電工實驗二數(shù)字鐘 南理工

1、電工電子綜合實驗（2）多功能數(shù)字鐘設計姓名：學號：專業(yè)：電氣工程及其自動化時間：2017年9月目 錄一設計內(nèi)容簡介 ····························3二實驗要求 ···········&

2、#183;····················3三實驗原理 ····························

3、····4四電路設計原理及其電路圖 ··················51.分頻電路 ························&#

4、183;·······52.計時電路 ·································63.清零電路·······

5、;···························84.校分電路 ·····················

6、83;··········95.報時電路································10五遇到問題及解決辦法····&#

7、183;················11六實驗體會······························12七附錄 ·&

8、#183;·······························121.工具及器件清單 ················&

9、#183;········122各元件的引腳圖及功能表 ·················143總電路邏輯圖 ····················

10、·······184.參考文獻 ·····························19一 設計內(nèi)容簡介本實驗采用中小規(guī)模集成電路設計一個由脈沖發(fā)生電路，計時電路，譯碼顯示電路，和控制電路(包括清零電路，校分電路，和報時電路)等四部分

11、組成的數(shù)字計時器。二 實驗要求1、設計一個脈沖發(fā)生電路，為計時器提供脈沖、為報時電路提供驅(qū)動蜂鳴器的脈沖信號；2、設計計時電路，完成 0分00秒9分59秒計時功能；3、設計清零電路，具有開機自動清零功能，并且在任何時候，按動清零開關，可以進行計時器清零；4、設計校分電路，在任何時候，撥動校分開關，可進行快速校分；5、設計報時電路，使數(shù)字計時器從9分53 秒開始報時，每隔兩秒發(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）；6、系統(tǒng)級聯(lián)調(diào)試，將以上電路進行級聯(lián)完成計時器的所有功能；三實驗原理數(shù)字計時器由脈沖發(fā)生電路、計時

12、電路、譯碼顯示電路、校分電路、清零電路和報時電路這幾部分組成。其原理框圖如下：數(shù)字計時器以一個標準頻率（1Hz）進行計數(shù)。為了其準確并且穩(wěn)定，實驗使用了石英晶體振蕩器構成脈沖發(fā)生電路。為了使電路更加簡單，使用CC4518的對計時器的秒的個位和分的十位進行計數(shù)，用74LS161構成模六（六進制）計數(shù)器實現(xiàn)對秒的十位進行計數(shù)。利用計數(shù)器的異步清零端，通過簡單的電路使電路具有開機清零功能和隨時清零功能。利用校分電路，校正分時刻的數(shù)字，并先于蜂鳴電路來節(jié)省時間。同時增加電臺報時功能。四電路設計原理及電路圖1.分頻電路秒信號發(fā)生器提供計時電路的時鐘并為報時電路提供驅(qū)動信號。為提供較為精確的秒脈沖信號，采

13、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D觸發(fā)器實現(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端扭接在一起實現(xiàn)倍頻器，則Q端的輸出信號即為1Hz的秒脈沖信號。報時電路所需要的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。2.計時電路該電路是本實驗基礎電路中的關鍵電路，由分計數(shù)器秒十位計數(shù)器、秒個位計數(shù)器構成。分計數(shù)器和秒十位計數(shù)器直接用CD4518BCD碼計數(shù)器實

14、現(xiàn)十進制計數(shù)功能；秒十位計數(shù)器為六進制計數(shù)器，將74LS161做成一個從00000101的模六計數(shù)器實現(xiàn)。連接時，秒脈沖電路產(chǎn)生的秒脈沖信號送入秒個位計數(shù)器（CD4518A）的EN端，秒個位單元中的輸出1Q4通過一非門接入74LS161的時鐘端作為時鐘信號完成個位與十位的級聯(lián)（接非門是因為161的CLK是上升沿觸發(fā)，而1Q4在90的跳變時是下降沿 “1001”“0000”）。做秒十位記數(shù)時，用反饋置位法，2Q1和2Q3通過一與非門接入置數(shù)端同時數(shù)據(jù)輸入端均接地，實現(xiàn)模六功能。將計數(shù)位2Q3作為驅(qū)動信號送入分計數(shù)器（CD4518B）的EN端，則數(shù)字計數(shù)器整體的計數(shù)功能即可實現(xiàn)。顯示電路采用三片C

15、D4511顯示譯碼器和三個七段共陰顯示字，電路從0分00秒計到9分59秒，譯碼顯示電路用三片四線七線譯碼器CD4511進行譯碼，而采用共陰極七段LED數(shù)碼管進行循環(huán)顯示。CD4511的輸入接到相應計數(shù)器的輸出，而它的輸出端與數(shù)碼管的相應端相連，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。3.清零電路該電路具有開機清零和控制清零功能。其中秒個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）接在第二個非門之后。剛開機時，由于電容

16、上的電壓不能突變，電容兩端為低電平，經(jīng)過第一個非門輸出高電平，接到CC4518的管腳7和15，實現(xiàn)秒個位和分位的清零。在經(jīng)過第二個非門輸出低電平，接到74LS161的管腳1，實現(xiàn)秒十位的清零。按下開關后，電容被短路，第一個非門的輸入端為低電平，兩個非門的輸出端分別為高電平和低電平，原理同上，實現(xiàn)控制清零功能 （異步清零）。所用器件：CC4069、10K電阻、22F電容。4.校分電路當校分電路打到“正?！睜顟B(tài)時，計數(shù)器正常計數(shù)；當開關打到“校分”狀態(tài)時，秒個位和秒十位正常計數(shù)，分位進行快速校分，即分計數(shù)器可以不受秒計數(shù)器的進位信號的控制。校分電路的工作原理是：當校分開關在“1”電平，與非門2被選

17、通，與非門1被封鎖，秒進位產(chǎn)生的脈沖送至分計數(shù)器的時鐘端；當開關打在“0”電平時，與非門1被選通，與非門2被封鎖，校分信號送至分計數(shù)器的時鐘端。由于校分電路的信號直接送到分計數(shù)器的時鐘端，開關的顫動產(chǎn)生的脈沖會導致分計數(shù)器的觸發(fā)，從而影響校分功能，所以對校分開關應加一個RS鎖存器構成消顫開關。5.報時電路用需要報時的時刻所對應的計數(shù)器的輸出作為觸發(fā)信號來驅(qū)動蜂鳴器報時，因為需要在9分53秒、9分55秒、9分57秒各報出一個低音，在9分59秒報出一個高音。具體設計過程如下：將各時刻各位對應的二進制碼作如下圖的比較：時間（DEC）分位（BIN）秒十位(BIN)秒個位（BIN）9:531001010

18、100119:551001010101019:571001010101119:591001010110011將秒個位的3（0011）、5（0101）、7（0111）取或，通過卡諾圖的化簡可得應該從秒個位取1Q1（1Q2+1Q3）2將1中所得結果和分位的9（1001）與再和秒十位的5（0101）與，所得的結果和1KHz的信號與就可得到在9分53秒、9分553秒、9分57秒報出低音的驅(qū)動信號。3將分位的9（1001）和秒十位的5（0101）與再和秒個位的9（1001）與再和2KHz的信號與就得到在9分59秒報出高音的驅(qū)動信號。4將2和3中得到的信號取或，就可以得到最終的報時驅(qū)動信號。所用器件：74

19、LS21、74LS32、蜂鳴器、三極管。五遇到問題及解決辦法 1.分頻電路接好后檢測不到震蕩 我先檢查了秒脈沖發(fā)生電路的接線，發(fā)現(xiàn)沒有問題后又檢查了芯片，也沒有問題，最后發(fā)現(xiàn)是電源電壓沒有調(diào)到5V，調(diào)回5V后，用萬用表檢測能檢測到1Hz和2Hz的震蕩。 2.顯示器不能正常顯示 開始只有中間的顯示器能顯示數(shù)字，檢查接線發(fā)現(xiàn)有兩根導線接錯位了，更改接線后，三個顯示器仍不能正確顯示，經(jīng)老師指點發(fā)現(xiàn)存在短路，顯示器七個管腳連接的電阻相接觸導致了短路，將其余電阻拔去，只在接地端接上電阻，顯示器能顯示，但是不變化。再次檢查后發(fā)現(xiàn)，沒有將計時電路和秒脈沖發(fā)生電路相連，連好后顯示器能從0分0秒正確計時到9分59秒。 3.蜂鳴器一接上就不停地叫 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是蜂鳴器本應接地的管腳接到了5V電源上。 七附錄 1工具及器件清單工具：剪刀、鑷子、剝線鉗 元器件清單：名稱型號數(shù)量顯示字共陰3譯碼器CC45113BCD碼計數(shù)器CC45181四位二進制計數(shù)器74LS1612分頻器CC40601D觸發(fā)器74LS741非門CC40691二入與非門74LS002四入與門74LS215二入或門74LS321晶振32768Hz1三極管（NPN