多功能數(shù)字計時器設計概要

1、I 、設計要求電工電子綜合實驗（n）實驗報告多功能數(shù)字計時器設計姓名：實驗目的1. 掌握常見集成電路的工作原理和使用方法。2. 培養(yǎng)學生分析問題解決問題的能力。3. 提高學生設計單元電路的，調(diào)試電路的實驗技能二、實驗內(nèi)容及要求1 .應用CD4511BC網(wǎng)譯碼器、LED雙字共陰顯示器、300 a限流電阻設計、安裝調(diào)試四 位BCD譯碼顯示電路實現(xiàn)譯碼顯示功能。2 .應用NE555時基電路、3KQ、1KQ電阻、0047UF電容和CD4040計數(shù)分頻器設計， 安裝，調(diào)試秒脈沖發(fā)生器電路 （輸出四種矩形波頻率 f1=1HZ f2=2HZ f3 =500Hz f 4 =1000Hz）。3 .應用CD451

2、8BC網(wǎng)計數(shù)器、門電路，設計、安裝、實現(xiàn)00 00 -59 59時鐘加法計數(shù)器電路。4 .應用門電路，觸發(fā)器電路設計，安裝，調(diào)試校分電路且實現(xiàn)校分時停秒功能（校分 時F2=2Hz）。設計安裝任意時刻清零電路。5 .應用門電路設計、安裝、調(diào)試報時電路59 53，59 55，59 57低聲報時（頻 率f3=500Hz） ,59 59高聲報時（頻率 f 4= 1000Hz）。整點報時電路。H=59 53 ” f3+59 55” - f3+59 57” - f3+59 59” - f46 .聯(lián)接試驗內(nèi)容 1. -5.各項功能電路，實現(xiàn)電子計時器整點計時、報時、校分、 清零電路功能。三、實驗要求設計正確

3、、布局合理、排線整齊、功能齊全。四、實驗器材：1、集成電路：NE555一片（多諧振蕩）CD4040一片（分頻）CD4518兩片（8421BCD碼十進制計數(shù)器）CD4511四片（譯碼）74LS00三片（與非）74LS20一片（4輸入與非）74LS21兩片（4輸入與門）74LS74一片（D觸發(fā)）2、電阻：1KQ一個3KQ一個300 a二十八個3、電容：0.047uf一只4、共陰極雙字屏兩塊五、器件引腳圖及功能表CD4511A!船-LTMLE心麗心皿vvgwhc宓比n n m n r,Jl 口 n.輸出二 EBILTpC&自匕cdefsX_SLXX_1_1LI111101KX_0_0QQ001Q01

4、L111g_Q_11Q0011rQg0Qt1D0101101i0i2Ct11D01111L100i3Ct10J聿前d tL烏ia01i40L10D,rw*ur?70Li01i50L1D11000L111i60L1D111111C00070t110001111118011100111r0011g0L110100000000宿*室0111011000G000償!.oi111000000000措s01111010Q0C?0Q唱AI0i11110000 1 c000調(diào)0i111:1000000徜J.111KXXX柜存血J圖CD4511引腳圖2、共陰雙字顯示器3、NE555r181 -GND匚272 -

5、Tngger3 - Output4 - Reset匚365 - Control voitaga6 - Threshold7 - Discharge8-Vcc45NE555功能表如下:耳（引腳4 ）Vi （引腳6）V2（引腳2）Vo（引腳3）0xx012 3 Vcc1 3 Vcc012 3 Vcc1 3 Vcc112 3 Vcc小艾4、CD40405、CD4518VDDRESET BQ4BQ3BQ2BQ1BEHABLE BCLOCK B回回訶回回回西習CLOCK AENABLE AQ1A 02 AQ3AQ4APESETAVSSCD4518邏輯功能如表所示。輸入輸出CRCPENQQQQ清零1XX0

6、000計數(shù)0T1BC加力口法計數(shù)保持0X0保持計數(shù)00BC加力口法計數(shù)保持01X保持6、 74LS0074LS00是一種十分常見的集成電路，其中集成了4個與非門。其引腳圖如圖所示:功能表AB丫=非（AB）0010111011107、 74LS2074LS20 同樣是一種與非門集成電路，與74LS00不同的是它的每個與非門有4個輸入端。其引腳圖如圖所示:8、 74LS2174LS21是一種4輸入與門集成電路，其引腳圖如圖所示:9、 74LS7474LS74集成電路是一種功能表ABY=AB000010100111D觸發(fā)器。其引腳圖如圖所示，功能如下表所示:而?D2CP2豆2Q 汽14 13 121

7、1 103123456 TLKD ID 1CP 15D IQ LQ CND74LS74引腳圖輸入輸出CPRD5DD_Qb+L清零X01X01置“ 1 ”X10X10送“ 0”T1101送“ 1 ”T1110保持011X保持不允許X00X不確定六、電路設計過程1.電路原理簡介數(shù)字計時器由計時電路、 譯碼顯示電路、脈沖發(fā)生電路、校分電路、清零電路和報-一二分顯示器時電路這幾部分組成。其原理框圖如下：1 .秒人值顯禍;11/1I I彷的惻 秋臨唧器11枚犯路|z二n、電路設計過程一、脈沖發(fā)生電路：脈沖發(fā)生電路是為計時器提供計數(shù)脈沖的，因為設計的是計時器，所以需要產(chǎn)生1Hz的脈沖信號。這里采用NE55

8、5集成電路和分頻器 CD4040構成。555定時器不僅體積小，而且用它來構成多諧振蕩器，波形穩(wěn)定，上升沿和下降沿小， 振幅大，占空比可調(diào)，因此越來越廣泛地被用作振蕩器。而后通過CD4040產(chǎn)生幾種頻率供后面使用。當將NE555連結(jié)成圖所示的自激多諧振蕩電路時，輸出端為周期矩形波。VDD圖周期矩形波發(fā)生電路震蕩周期 T=0.695 ( Ri 2R2) C,其中 Ri 1k , R2 3k , C 0.047 F,所以 T=228.665 10 6s , f=4373.401Hz ,產(chǎn)生大約為 4kHz 的脈沖。將圖13所示電路的輸出端接至 CD4040的輸入端，從 Q12輸出端得到212分頻信號

9、1Hz(f。，作為時鐘信號；從 Q11輸出端得到211分頻信號2Hz (f2),提供給校分電路 D觸發(fā) 器CP端和校分信號；從 Q3和Q2輸出端分別得到 8分頻、4分頻信號500Hz ( f3 )和 1KHz E),提供給報時電路。于是脈沖發(fā)生電路部分如圖所示。10廠CP MR11CTRrO09f4O176-7O26fwO35O43O52O64O713O812O914f2 _O10154O111，f14040BD_5V0匚U1圖脈沖發(fā)生電路二、00分00秒59分59秒計時器電路：該電路由CD4518及74LS00組合得到。由CD4518的功能表可知，當清零端輸入0, EN端為1且CP端輸入時鐘

10、信號或者清零端輸入0, EN端輸入時鐘信號且 CP端為0時計數(shù)器進行計數(shù)。其輸出端Q Qc Qb Qa輸出從0000到1001的循環(huán)（本設計采用后者）。所以當使用其作為分和秒的個位進行計數(shù)時不需對其進行反饋清零，而用其進行分和秒的十位計數(shù)時，需要在CD Qc Q Qa輸出0110時對其進行清零（因為 CD4518是異步清零）。所以Cr2=2Q2Q, Cr4=4CMQ。在計時過程中，當秒個位的狀態(tài)1Q151Q1Q=1001時，秒十位需要接收一個進位信號來實現(xiàn)進位，即秒十位時鐘端 EN2接收的脈沖信號產(chǎn)生由“ 1”到“0”的變化時秒十位開始計數(shù)，從而實現(xiàn)進位。1CD只在秒個位狀態(tài)由1001轉(zhuǎn)變?yōu)?

11、000時產(chǎn)生由“ 1”到“0”的變化。綜上分析可得EN2=1Q。同樣可以分析得到：分個位時鐘端EN3=20分十位時鐘端EN4=3Q秒個位時鐘端外接脈沖信號。帶有清零電路的六十進制計數(shù)器邏輯電路圖如圖所示。三、譯碼顯示電路:根據(jù)CD4511的邏輯功能表可知，當 LT、BI輸入均為1而LE輸入為0時其7個輸出端分別輸出一定的信號。只需將這些信號接入雙字共陰顯示器相對應的引腳即可使其顯示我們所需要的數(shù)字。然而實際上我們需要在每個CD4511的輸出端和數(shù)碼管相應的輸入端之間接入一個阻值為330a的電阻以防電流過大使數(shù)碼管燒毀。由于電路的顯示部分不會出現(xiàn)小數(shù)，故雙字共陰顯示器的小數(shù)點引腳懸空。顯示部分電

12、路如圖所示。0圖譯碼顯示電路圖四、控制器電路：1、 校分電路：校分電路要實現(xiàn)的功能：電路中存在一個開關，當開關打到“正常”檔時，計數(shù)器 正常計數(shù)；當開關打到“校分”檔時，分計數(shù)器進行快速校分（即分計數(shù)器可以不受秒 計數(shù)器的進位信號控制，而選通一個頻率較快的校分信號進行校分），而秒計數(shù)器保持。在任何時候，撥動校分開關，可以進行快速校分。即令計時器分為快速計數(shù)，而秒位保持。D觸發(fā)器的輸出端只在時鐘的上升沿變化，而其他時刻保持上一次的電平，當開關在高低電平兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時，由于機械振動，在很短的時間內(nèi)會在高低電平之間來回波動，相應的產(chǎn)生幾個上升沿。如果直接將開關的輸出端連接至分個位的時鐘的話， 這

13、些上升沿將導致它瞬間跳變幾個數(shù)值。然而在加上D觸發(fā)器之后，由于在沒有時鐘上升沿的時候，輸出信號保持，而其時鐘頻率相對與顫抖頻率是很小的，也就是說在開關顫抖過程中觸發(fā)器的輸出是不變的，從而避免了分計數(shù)器數(shù)值的跳變。故可以用其構成防顫抖電路。校分電路如圖所示,其中輸出端直接與分計時器的個位時鐘端相連接。正常計時狀態(tài)下，開關連接高電平,此時Q端輸出高電平，總輸出端的信號與秒的十位進位信號相同。當開關連接低電平時,Q端輸出低電平，總輸出端輸出信號為2Hz的時鐘信號。2、f2=2Hz關分計時團個位時鐘端復位電路：秒計數(shù)器個位時鐘端（CP圖校分電路圖清零電路為了考慮到防抖動，因此在這里也采用觸發(fā)器來實現(xiàn)。

14、電路如圖17所示，正常狀態(tài)下，開關打在高電平，電路正常工作。當需要清零時，打到低電平位置，Q端輸出低電平，根據(jù)計時器電路圖（圖15）,可以分析出秒和分的十位得以清零。、輸出高電平，直接輸出到CD4518的Cr端。根據(jù)CD4518的功能表（表2）當Cr端為高電平時，進行清零。所以秒和分的個位得以清零。VDD圖清零電路圖清零開關分、秒十位清零端五、報時電路：電路每小時進行一次報時， 從59分53秒開始報時，每隔一秒發(fā)一聲，共三聲低音、一聲高音。即59分53秒、59分55秒、59分57秒為低音，59分59秒為高音。實際上，需要在某一時刻報時，就將該時刻輸出為“1”的信號作為觸發(fā)信號，選通報時脈沖信號

15、，進行報時即可。對于這一要求，我們可以列一張表來形象的看出這一性質(zhì):時刻分十位分個位秒十位秒個位首局頻率mimrmumtm4 m3 m2mS8s7s6s5s4s3s2s159分53秒0101100101010011低約 500Hz59分55秒0101100101010101低約 500Hz59分57秒0101100101010111低約 500Hz59分59秒0101100101011001高約 1000Hz對于分的十位個位和秒的十位，在鳴響的時候給出的信號應該是一樣的。所以公示中有共同項 mm5m4ms7s5,剩下的就是考慮秒個位的區(qū)別在si為1時，S3, S2中有一個為1即發(fā)出500Hz的

16、低聲鳴響，在S4為1時發(fā)出1000Hz的高聲鳴響。因此，總結(jié)得出公式 為：F = mvm-ms7SsSiVa- s3f3 s4f4 ,其中f為最后要傳到揚聲器中的 信號,f 3為500HZ信號，f4為1KZ的信號。具體電路圖如下圖:m7 m5 m4m74LS00DVHDL1U7A圖清零電路田、完整計時器電路圖-、總邏輯圖：Z7zyAUQ9JQv08nLSVnzvZEISZfl卜AaanoAuua 八八n ZYWVZ3b-6dAaaAuua0ZRszvaAaanLAGV9.03zootecAuuahuSISTraaQ CAC.JSTraaQ CAo n9ijCAnu JN. &KnT nlIV、

17、參考資料王建新 姜萍 編著科學出版社蔣立平 編著電子工業(yè)出版社V、實驗總結(jié)與體會第一次這么多元件和線的實驗，這次可以看做是數(shù)電的綜合起來的實驗，課前也預習了很多，終于有了一點眉目，經(jīng)過大神的一些指點，我終于也搞成了實驗圖，做起來時，還是有點手忙腳亂，期間也幾經(jīng)挫折，不過經(jīng)過老師先是元件位置后來錯誤分析的一些指導，我終于也完成了實驗。對于這次實驗，自己總結(jié)了如下幾點：1) 要熟悉各部分的作用，并且結(jié)合所學知識及所給的元器件和電路圖認真分析個一個部分電路的功能和原理。2) 電路要有層次條理的連接，分塊處理，最后才連接到一起；連線長短要合適，避免交叉，為拆線帶來方便；一部分連好，可以先測試功能；先不要連上報時電路，看看