，尤為重要，所以這次實(shí)驗(yàn)是對我們能力的一次小的檢驗(yàn)。七 附錄1工具及器件清單工具：剪刀、鑷子、剝線鉗、萬用表元器件清單：名稱型號數(shù)量顯示字共陰3譯碼器CC45113BCD碼計(jì)數(shù)器CC45181四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1611分頻器CC40601D觸發(fā)器74LS741非門CC40691二入與非門74LS001四入與門74LS212二入或門74LS321晶振32768Hz1蜂鳴器1電容10p120p122u2電阻330310k222M12各元件的引腳圖及功能表引腳圖： 功能表：CC4511邏輯功能表輸入輸出DCBAgfedcBa字符測燈滅零消隱鎖存顯示LE時(shí)數(shù)據(jù)譯碼CC4518邏輯功能表輸入輸出CrCPEN清零10000計(jì)數(shù)01BCD碼加法記數(shù)保持00保持計(jì)數(shù)00BCD碼加法記數(shù)保持01保持74LS74邏輯功能表輸入輸出